โครงการ "ศึกษาวิจัยและออกแบบจัดทำเครื่องมือตรวจวัดควันระบบวัดความทึบแสงต้นแบบ (Opacity Meter) ระยะที่ 1" (พ.ศ.2550)


โครงการศึกษาวิจัยและออกแบบจัดทำเครื่องมือตรวจวัดควันระบบวัดความทึบแสง ระยะที่ 1 เป็นโครงการที่ศึกษาความเป็นไปได้ในการพัฒนาอุปกรณ์ ในการตรวจวัดควันระบบวัดความทึบแสงชนิดไหลผ่านทั้งหมดที่สามารถผลิตได้เองในประเทศไทยและได้มาตรฐานสากล โดยโครงการดังกล่าวนี้ได้แบ่งการศึกษาวิจัยออกเป็น 3 ส่วน คือ ส่วนที่ 1 การศึกษารวบรวมข้อมูลการใช้งานเครื่องมือตรวจวัดควันเป็นการรวบรวมข้อมูลจากผู้ใช้เครื่องมือตรวจวัดควันทั้งหน่วยงานภาครัฐและเอกชน   โดยได้รวบรวมและจัดทำเป็นฐานข้อมูลผู้ใช้เครื่องมือตรวจวัดควันในรูปแบบ Microsoft Access  

และสำหรับการศึกษาในส่วนที่ 2 การทบทวนรายละเอียดด้านเทคนิคของเครื่องมือตรวจวัดควันระบบวัดความทึบแสง และส่วนที่ 3 การดำเนินการศึกษาวิจัยและออกแบบจัดทำเครื่องมือตรวจวัดควันระบบวัดความทึบแสงต้นแบบระดับงานวิจัยชนิดไหลผ่านทั้งหมดสามารถผลิตได้เองในประเทศไทย จะเริ่มจากการทบทวนรายละเอียดทางด้านเทคนิค เช่น สมบัติของแหล่งกำเนิดแสง สมบัติของตัวรับแสง และแนวทางเลือกของการพัฒนาเครื่องตรวจวัดควันระบบวัดความทึบแสง เช่น ชนิดของแหล่งกำเนิดและตัวรับแสง การจัดวางตัวและการลดทอนสัญญาณรบกวน เป็นต้น

หลังจากทราบข้อดีข้อเสียของวิธีการต่างๆแล้ว ทีมที่ปรึกษาจึงได้เลือกตัวแปรของระบบเบื้องต้นที่จะทำการทดสอบก่อนทำการพัฒนาอุปกรณ์ต้นแบบ โดยทำการทดลองระบบเบื้องต้นเทียบกับระบบของอุปกรณ์ที่กรมควบคุมมลพิษใช้อยู่ในปัจจุบัน คือ  เครื่อง Wager Model 6500 ที่ใช้มาตรฐาน SAE J1667  ซึ่งเป็นมาตรฐานสากลเป็นที่ยอมรับกันอย่างแพร่หลายทั่วโลก ดังนั้นเครื่องวัดควันระบบวัดความทึบแสงต้นแบบที่พัฒนานี้ก็จะอ้างอิงกับมาตรฐาน SAE J1667 โดยมีจำนวนคู่แหล่งกำเนิดและตัวรับแสง  การจัดวางแบบเดียวกับเครื่องวัดควันที่ใช้งานปัจจุบัน แต่ใช้อุปกรณ์ที่มีอยู่ในประเทศ ทั้งนี้สมบัติบางประการอาจไม่เทียบเท่ากับเครื่องนำเข้าจากต่างประเทศ เช่น เทคนิคในการลดทอนสัญญาณรบกวน และเสถียรภาพของเครื่อง ในการพัฒนาจะทำการทดลองเปรียบเทียบเน้นที่การใช้แหล่งกำเนิดแสง 3 ย่านความยาวคลื่น คือ จาก LED สีน้ำเงิน LED สีเขียวแก่ และ LED สีเขียวอำพัน เพื่อให้สามารถทำการวัดค่าได้ใกล้เคียงหรือเทียบเท่ากับเครื่องที่ใช้งานในปัจจุบัน

เมื่อได้ทำการค้นคว้าและศึกษาหลักการประกอบกับการทดลองในระดับห้องปฏิบัติการ นำไปสู่การพิจารณาเลือก 3 ย่านความยาวคลื่นเบื้องต้น จึงสร้างระบบเพื่อนำไปทดสอบเปรียบเทียบกับผลของเครื่องวัดมาตรฐานในภาคสนาม โดยแต่ละแหล่งกำเนิดมีองค์ประกอบของระบบร่วมกันในส่วนของอิเล็กทรอนิกส์ของวงจรขับกระแส วงจรรับและขยายสัญญาณแสง วงจรแปลงสัญญาณอนาลอกเป็นดิจิตอลและวงจรประมวลผล แต่มีแหล่งกำเนิดแสงที่แตกต่างกัน คือ LED สีน้ำเงิน , LED สีเขียวแก่ และ LED สีเขียวอำพัน

หลังจากได้ทำการทดสอบระบบภาคสนามเบื้องต้นกับเครื่องมาตรฐาน Wager Model 6500 ในการวัดควันดำจากรถกระบะตัวอย่างตามที่กรมควบคุมมลพิษจัดให้ที่ศูนย์ปฏิบัติการของกรมควบคุมมลพิษ จากผลการทดลองดังกล่าว พบความแตกต่างของทั้ง 3 ระบบ เพียงช่วงค่าความยาวคลื่นของแหล่งกำเนิดจะเห็นได้ว่าค่าความแตกต่างจากเครื่องมาตรฐานสำหรับการใช้ LED สีเขียวอำพันจะมีค่าน้อยกว่ากรณีของ LED สีน้ำเงิน และ LED สีเขียวแก่ ซึ่งน่าจะเป็นผลมาจากการชดเชยค่าแก้ของ path length ที่เนื่องจากความแตกต่างของความยาวคลื่นซึ่งมีช่วง bandwidth ที่กว้างมากน้อยไม่เท่ากัน

ดังนั้น เพื่อให้ระบบของอุปกรณ์ต้นแบบที่ 1 ของการศึกษาวิจัยในครั้งนี้ สามารถปรับเทียบได้โดยตรงกับเครื่องมาตรฐานในตัวแปรพื้นฐานหลัก คือ ขนาดเครื่องยนต์และขนาดท่อไอเสียในขั้นต้นนี้จึงเลือกใช้ระบบต้นแบบรุ่นที่ 1 เป็นระบบที่ใช้แหล่งกำเนิด LED สีเขียวอำพัน ที่มีสมบัติของสเปคตรัมทางแสงใกล้เคียงกับแหล่งกำเนิดที่ใช้ในเครื่องมาตรฐาน

เมื่อได้ข้อสรุปจากผลการทดลองภาคสนามเบื้องต้นจึงทำการออกแบบสร้างต้นแบบรุ่นที่ 1 ของเครื่องวัดควันดำระบบวัดควันทึบแสงแบบ (Full Flow Opacity Meter) ขนาดพกพา ซึ่งใกล้เคียงกับเครื่องมาตรฐาน  ที่ใช้แหล่งกำเนิด LED สีเขียวอำพัน โดยใช้แหล่งกำเนิดแสงแบบ LED ที่มีช่วงของค่าความยาวคลื่น ตรงความเข้มแสงสูงใกล้เคียงกับ 570 nm ใช้ตัวรับแสงแบบโฟโตไดโอดชนิดธรรมดาและไม่มีแผ่นกรองแสง มีการมอดูเลทสัญญาณความเข้มแสง ไม่มีระบบการกรองสัญญาณอิเล็กทรอนิกส์ มีระบบ การเฉลี่ยสัญญาณ การประมวลผล และการแสดงผลแบบดิจิตอล

สำหรับส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ของเครื่องวัดควันดำระบบวัดความทึบแสงรุ่นที่ 1 ประกอบด้วย 3 ส่วน ได้แก่ ส่วนที่ 1 คือ ส่วนส่งสัญญาณแสงจะใช้การส่งแสงเป็นแบบคลื่นความถี่ PWM (Pulse Width Modulation) ส่วนที่ 2 คือ ส่วนของ Photo Detector ที่ทำหน้าที่รับแสงจากตัว LED แล้วเปลี่ยนให้เป็นกระแส ส่งเข้าสู่วงจร Tranresistance Amplifier ส่วนที่ 3 คือ หน่วยประมวลผลเป็นการนำค่าที่วัดได้จากส่วนที่ 2 มาวิเคราะห์

ผลการทดสอบอุปกรณ์ต้นแบบรุ่นที่ 1 ที่ทำการพัฒนาขึ้นซึ่งได้ทดสอบภาคสนามที่ห้องปฎบัติการตรวจวัดมลพิษจากยานพาหนะของกรมควบคุมมลพิษ เพื่อทดสอบวัดตัวเลขค่า Opacity ของควันดำจากรถกระบะเครื่องดีเซลใดๆ 1 คัน ที่กรมควบคุมมลพิษจัดหาไว้ ทั้งนี้ผลปรากฏว่าจากผลการทดลอง 270 ค่า เปรียบเทียบกับค่าที่ได้จากเครื่องมาตรฐาน Wager Model 6500  ซึ่งมีค่า% Opacity เฉลี่ยต่างกัน 0.2% สำหรับการ วัดเปรียบเทียบแผ่นฟิวเตอร์มาตรฐานของ Wager ก็จะได้ค่าใกล้เคียงกัน โดย เครื่อง Wager วัดได้ 24.1% ส่วนเครื่องวัดควันดำระบบวัดความทึบแสงต้นแบบรุ่นที่ 1 ได้ 24.0% เมื่อได้ทำการวัดเพิ่มเติมโดยทดสอบกับรถกระบะที่มีควันดำมากกว่าเทียบกับเครื่อง Wager จำนวน 100 ครั้ง  มีค่า% Opacity เฉลี่ยต่างกัน 7.0% 

สงวนลิขสิทธิ์ © 1995-2015 สถาบันธรรมรัฐเพื่อการพัฒนาสังคมและสิ่งแวดล้อม (ธ.พ.ส.ส.).
8/16 ถ.กรุงเกษม แขวงวัดสามพระยา เขตพระนคร กทม. 10200
โทรศัพท์ 0 2280 1812 , 0 2280 6228 , 0 2280 0557 , 0 2628 6438
โทรสาร 0 2282 8877
e-mail: gseiorth@gmail.com