เครื่องวัดแสง คืออะไร? เข้าใจกลไกการทำงานและวิธีเลือกซื้อให้ตอบโจทย์การใช้งาน

ในงานวิศวกรรม ความปลอดภัย อาชีวอนามัย หรือแม้แต่งานถ่ายภาพ แสงสว่างถือเป็นปัจจัยสำคัญที่ส่งผลโดยตรงต่อคุณภาพงานและสุขภาพของผู้ปฏิบัติงาน ทว่าสายตาของมนุษย์มีความสามารถในการปรับตัวเข้ากับสภาพแวดล้อมสูงมาก เราจึงไม่สามารถใช้ความรู้สึกตัดสินได้ว่าแสงตรงหน้าสว่างเพียงพอหรือไม่

การใช้เครื่องมือวัดที่แม่นยำจึงเป็นสิ่งจำเป็น บทความนี้จะพาไปทำความเข้าใจอย่างละเอียดว่า เครื่องวัดแสง คืออะไร? มีหลักการทำงานทางฟิสิกส์อย่างไร และค่าทางเทคนิคต่าง ๆ ที่ควรรู้มีอะไรบ้าง เพื่อให้คุณสามารถนำไปประยุกต์ใช้หรือเลือกซื้ออุปกรณ์ได้อย่างถูกต้อง

เครื่องวัดแสง คืออะไร?

เครื่องวัดแสง คือ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีหน้าที่วัดความส่องสว่างหรือปริมาณของแสงที่ตกกระทบลงบนพื้นที่หนึ่งตารางหน่วย วัตถุประสงค์หลักของการใช้งานคือการตรวจสอบว่าพื้นที่ดังกล่าวนั้นได้รับแสงสว่างเพียงพอตามมาตรฐานความปลอดภัยหรือความเหมาะสมในการใช้งานหรือไม่

โดยการวัดแสงสว่างนั้นไม่ได้วัดความจ้าที่แหล่งกำเนิดแสงโดยตรง แต่วัดผลลัพธ์ของแสงที่เดินทางมาถึงพื้นผิวแล้ว ค่าที่ได้จากการวัดจะแสดงผลออกมาในหน่วย ลักซ์ (Lux) หรือ ฟุต-แคนเดิล (Foot-candle) ซึ่งเป็นหน่วยวัดความส่องสว่างมาตรฐานสากล โดยความสัมพันธ์ระหว่างสองหน่วยนี้คือ 1 Foot-candle จะมีค่าประมาณ 10.76 Lux หรือเพื่อการคำนวณคร่าว ๆ มักจะเทียบว่า 1 fc เท่ากับ 10 Lux

และด้วยเหตุนี้ เครื่องวัดแสง ในภาษาอังกฤษจึงถูกเรียกว่า Lux Meter

ความสำคัญของเครื่องวัดแสงสว่างครอบคลุมในหลายอุตสาหกรรม สำหรับเจ้าหน้าที่ความปลอดภัย (จป.) จำเป็นต้องใช้เครื่องมือนี้ในการตรวจวัดแสงสว่างในโรงงานหรือสำนักงานให้เป็นไปตามกฎหมายแรงงาน เพื่อป้องกันอุบัติเหตุและลดความเหนื่อยล้าของดวงตาพนักงาน ในขณะที่งานด้านการเกษตร เกษตรกรยุคใหม่ใช้เครื่องวัดแสงในการควบคุมปริมาณแสงในโรงเรือนเพื่อเร่งหรือชะลอการเจริญเติบโตของพืช ส่วนในงานด้านสถาปัตยกรรมและการออกแบบภายใน การวัดแสงช่วยให้มั่นใจว่าการจัดวางระบบไฟเป็นไปตามสเปกที่กำหนดไว้ตั้งแต่ต้น

เพราะสิ่งที่ทำให้เครื่องวัดแสงมีความสำคัญคือ ความเป็นกลาง เพราะดวงตาของมนุษย์มีม่านตาที่หดและขยายได้ตามความเข้มแสง ทำให้เรารู้สึกว่าห้องที่มืดสลัวยังคงมองเห็นได้ชัดเจน หรือห้องที่สว่างจ้าเกินไปอาจดูปกติหลังจากผ่านไปสักพัก แต่เซนเซอร์ของเครื่องวัดแสงจะอ่านค่าตามความเป็นจริงทางฟิสิกส์ ซึ่งเป็นข้อมูลดิบที่เชื่อถือได้สำหรับการวิเคราะห์และแก้ไขปัญหา

เครื่องวัดแสงทำงานอย่างไร

กลไกการทำงานของเครื่องวัดแสงนั้นอาศัยหลักการทางฟิสิกส์ที่เรียกว่า ปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก (Photoelectric Effect) ร่วมกับการแปลงสัญญาณอนาล็อกเป็นดิจิทัล เพื่อให้ได้ค่าตัวเลขที่เราอ่านได้บนหน้าจอ โดยมีหัวใจสำคัญอยู่ที่ส่วนรับแสงและวงจรประมวลผล

1. ส่วนรับแสง

เมื่อเราสังเกตที่หัววัดของเครื่องวัดแสง จะเห็นพลาสติกสีขาวขุ่นลักษณะคล้ายโดม ส่วนนี้ทำหน้าที่สำคัญมาก ภายใต้โดมนั้นคือ เซนเซอร์รับแสง ซึ่งส่วนใหญ่นิยมใช้ โฟโตไดโอด (Photodiode) หรือ โฟโตเซลล์ (Photocell) ที่ทำจากสารกึ่งตัวนำจำพวกซิลิคอนหรือซีลีเนียม

หลักการทำงานเริ่มต้นเมื่ออนุภาคของแสง หรือ โฟตอน (Photon) เดินทางมากระทบกับสารกึ่งตัวนำในเซนเซอร์ พลังงานจากแสงจะไปกระตุ้นอิเล็กตรอนในสารกึ่งตัวนำให้หลุดออกจากวงโคจร ทำให้เกิดการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน ซึ่งก็คือการเกิดกระแสไฟฟ้าไหลในวงจรนั่นเอง ปริมาณกระแสไฟฟ้าที่เกิดขึ้นนี้จะแปรผันตรงกับความเข้มของแสงที่ตกกระทบ ยิ่งแสงมาก กระแสไฟฟ้าก็ยิ่งมาก

อย่างไรก็ตาม การจะทำให้เครื่องวัดแสงทำงานได้แม่นยำเทียบเท่าสายตามนุษย์ จำเป็นต้องมีองค์ประกอบทางเทคนิคเพิ่มเติมอีกสองส่วนที่ซ้อนอยู่ในหัววัด ได้แก่

การปรับแก้ค่าสเปกตรัม (Spectral Correction Filter) เซนเซอร์อิเล็กทรอนิกส์โดยธรรมชาติจะตอบสนองต่อแสงในย่านต่าง ๆ ไม่เหมือนกับตามนุษย์ ตัวอย่างเช่น เซนเซอร์อาจไวต่อแสงสีน้ำเงินหรือแสงอินฟราเรดมากเป็นพิเศษ แต่ตามนุษย์ไวต่อแสงสีเขียวเหลืองมากที่สุด ดังนั้นผู้ผลิตจึงต้องติดตั้งฟิลเตอร์กรองแสงไว้หน้าเซนเซอร์ เพื่อปรับกราฟการตอบสนองของเซนเซอร์ให้ตรงกับเส้นโค้ง CIE Photopic Luminosity Curve ซึ่งเป็นมาตรฐานการมองเห็นของมนุษย์ เพื่อให้ค่าลักซ์ที่วัดได้ ตรงกับความสว่างที่มนุษย์ “รู้สึก” จริง ๆ

การปรับแก้ค่ามุมตกกระทบ (Cosine Correction) แสงไม่ได้ส่องลงมาตั้งฉากกับพื้นผิวเสมอไป บ่อยครั้งแสงมาจากด้านข้างหรือมุมเฉียง ตามกฎทางฟิสิกส์ที่เรียกว่า Lambert’s Cosine Law ความส่องสว่างจะลดลงตามค่า Cosine ของมุมที่แสงตกกระทบ หากไม่มีการออกแบบส่วนรับแสงที่ดี แสงที่เข้ามาทางด้านข้างอาจสะท้อนออกไปและไม่ถูกวัดค่า ทำให้ค่าที่ได้ต่ำกว่าความเป็นจริง ดังนั้นฝาครอบสีขาวขุ่นรูปโดมที่เราเห็น จึงทำหน้าที่กระจายแสงและหักเหแสงที่มาจากมุมต่าง ๆ ให้เข้าสู่เซนเซอร์ได้อย่างถูกต้องตามหลักการนี้

2. การประมวลผลสัญญาณ

หลังจากที่เซนเซอร์เปลี่ยนแสงเป็นกระแสไฟฟ้าแล้ว กระแสไฟฟ้านั้นยังมีขนาดเล็กมาก วงจรภายในเครื่องวัดแสงสว่างจะทำการขยายสัญญาณนี้ (Amplification) แล้วส่งไปยังตัวแปลงสัญญาณอนาล็อกเป็นดิจิทัล (Analog-to-Digital Converter) เพื่อเปลี่ยนค่าทางไฟฟ้าให้กลายเป็นตัวเลขดิจิทัลที่แสดงผลเป็นหน่วย Lux บนหน้าจอ LCD โดยชิปประมวลผลจะทำการคำนวณเทียบบัญญัติไตรยางศ์ตามย่านวัด (Range) ที่ตั้งไว้ เพื่อให้ได้ค่าที่ละเอียดและแม่นยำที่สุด

ค่าอะไรบ้างที่ต้องรู้ สำหรับการใช้งานและการเลือกซื้อ

เมื่อต้องพิจารณาเลือกใช้หรือซื้อเครื่องวัดแสง การดูเพียงแค่รูปร่างภายนอกอาจไม่เพียงพอ ผู้ใช้งานจำเป็นต้องเข้าใจความหมายของสเปก (Specification) ทางเทคนิค เพื่อให้มั่นใจว่าเครื่องมือนั้นรองรับงานที่ทำอยู่ได้จริง โดยอ้างอิงจากมาตรฐานเครื่องวัดแสงอุตสาหกรรมทั่วไปและรุ่นมาตรฐานอย่าง SUMO 620L ข้อมูลสำคัญที่ควรรู้มีดังนี้

ช่วงการวัด คือขอบเขตความสว่างที่เครื่องสามารถวัดได้ โดยปกติจะระบุเป็นหน่วย Lux ตัวอย่างเช่น 0 – 200,000 Lux เป็นค่าบ่งบอกว่าเครื่องมือนั้นใช้งานได้ครอบคลุมแค่ไหน หากคุณทำงานในออฟฟิศทั่วไป แสงสว่างมักอยู่ที่ 300-500 Lux แต่หากต้องไปวัดแสงกลางแจ้งแดดจัด ค่าความสว่างอาจพุ่งสูงถึง 100,000 Lux หากเครื่องมือรองรับได้ไม่ถึง จะทำให้หน้าจอขึ้นสถานะ Overload และวัดค่าไม่ได้

ความแม่นยำ ค่าความแม่นยำมักระบุเป็นเปอร์เซ็นต์บวก/ลบ เช่น ±3% หรือ ±4% ซึ่งหมายความว่าค่าที่วัดได้อาจคลาดเคลื่อนไปจากค่าจริงไม่เกินเปอร์เซ็นต์ที่ระบุ ยิ่งตัวเลขน้อยยิ่งมีความแม่นยำสูง สำหรับงานตรวจสอบความปลอดภัยตามกฎหมาย แนะนำให้มองหาเครื่องที่มีความแม่นยำในระดับที่ตรงตามกับกฎระเบียบเหล่านั้น

ความละเอียด คือค่าความเปลี่ยนแปลงที่น้อยที่สุดที่เครื่องสามารถแสดงผลได้ เช่น 1 Lux หรือ 10 Lux ในช่วงการวัดต่ำ ๆ (เช่น การวัดแสงในทางเดินหนีไฟ หรือโรงภาพยนตร์) เราต้องการความละเอียดสูงเพื่อดูความเปลี่ยนแปลงเล็กน้อย แต่ในช่วงการวัดสูง ๆ ความละเอียดอาจลดลงได้ตามสัดส่วน

อัตราการสุ่มวัด หมายถึงความถี่ที่เครื่องทำการอ่านค่าและอัปเดตหน้าจอ โดยทั่วไปจะอยู่ที่ประมาณ 2 ครั้งต่อวินาที ค่านี้ช่วยให้เราเห็นการเปลี่ยนแปลงของแสงได้เกือบจะเป็น Real-time หากอัตราการสุ่มวัดช้าเกินไป การอ่านค่าในพื้นที่ที่แสงกระพริบหรือเปลี่ยนแปลงบ่อยอาจทำได้ยาก

ฟังก์ชันพิเศษอื่น ๆ นอกเหนือจากค่าพื้นฐาน ฟังก์ชันอำนวยความสะดวกเป็นสิ่งที่ช่วยให้การทำงานง่ายขึ้นมาก โดยฟังก์ชันที่ควรมี ได้แก่

• Data Hold ปุ่มกดเพื่อค้างค่าหน้าจอไว้ มีประโยชน์มากเมื่อต้องยื่นมือเข้าไปวัดในซอกหลืบที่เรามองไม่เห็นหน้าจอ
• Max/Min Mode โหมดบันทึกค่าสูงสุดและต่ำสุด ช่วยให้วิเคราะห์ค่าแกว่งของแสงในพื้นที่นั้น ๆ ได้
• Backlight ไฟหน้าจอ สำหรับการอ่านค่าในที่มืด ซึ่งเป็นสถานการณ์ที่พบบ่อยในการตรวจวัดแสงสว่าง
• Unit Selection ความสามารถในการเปลี่ยนหน่วยระหว่าง Lux และ Foot-candle (Fc) เพื่อให้เหมาะกับมาตรฐานอ้างอิงที่ใช้

หากคุณกำลังมองหาเครื่องมือที่มีความแม่นยำ ทนทาน และตอบโจทย์การใช้งานทั้งในระดับอุตสาหกรรม การตรวจสอบอาคาร หรือแม้แต่งานด้านการเกษตร เราขอแนะนำ เครื่องวัดแสง รุ่น 620L SUMO เครื่องวัดแสง Lux Meter มาตรฐาน ประสิทธิภาพการวัดครอบคลุมช่วงการวัดแสงได้กว้างตั้งแต่ 0 ถึง 200,000 Lux ซึ่งถือว่าครอบคลุมเกือบทุกสถานการณ์ ตั้งแต่ห้องมืดสลัวไปจนถึงแสงแดดจ้ากลางแจ้ง ด้วยความแม่นยำสูงในระดับ ±3% มาพร้อมฟังก์ชัน Max Hold เพื่อจับค่าแสงสูงสุดที่วัดได้ ซึ่งมีประโยชน์มากเมื่อต้องสแกนหาจุดที่สว่างที่สุดในพื้นที่ หรือหาจุดบอดของแสง

สำหรับผู้ที่สนใจรายละเอียดเชิงลึกเกี่ยวกับสเปกของ ครื่องวัดแสงหรือต้องการสั่งซื้อเพื่อนำไปใช้งานในองค์กร สามารถเข้าไปดูข้อมูลเพิ่มเติมได้ที่หน้าสินค้ารายละเอียดสินค้าเพื่อสั่งซื้อได้ทันทีตอนนี้ เครื่องวัดแสง รุ่น 620L SUMO

หากท่านกำลังมองหาอุปกรณ์เพื่อเติมเต็มกล่องเครื่องมือวัดให้สมบูรณ์ เราขอแนะนำให้ลองพิจารณามัลติมิเตอร์ทุกประเภทจาก SUMO ไม่ว่าจะเป็น ดิจิตอลมัลติมิเตอร์ อนาล็อกมัลติมิเตอร์ และ แคลมป์มิเตอร์ รุ่นต่าง ๆ ของ SUMO เพิ่มเติม เพื่อให้ท่านพร้อมรับมือกับการตรวจสอบทั้งระบบแสงสว่างและระบบไฟฟ้าได้อย่างมั่นใจและครบวงจรที่สุด