sensor คืออะไร
หลายๆคนคงเคยสงสัยว่า sensor คืออะไรและทำงานอย่างไร เพราะเคยเห็นในร้านค้าหรือตามที่ต่างๆก็จะมีตัว sensor ไว้ตรวจจับหรือไว้ยิงบาร์โค้ดเพื่อชำระเงิน วันนี้เรามาไขข้อข้องใจกันคะว่าเจ้าตัวเซ็นเซอร์นี้ทำงานอย่างไรบ้าง เซนเซอร์ (Sensor) คืออุปกรณ์ตรวจจับสัญญาณหรืองปริมาณทางฟิสิกส์ต่างๆ เช่น อุณหภูมิ เสียง แสง การสัมผัส เป็นต้น ในปัจจุบันก็จะเห็นว่าเซ็นเซอร์มีประโยชน์ในหลายๆด้าน ไม่ว่าจะเป็นตัวเซนเซอร์ตรวจจับบาร์โค้ด ตัวจับสัญญาณระยะห่าง ตัวจับสิ่งแปลกปลอม หรือแม้แต่ในโทรศัพท์มือถือก็จะมีตัวเซ็นเซอร์เป็นอุปกรณ์เสริมต่างๆ
เพื่ออำนวยความสะดวกในหลายๆด้าน และประมวลผลได้รวดเร็วแถมยังจดจำหรือเก็บข้อมูลลงระบบคอมพิวเตอร์ให้กับเราด้วย โดยที่เราต้องกรอกข้อมูลใหม่เลย เจ้าตัวเซ็นเซอร์ก็สามารถแสกนข้อมูลแล้วนำไปเก็บไว้ในที่เราตั้งค่าและทำไว้กับงานนั้นๆ การใช้งานที่แพร่หลายของเซ็นเซอร์ก็จะเห็นกันทั่วในระบบของตัวยิงบาร์โค้ดในร้านค้าต่างๆ หรือตามห้างสรรพสินค้าก็จะมีเจ้าตัวเซ็นเซอร์ตรวจจับหลายๆอย่าง เป็นเทคโนโลยีที่ทันสมัย สะดวก รวดเร็ว และมีการคำนวณผลที่แม่นยำ และยังเชื่อถือได้ แม้แต่ในกล้องวงจรปิดก็ต้องใช้ระบบของตัวเซ็นเซอร์ในการทำงานในบางส่วน เสมือนว่าเจ้าตัวเซ็นเซอร์มีอิทธิพลและเป็นที่นิยมมากในสังคมปัจจุบัน
1.sensor แสง
เซนเซอร์ชนิดใช้แสง (Optical sensor หรือ Photo sensor) โดยทั่วไปใช้ในงานการตรวจจับการเคลื่อนไหว การตรวจจับวัตถุ และการตรวจสอบขนาดรูปร่างของวัตถุ เซนเซอร์ชนิดนี้ทำงานโดยอาศัยหลักการส่งและรับแสง มีส่วนประกอบสำคัญ 2 ส่วนคือ ตัวส่งแสง (Emitter) และตัวรับแสง (Receiver) ลักษณะการตรวจจับเกิดจากการที่ลำแสงจากตัวส่งแสง ส่งไปสะท้อนกับวัตถุหรือถูกขวางกั้นด้วยวัตถุ ส่งผลให้ตัวรับแสงรู้สภาวะที่เกิดขึ้นและเปลี่ยนแปลงสภาวะของสัญญาณทางด้านเอาต์พุตเพื่อนำไปใช้งานต่อไป
อุปกรณ์ที่เป็นตัวรับแสงส่วนใหญ่นิยมใช้โฟโต้ไดโอด (Photo diode) หรือโฟโต้-ทรานซิสเตอร์ (Photo transistor) ส่วนตัวส่งแสงนั้นโดยทั่วไปใช้ LED (Light Emitting Diode) เนื่องจากการต่อใช้งานร่วมกับวงจรอิเล็กทรอนิกส์ทำได้ง่าย สะดวกในการบำรุงรักษา ใช้กระแสไฟฟ้าต่ำ และไม่ได้รับผลกระทบจากสภาวะรอบข้างไม่ว่าจะเป็นสนามแม่เหล็ก ความถี่ ความร้อน ความชื้น หรือการสั่นสะเทือน
แบ่งประเภทของ LED ตามความยาวคลื่นของแสงได้ดังนี้
LED แบบแสงอินฟราเรด มีความยาวคลื่นอยู่ในช่วง 910-950 nm ไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า ให้ความเข้มของแสงสูงและระยะส่งไกล แต่ไม่สามารถแยกแยะความแตกต่างของสีได้
LED แบบแสงสีแดง มีความยาวคลื่นประมาณ 650 nm มองเห็นได้ด้วยตาเปล่า ความเข้มของแสงอยู่ในระดับปานกลาง สามารถตรวจจับพื้นผิวที่มีสีดำ สีน้ำเงินและสีเขียวบนพื้นสีขาวได้ดี
LED แบบแสงสีเขียว มีความยาวคลื่นประมาณ 560 nm ให้ความเข้มของแสงต่ำ มีระยะการตรวจจับที่ไม่ไกล สามารถตรวจจับพื้นที่สีแดงบนพื้นสีขาวได้ดี
นอกจากนี้ยังมี LED ประเภทแสงเลเซอร์ซึ่งเหมาะสำหรับงานที่ต้องการความละเอียดในการวัดสูง การเลือกใช้ LED แต่ละแบบขึ้นอยู่กับสีและลักษณะพื้นผิวของวัตถุที่ต้องการตรวจจับ
ประเภทของเซนเซอร์ชนิดใช้แสง
สามารถแบ่งตามลักษณะการตรวจจับ และตำแหน่งการติดตั้งตัวรับแสงและตัวส่งแสงได้ 3 ประเภท
ประเภทตรวจจับโดยตรง (Diffuse-reflective opitcal sensor)
ประเภทลำแสงสะท้อนกลับ (Retro - reflective optical sensor) และ
ประเภทลำแสงผ่านตลอด (Through - beam optical sensor)
นอกจากเซนเซอร์ชนิดใช้แสงทั้ง 3 ประเภทแล้ว ยังมีเซนเซอร์แบบพิเศษที่ออกแบบมาเพื่อการใช้งานบางอย่างโดยเฉพาะ เช่น ประเภทใยแก้วนำแสง (Fiber-Optic optical sensor) ซึ่งเป็นได้ทั้งแบบสะท้อนวัตถุโดยตรงและแบบแยกตัวรับและตัวส่ง มีระยะการตรวจจับที่ใกล้ที่สุดขึ้นอยู่กับชนิดและคุณสมบัติของใยแก้วนำแสง เหมาะสำหรับใช้ตรวจจับวัตถุขนาดเล็กและใช้ในงานที่มีพื้นที่ติดตั้งน้อย ตัวอย่างการประยุกต์ใช้งานเซนเซอร์ใช้แสงประเภทนี้ได้แก่ การตรวจจับตำแหน่งของป้ายฉลากบนขวดและฝาจุกบนขวดดังแสดงในรูป
ตัวอย่างการประยุกต์ใช้งานเซนเซอร์ใช้แสงประเภทใยแก้วนำแสง
(นวภัทรา และ ทวีพล, 2555)
เนื่องจากเซนเซอร์ใช้แสงมีหลายประเภทและแต่ละประเภทมีความเหมาะสมกับงานที่แตกต่างกัน ในการเลือกใช้นอกจากการพิจารณาถึงลักษณะงานแล้ว ยังต้องพิจารณาถึงองค์ประกอบอื่น ๆ ด้วย เช่น ลักษณะของวัตถุ ได้แก่ ขนาด รูปร่าง สี ลักษณะพื้นผิว ตำแหน่งติดตั้งหรือตรวจจับวัตถุ ความเร็วในการเคลื่อนที่ของวัตถุผ่านเซนเซอร์ ระยะห่างระหว่างเซนเซอร์ที่อยู่บริเวณใกล้เคียง และสภาพแวดล้อมในบริเวณใช้งาน
ที่มา: การวัดและเครื่องมือวัด ประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรมอาหาร (นวภัทรา และ ทวีพล , 2555)
อุปกรณ์ที่เป็นตัวรับแสงส่วนใหญ่นิยมใช้โฟโต้ไดโอด (Photo diode) หรือโฟโต้-ทรานซิสเตอร์ (Photo transistor) ส่วนตัวส่งแสงนั้นโดยทั่วไปใช้ LED (Light Emitting Diode) เนื่องจากการต่อใช้งานร่วมกับวงจรอิเล็กทรอนิกส์ทำได้ง่าย สะดวกในการบำรุงรักษา ใช้กระแสไฟฟ้าต่ำ และไม่ได้รับผลกระทบจากสภาวะรอบข้างไม่ว่าจะเป็นสนามแม่เหล็ก ความถี่ ความร้อน ความชื้น หรือการสั่นสะเทือน
แบ่งประเภทของ LED ตามความยาวคลื่นของแสงได้ดังนี้
LED แบบแสงอินฟราเรด มีความยาวคลื่นอยู่ในช่วง 910-950 nm ไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า ให้ความเข้มของแสงสูงและระยะส่งไกล แต่ไม่สามารถแยกแยะความแตกต่างของสีได้
LED แบบแสงสีแดง มีความยาวคลื่นประมาณ 650 nm มองเห็นได้ด้วยตาเปล่า ความเข้มของแสงอยู่ในระดับปานกลาง สามารถตรวจจับพื้นผิวที่มีสีดำ สีน้ำเงินและสีเขียวบนพื้นสีขาวได้ดี
LED แบบแสงสีเขียว มีความยาวคลื่นประมาณ 560 nm ให้ความเข้มของแสงต่ำ มีระยะการตรวจจับที่ไม่ไกล สามารถตรวจจับพื้นที่สีแดงบนพื้นสีขาวได้ดี
นอกจากนี้ยังมี LED ประเภทแสงเลเซอร์ซึ่งเหมาะสำหรับงานที่ต้องการความละเอียดในการวัดสูง การเลือกใช้ LED แต่ละแบบขึ้นอยู่กับสีและลักษณะพื้นผิวของวัตถุที่ต้องการตรวจจับ
ประเภทของเซนเซอร์ชนิดใช้แสง
สามารถแบ่งตามลักษณะการตรวจจับ และตำแหน่งการติดตั้งตัวรับแสงและตัวส่งแสงได้ 3 ประเภท
ประเภทตรวจจับโดยตรง (Diffuse-reflective opitcal sensor)
ประเภทลำแสงสะท้อนกลับ (Retro - reflective optical sensor) และ
ประเภทลำแสงผ่านตลอด (Through - beam optical sensor)
นอกจากเซนเซอร์ชนิดใช้แสงทั้ง 3 ประเภทแล้ว ยังมีเซนเซอร์แบบพิเศษที่ออกแบบมาเพื่อการใช้งานบางอย่างโดยเฉพาะ เช่น ประเภทใยแก้วนำแสง (Fiber-Optic optical sensor) ซึ่งเป็นได้ทั้งแบบสะท้อนวัตถุโดยตรงและแบบแยกตัวรับและตัวส่ง มีระยะการตรวจจับที่ใกล้ที่สุดขึ้นอยู่กับชนิดและคุณสมบัติของใยแก้วนำแสง เหมาะสำหรับใช้ตรวจจับวัตถุขนาดเล็กและใช้ในงานที่มีพื้นที่ติดตั้งน้อย ตัวอย่างการประยุกต์ใช้งานเซนเซอร์ใช้แสงประเภทนี้ได้แก่ การตรวจจับตำแหน่งของป้ายฉลากบนขวดและฝาจุกบนขวดดังแสดงในรูป
ตัวอย่างการประยุกต์ใช้งานเซนเซอร์ใช้แสงประเภทใยแก้วนำแสง
(นวภัทรา และ ทวีพล, 2555)
เนื่องจากเซนเซอร์ใช้แสงมีหลายประเภทและแต่ละประเภทมีความเหมาะสมกับงานที่แตกต่างกัน ในการเลือกใช้นอกจากการพิจารณาถึงลักษณะงานแล้ว ยังต้องพิจารณาถึงองค์ประกอบอื่น ๆ ด้วย เช่น ลักษณะของวัตถุ ได้แก่ ขนาด รูปร่าง สี ลักษณะพื้นผิว ตำแหน่งติดตั้งหรือตรวจจับวัตถุ ความเร็วในการเคลื่อนที่ของวัตถุผ่านเซนเซอร์ ระยะห่างระหว่างเซนเซอร์ที่อยู่บริเวณใกล้เคียง และสภาพแวดล้อมในบริเวณใช้งาน
ที่มา: การวัดและเครื่องมือวัด ประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรมอาหาร (นวภัทรา และ ทวีพล , 2555)
2.เซนเซอร์ตรวจวัดอุณหภูมิ (Temperature Sensor)
เซนเซอร์ตรวจวัดอุณหภูมิ (Temperature Sensor)
การตรวจวัดอุณหภูมิใช้รูปแบบ การเปลี่ยนแปลงระดับแรงดันไฟฟ้าจากสัญญาณอนาล็อกไปสู่ สัญญาณดิจิตอล โดยสัมพันธ์กับอุณภูมิ มีรูปแบบใหญ่ ๆ ของ เซนเซอร์ อยู่ด้วยกัน 3 รูปแบบ คือ
Thermocouple คือ อุปกรณ์วัดอุณหภูมิโดยใช้หลักการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิเป็นแรงเคลื่อนไฟฟ้า ทำมาจากโลหะตัวนำที่ต่างชนิดกัน 2 ตัว มาเชื่อมต่อปลายทั้งสองเข้าด้วยกัน ที่ปลายด้านหนึ่ง เรียกว่า "จุดอุณหภูมิ" ส่วนปลายอีกด้านหนึ่งปล่อยเปิดไว้ เรียกว่า "จุดอ้างอิง" หากที่จุดวัดอุณหภูมิและจุดอ้างอิงมีอุณหภูมิต่างกันก็จะทำให้มีการนำกระแส ในวงจร Thermocouple
Thermocouple คือ อุปกรณ์วัดอุณหภูมิโดยใช้หลักการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิเป็นแรงเคลื่อนไฟฟ้า ทำมาจากโลหะตัวนำที่ต่างชนิดกัน 2 ตัว มาเชื่อมต่อปลายทั้งสองเข้าด้วยกัน ที่ปลายด้านหนึ่ง เรียกว่า "จุดอุณหภูมิ" ส่วนปลายอีกด้านหนึ่งปล่อยเปิดไว้ เรียกว่า "จุดอ้างอิง" หากที่จุดวัดอุณหภูมิและจุดอ้างอิงมีอุณหภูมิต่างกันก็จะทำให้มีการนำกระแส ในวงจร Thermocouple
Resistance Temperature Detector (RTD) คือ ตัวเซ็นเซอร์อุณหภูมิที่ใช้หลักการเปลี่ยนแปลงค่าความต้านทานของโลหะ ซึ่งค่าความต้านทานดังกล่าวจะมีค่าเพิ่มตามอุณหภูมิ ความต้านทานของโลหะที่เพิ่มขึ้นนี้ เรียกว่า “สัมประสิทธิ์การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิแบบบวก” นิยมนำไปใช้ในการวัดอุณหภูมิในช่วง -270 to 850 °C. วัสดุที่นำมาใช้จะเป็นโลหะที่มีความต้านทานจำเพาะต่ำ เช่น แพลทินัม, ทังสเตน และ นิกเกิล
Thermistor เป็น อุปกรณ์ความต้านทานชนิดที่สามารถเปลี่ยนค่าความต้านทานเมื่อได้รับความร้อน โดยที่ค่าความต้านทานจะเปลี่ยนแปลงแบบไม่เป็นเชิงเส้น กับอุณหภูมิ แบ่งเป็น 2 ลักษณะ คือ
Positive Temperature Comitial (PTC) เป็น ชนิดที่ปกติจะมีค่าความต้านทานต่ำ เมื่อได้รับความร้อนจะทำให้มีค่าความต้านทานสูงขึ้นตามลำดับอุณหภูมิ นำไปใช้ตรวจสอบระดับความร้อน หรือทำให้เกิดความร้อนขึ้นเพื่อควบคุมการจ่ายแรงดันไฟฟ้าให้กับขดลวด เช่น วงจรล้างสนามแม่เหล็กอัตโนมัติของเครื่องรับโทรทัศน์สี (Degaussing coil) เป็นต้น
Negative Temperature Comitial (NTC) เป็นชนิด ที่ปกติจะมีความต้านทานสูงเมื่อได้รับความร้อน ค่าความต้านทานจะต่ำลง ใช้งานด้านการตรวจสอบความร้อนเพื่อควบคุมระดับการทำงาน เช่น ในวงจรขยายเสียงที่ดีใช้ตรวจจับความร้อนที่เกิดจากการทำงานแล้วป้อนกลับไปลด การทำงานของวงจรให้น้อยลง เพื่ออุปกรณ์หลักจะไม่เกิดความร้อนมากจนเกินไป
Thermistor เป็น อุปกรณ์ความต้านทานชนิดที่สามารถเปลี่ยนค่าความต้านทานเมื่อได้รับความร้อน โดยที่ค่าความต้านทานจะเปลี่ยนแปลงแบบไม่เป็นเชิงเส้น กับอุณหภูมิ แบ่งเป็น 2 ลักษณะ คือ
Positive Temperature Comitial (PTC) เป็น ชนิดที่ปกติจะมีค่าความต้านทานต่ำ เมื่อได้รับความร้อนจะทำให้มีค่าความต้านทานสูงขึ้นตามลำดับอุณหภูมิ นำไปใช้ตรวจสอบระดับความร้อน หรือทำให้เกิดความร้อนขึ้นเพื่อควบคุมการจ่ายแรงดันไฟฟ้าให้กับขดลวด เช่น วงจรล้างสนามแม่เหล็กอัตโนมัติของเครื่องรับโทรทัศน์สี (Degaussing coil) เป็นต้น
Negative Temperature Comitial (NTC) เป็นชนิด ที่ปกติจะมีความต้านทานสูงเมื่อได้รับความร้อน ค่าความต้านทานจะต่ำลง ใช้งานด้านการตรวจสอบความร้อนเพื่อควบคุมระดับการทำงาน เช่น ในวงจรขยายเสียงที่ดีใช้ตรวจจับความร้อนที่เกิดจากการทำงานแล้วป้อนกลับไปลด การทำงานของวงจรให้น้อยลง เพื่ออุปกรณ์หลักจะไม่เกิดความร้อนมากจนเกินไป
วงจรการต่ออุปกรณ์
การนำไปใช้งาน
การตรวจวัดอุณหภูมิใช้รูปแบบการเปลี่ยนแปลงระดับแรงดันไฟฟ้าจากสัญญาณอนาล็อกไปสู่ สัญญาณดิจิตอล
3.ตัวตรวจจับการไหลของน้ำ (Water flow sensor)
ตัวตรวจจับที่ได้รับการออกแบบมาสำหรับตรวจจับอัตราการไหลของน้ำโดยเฉพาะ ในตัวของมันประกอบด้วย โรเตอร์หรือแกนหมุนสำหรับรับน้ำที่มีแม่เหล็กชิ้นเล็กๆ ติดอยู่ และตัวตรวจจับฮอลล์เอฟเฟ็กต์ ซึ่งบรรจุอยู่ภายในตัวถังพลาสติกซึ่งผลิตจากไนล่อนและไฟเบอร์ที่มีข้อต่อสำหรับทางน้ำเข้าและทางน้ำออก เมื่อน้ำไหลเข้ามาในตัวตรวจจับ แกนหมุนที่อยู่ภายในจะหมุน ทำให้แม่เหล็กที่ติดอยู่กับใบพัดของแกนหมุนนั้นเกิดการเคลื่อนที่ผ่าตัวตรวจจับฮอลล์เอฟเฟ็กต์ ทำให้เกิดสัญญาณพัลส์ซึ่งจะมีอัตราตามความเร็วของกระแสน้ำที่ไหลเข้ามาในตัวตรวจจับ
แรงดันใช้งานคือ 5 ถึง 24V กินกระแสไฟฟ้า 15mA ที่ไฟเลี้ยง+5V น้ำหนักรวม 43 กรัม ตรวจจับอัตราการไหลของน้ำได้ในช่วง0.5 ถึง 60 ลิตรต่อนาที ย่านความกดอากาศที่ใช้งานได้คือ ต่ำกว่า 1.2Mpa อุณหภูมิของน้ำที่ไหลผ่านต้องอยู่ในย่าน 0 ถึง 80องศาเซลเซียส ความผิดพลาดในการตรวจจับน้อยกว่า 3 % ทางน้ำเข้าออกมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.5 นิ้ว มีเกลียวสำหรับขันยึดกับท่อ
ที่สายเอาต์พุตของตัวตรวจจับเมื่อนำไปต่อกับไมโครคอนโทรลเลอร์ควรต่อตัวต้านทาน 10kΩ พูลอัป เพื่อกำหนดสถานะลอจิกที่แน่นอนในขณะที่ยังไม่มีการตรวจจับการไหลของน้ำให้เป็นลอจิก "1" เมื่อเกิดการตรวจจับ สายเอาต์พุตจะให้สัญญาณเอาต์พุตเป็นพัลส์ที่แอกตีฟด้วยลอจิก "0" สัญญาณพัลส์เอาต์พุตมีค่าดิวตี้ไซเกิลในช่วง 40 ถึง 60%
ตัวตรวจจับนี้เหมาะสำหรับการวัดอัตราการไหลของน้ำประปา น้ำบริสุทธิ์ หรือของเหลวอื่นที่มีความหนืดใกล้เคียงหรือเท่ากับน้ำ ไม่แนะนำให้ใช้กับน้ำกรด ด่าง และน้ำมันทุกประเภท
ดูข้อมูลเพิ่มเติมและตัวอย่างการใช้งาน
4. เซนเซอร์ตรวจวัดการไหลแบบอิเล็กทรอแมกเนติก (Electromagnetic flow meter)
เซนเซอร์ชนิดนี้อาศัย "กฏของฟาราเดย์" ใช้หลักการการเหนี่ยวนำของเส้นแรงแม่เหล็กไฟฟ้า มาประยุกต์ใช้
ในการตรวจสอบ ประกอบด้วยขดลวดตัวนำ 2 ชุด ต่ออนุกรมกัน ติดตั้งไว้ทางด้านข้างของท่อส่งจ่าย เมื่อขดลวดทั้ง 2 ถูกกระตุ้นด้วยกระแสไฟฟ้า จะทำให้ขดลวดมีเส้นแรงแม่เหล็กไฟฟ้าเกิดขึ้นจำนวนหนึ่ง โดยมีของเหลวที่ไหลผ่านภายในท่อเป็นเสมือนตัวนำที่เคลื่อนที่ตัดผ่านเส้นแรงแม่เหล็กไฟฟ้า ขั้วอิเล็กโทรดตัวนำทำหน้าที่เป็น prove วัดนำแรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำที่เกิดขึ้นส่งออกไปยัง output ของวงจรเพื่อทำการ
แสดงผลหรือบันทึกค่าการวัด และสามารถนำค่าการวัดที่ได้ไปปรับเทียบเพื่อให้แสดงผลออกมาอยู่ในรูป ความเร็วของการไหล อัตราการไหลเชิงปริมาตร หรืออัตราการไหลเชิงมวล ตามจุดประสงค์การใช้งานได้
เนื่องจากไม่มีการสัมผัสกับของไหลโดยตรงจึง ไม่ส่งผลกระทบต่อของเหลวที่อยู่ในท่อ ทำให้ในวงการ
แพทย์ที่ใช้เซนเซอร์ตัวนี้ในการตรวจวัดอัตราการไหลและหมุนเวียนโลหิตในร่างกายมนุษย์ แต่อย่างไรก็ตาม
เซนเซอร์ชนิดนี้ไม่สามารถนำไปตรวจวัดการไหลของก๊าซได้
5.เซนเซอร์ตรวจวัดการไหลแบบอัลตราโซนิก (Ultrasonic flow meter)
ใช้หลักการของการสะท้อนของคลื่นอัลตราโซนิก ประกอบด้วย ตัวส่ง ตัวสะท้อน และตัวรับ เราสามารถ
อธิบายการทำงานของวงจรได้อย่างง่ายดังนี้
- กรณีที่ไม่มีการไหล เวลาที่คลื่นใช้ในการเดินทางจากตัวส่งไปยังตัวรับจะมีค่าขึ้นอยู่กับระยะห่างจากตัวส่งถึงตัวรับและความเร็วในการเคลื่อนที่ของคลื่นในของเหลวนั้น
- กรณีมีการไหลผ่านตัวส่งไปตัวรับเกิดขึ้้น การเคลื่อนที่ของคลื่น จะมีค่าความเร็วเพิ่มขึ้น จึงทำให้เวลาหน่วง (delay time) ที่เกิดขึ้นหรือเวลาที่คลื่นใช้ในการเดินทางจากตัวส่งไปยังตัวรับมีค่าน้อยกว่ากรณีที่ไม่มีการไหล
- กรณีที่มีการไหลเคลื่อนที่ผ่านตัวรับไปยังตัวส่ง ในกรณีนี้ เวลาหน่วงจะเพิ่มขึ้น
จากนั้นเวลาหน่วงที่เราตรวจสอบได้จากคุณสมบัติในการทำงานทั้ง 3 กรณี จะถูกนำไปประมวลผลสัญญาณด้วยวงจรอิเล็กทรอนิกส์ พร้อมทั้งปรับเทียบสเกลให้แสดงผลออกมาอยู่ในเทอมของอัตราการไหลของของเหลวที่ตรวจวัดได้ สามารถตรวจวัดได้ทั้งของเหลวที่มีสภาพนำไฟฟ้าและไม่นำไฟฟ้า แต่ไม่สามารถวัดการไหลของก๊าซได้
เซนเซอร์ชนิดอัลตร้าโซนิก (Ultrasonic) มักจะเป็นปัญหาเมื่อนำไปใช้กับงานวัดระดับของเหลวภายใต้อุณหภูมิ 300 องศาฟาเรนไฮต์ และที่ความดันต่ำกว่า 50 psi นอกจากนี้ผลกระทบของไอน้ำ หรือวัตถุอื่น ๆ เช่น ตะกอน ฝุ่น ซึ่งเจือปนอยู่ในของเหลวก็จะส่งผลต่อการทำงานของเซนเซอร์
RPS-412A HIGH ACCURA
CY SENSOR
  |
| RPS-326 ControllerWith Remote Sensing Head |
เป็นไงกันบ้างรู้จักกับเซนเซอร์ที่ใช้ตรวจวัดของเหลวไปแล้วมารู้จักกับตัวที่ใช้ตรวจวัดก๊าซในเลือดบ้างดีกว่า ได้แก่ การตรวจวัดออกซิเจน คาร์บอนไดออกไซด์ และแอลกอฮอล์ นั้นเอง
6. การตรวจวัดออกซิเจนในเลือด
เราจะใช้เครื่องมือที่เรีกว่า "Pulse oximeter"
เครื่องมือชนิดนี้มีความสำคัญต่อการตรวจวัดค่าความอิ่มตัวของออกซิเจนในเลือดแดงและอัตราการเต้นของหัวใจ ทำให้สามารถติดตามการทำงานเบื้องต้นของระบบหายใจและระบบหัวใจได้ ใช้ง่าย สะดวกและให้ข้อมูลได้อย่างรวดเร็วและเป็นปัจจุบัน เครื่องประกอบด้วย ตัววัด (sensor) ที่สามารถติดลงบนผิวหนังบริเวณเท้าหรือมือของทารกได้โดยตรง เครื่องจะให้รังสีออกมาที่ความยาวคลื่น 2 ช่วง คือ 660 นาโนเมตรจะให้แสงสีแดงที่มองเห็นได้ด้วยตาเปล่าและ 940 นาโนเมตรจะให้รังสีอินฟาเรด นอกจากนี้เครื่องยังสามารถจับอัตราการเต้นของหัวใจได้จากการจังหวะการไหลของเลือดแดงผ่านตัววัด ค่าที่อ่านได้จะแสดงความเข้มข้นของออกซิเจนที่จับกับฮีโมโกลบินในเลือดแดง ค่าปกติในทารกคลอดก่อนกำหนดคือ 90-100% ส่วนในทารกคลอดครบกำหนดคือ 96-100 %
Pulse oximetry เป็นวิธีการวัดความอิ่มตัวของออกซิเจนในเลือด (SpO2) ด้วย spectrophotometry
โดยหลักการที่ว่าสารแต่ละชนิดจะมีย่านการดูดกลืนแสง (absorption spectrum) แตกต่างกัน เช่น
oxygenated hemoglobin ดูดกลืน red light (600-750 nm) น้อยกว่า แต่ดูดกลืน infrared light
(850-1000 nm) มากกว่า deoxygenated (reduced) hemoglobin (รูปที่ 1)
Pulse oximetry มี 2 ชนิดคือ
1) Hemoximetry หรือ co-oximetry ใช้แสงที่มีความยาวคลื่นแตกต่างกัน 3-4 ความยาวคลื่น ดังนั้นจึง
สามารถวัดความเข้มข้น ของ hemoglobin หลายชนิดพร้อม ๆ กันได้ เช่น reduced hemoglobin (Hb),
oxygenated hemoglobin (HbO2), carboxyhemoglobin (HbCO), และ methemoglobin (metHb) การวัด
ด้วยวิธีนี้เป็นวิธีinvasive เพราะต้องเจาะเลือด
2) Pulse oximetry เป็นวิธี non-invasive สามารถวัดค่าความอิ่มตัวของออกซิเจนในเลือดโดยอาศัยแสง
2 ความยาวคลื่น คือ red light (660 nm) และ infrared light (940 nm) (รูปที่ 2)
Pulse oximeter ประกอบด้วย 2 ส่วนคือ sensor และ processor and display unit (รูปที่ 3)
ส่วนที่เป็น sensor มี 2 ด้าน ด้านหนึ่งเป็น light emitting diode (LED) ซึ่งจะปล่อยแสง 2 ความยาวคลื่น
สลับกัน ส่วนด้านที่อยู่ตรงข้าม จะมี photodiode ที่สามารถวัดความเข้มของแสงที่ส่งผ่านมา สัญญาณที่
ส่งผ่านมาจะถูกกรองและขยายและแสดงบนหน้าจอแสดง ผลในที่สุด โดยมี microprocessor เป็นตัวควบคุม
โดยส่วนใหญ่ความแม่นยำของ pulse oximetry อยู่ที่ +/- 2% เมื่อ SpO2 มีค่า 70-100% และ +/-3%
เมื่อ SpO2มีค่า 50-70% ค่าความแม่นยำจะยิ่งลดลงเมื่อ SpO2 ลดต่ำลง ค่า reference ของ pulse
oximeter เก็บรวบรวม จากอาสาสมัครที่มีสุขภาพดี ดังนั้นสีผิวและระดับ hemoglobin ของอาสาสมัครมีผล
ต่อค่า reference ซึ่งส่งผลให้มีความ แตกต่างของ SpO2 เมื่อวัดด้วยเครื่องต่างยี่ห้อกัน อีกปัจจัยหนึ่งที่มี
ผลต่อความแม่นยำคือ response time โดยปกติจะมี delay ระหว่างการเปลี่ยนแปลงของ SpO2 และการ
แสดงผลบนหน้าจอซึ่งขึ้นอยู่กับ signal averaging time, circulation time, และตำแหน่งของ oximeter
probe ปัญหาที่เกิดจากการใช้ pulse oximetry เกิดจาก 2 ส่วนหลักคือ ปัญหาทาง technical และ ปัญหาการ
แปลผลและการนำ ไปใช้ (clinical interpretation and use of data) อาจกล่าวได้ว่า motion artifact เป็นปัญหาที่ทำ ให้การอ่านค่าผิดพลาดและมี false alarm บ่อยที่สุด อาจแก้ไขโดย
เปลี่ยน ตำแหน่งของ sensor เช่นวัดที่หูหรือนิ้วเท้าแทน การใช้ sensor ที่มีขนาดเล็กลงหรือน้ำหนักน้อยก็อาจ
ช่วยได้ หรือปรับให้มี signal averaging time นานขึ้น ผิวหนังสีเข้ม ทำให้การอ่านค่าสูงกว่าความเป็นจริงได้
ดังนั้นจึงแนะนำให้ตั้ง low alarm สูงกว่าคนปกติประมาณ 3-5% ถ้าแสงจากสิ่งแวด ล้อมรบกวนอาจแก้ไข
โดยใช้ opaque material เช่น surgical towel, gauze, finger cot, blanket หรือ foil คลุม sensor ในรายที่
มี low perfusion states เช่น low cardiac output, vasoconstriction, vasoactive therapy หรือ
hypothermia ที่ทำให้เลือดไปเลี้ยงส่วนปลายลดลงก็จะเป็นการยากที่ sensor จะสามารถวัด arterial
pulsation ได้ Carboxyhemoglobin ดูดกลืนแสงที่ความยาวคลื่นเดียวกันกับ oxyhemoglobin
(660 nm) ทำให้วัดค่า SpO2 ได้สูงกว่าความเป็นจริง ภาวะ hyperbilirubinemia (สูงถึง 30 mg/dL)
ไม่มีผลต่อค่า SpO2 ที่วัดด้วย pulse oximeter แต่มีรายงานว่า severe hyperbilirubinemia
( > 30 mg/dL) มีผลต่อค่า saturation ที่วัดด้วย co-oximeter ซึ่งเกิดจากการอ่านค่า methemoglobin และ
HbCO สูงกว่าความเป็นจริง สีที่ฉีดเข้าทางหลอดเลือด สำหรับการวินิจฉัยเช่น methylene blue และ
indocyanine green ทำให้อ่านค่า SpO2 ต่ำกว่าความเป็นจริง สีทาเล็บโดยเฉพาะสีดำ ฟ้าและเขียวมีผล
ทำให้ค่า saturation ต่ำกว่าความเป็นจริง แนะนำให้ล้างออกก่อนที่จะวัดค่า saturation นอกจากนี้
เล็บปลอมก็รบกวนการอ่านค่าของ pulse oximeter ด้วย ถ้าเล็บหนาหรือสกปรกทำให้การวัดค่า ได้ไม่
แม่นยำการติด pulse oximeter ทางด้านข้าง (mounted sideways) อาจช่วยแก้ไขได้ ภาวะซีดใน
ระดับ Hb
7. การตรวจวัดคาร์บอนไดออกไซด์
เครื่องมือที่ใช้คือ "Transcutaneous oxygen and carbondioxide monitoring"
เครื่องมือชนิดนี้สามารถวัดความดันของออกซิเจนในเลือดแดงผ่านทางผิวหนังได้
โดยการติด electrode ที่หุ้มด้วยเยื่อบางๆ ก่อนที่จะติดกับผิวหนังบริเวณที่มีหลอดเลือดฝอยมาเลี้ยงมากๆ
เช่น บริเวณท้องหรือผนังทรวงอก ซึ่งจำเป็นต้องทำให้ผิวหนังบริเวณที่วัดร้อนขึ้นเนื่องจากการวัดค่าความดัน
ของออกซิเจนในเลือดฝอยจะมีความสัมพันธ์กันดีกับค่าความดันออกซิเจนในเลือดแดงเมื่ออุณหภูมิ
ประมาณ 43-44 องศาC การวัดความดันของคาร์บอนไดออกไซด์ในเลือดแดงอาจไม่ใช่สิ่งสำคัญที่ต้อง
ทำให้อุณหภูมิของผิวหนังบริเวณที่วัดสูงขึ้น แต่เช่นเดียวกันกับค่าความดันของออกซิเจนในเลือดแดง
หากอุณหภูมิสูงขึ้นค่าความดันของคาร์บอนไดออกไซด์ในเลือดฝอยจะมีความสัมพันธ์กันดีกับค่าความดัน
คาร์บอนไดออกไซด์ในเลือดแดง การวัดด้วยเครื่องมือชนิดนี้มีประโยชน์ในการตรวจวัดค่าความดันของก๊าซ
ในเลือดไว้ตลอดเวลาโดยไม่ต้องเจาะเลือดเพื่อนำไปวิเคราะห์ อย่างไรก็ตามการใช้เครื่องมือนี้จำเป็นต้อง
มีการปรับความเที่ยงตรงบ่อยๆ และอาจทำให้เกิดการไหม้ของผิวหนังบริเวณที่ติด electrode ได้
8. เครื่องตรวจวัดแอลกอฮอล์จากลมหายใจ
เราสามารถวัดได้โดยใช่เครื่องมือคือ "ALCO - SENSOR IV" ซึ่งเจ้าเครื่องนี้ จะตอบสนองไวต่อเอธิลแอลกอฮอล์ในเลือดจากลมหายใจ แต่จะมีความเฉื่อยชาต่อ อะซีโตนหรือไฮโดรคาร์บอนอื่นๆ ทำให้ผลที่ได้ค่อนข้างจะเที่ยงตรง
ภายในเครื่อง ALCO - SENSOR IV ประกอบด้วยแผ่นเซลล์เชื้อเพลิง (FUEL CELL) เป็นตัว SENSOR และมีลูกสูบไฟฟ้าเป็นตัวสูบตัวอย่างลมหายใจที่เป่าเข้าไปในตัวเครื่อง
เมื่อมีการเป่าลมหายใจผ่านเข้าไปในตัวเครื่อง ลูกสูบไฟฟ้าจะทำงานเก็บตัวอย่างจำนวน 1 ซีซีของลมหายใจที่มาจากส่วนลึกของปอด โดยแอลกอฮอล์จะเกิดปฏิกิริยาแปลงเป็น กรดอะซิตริก และอิเล็คตรอน FUEL CELL จะแปลงสัญญานที่เกิดจากการ OXIDIZE แอลกอฮอล์ในลมหายใจและวิเคราะห์ ผลของตัวอย่างลมหายใจที่ถูกเก็บ จากผลของกระแสไฟฟ้านี้จะถูกแปลงให้เป็นค่าความเข้มข้นของแอลกอฮอล์ในเลือดจากลมหายใจและขึ้นเป็นตัวเลขแสดงที่หน้าจอ
อย่างไรก็ตามความเที่ยงตรง ของการวัดระดับแอลกอฮอล์ในเลือดจากลมหายใจนั้น ขึ้นอยู่กับความสัมพันธ์ ระหว่างความเข้มข้นของแอลกอฮอล์ในเลือดจากลมหายใจที่ออกมาจากส่วนลึกของปอดนั้นเอง
