فهم المستشعرات الضوئية الكهربائية
التعريف: ما هو المستشعر الضوئي الكهربائي؟
مستشعر ضوئي كهربائي هو جهاز كشف بصري يستخدم مصدر ضوء (صمام ثنائي باعث للضوء، ليزر، أو الأشعة تحت الحمراء) وكاشف ضوئي لاستشعار وجود أو غياب أو موضع الأجسام أو العلامات من خلال نفاذية الضوء أو انعكاسه أو انقطاعه. في تطبيقات الآلات الدوارة، تعمل المستشعرات الكهروضوئية كـ مقاييس سرعة الدوران الكشف عن سرعة دوران العمود، وتوفير نبضات توقيت مرة واحدة لكل دورة مرحلة مرجع في موازنة, ، وتمكين مفتاح الطور وظائف لأنظمة حماية الآلات الحرجة.
تتميز أجهزة الاستشعار الضوئية الكهربائية بقدرتها على العمل بدون تلامس، ووقت الاستجابة السريع، والمناعة ضد المجالات المغناطيسية، والقدرة على اكتشاف المواد غير الحديدية، مما يجعلها أدوات متعددة الاستخدامات لقياس السرعة واستشعار الموضع عبر جميع أنواع المعدات الدوارة.
أوضاع التشغيل
1. الشعاع المباشر (الوضع المعاكس)
- إعدادات: مصدر الضوء والمستقبل في غلافين منفصلين متقابلين
- كشف: يقاطع الجسم شعاع الضوء بين الباعث والمستقبل
- يتراوح: طويل (أمتار ممكنة)
- مصداقية: أعلى (الأكثر مناعة ضد الأوساخ واختلافات المحاذاة)
- طلب: عد الشفرات، واكتشاف الكائنات على الناقلات
2. الوضع الانعكاسي
- إعدادات: الباعث والمستقبل في نفس الغلاف، والعاكس في الاتجاه المعاكس
- كشف: يقاطع الكائن مسار الضوء المنعكس
- يتراوح: معتدل (عدة أمتار)
- راحة: التثبيت من جانب واحد
- طلب: عد الأجزاء، واكتشاف الأجسام الأكبر
3. وضع الانعكاس المنتشر (الأكثر شيوعًا في قياس سرعة الدوران)
- إعدادات: الباعث والمستقبل في نفس الغلاف
- كشف: الانعكاس من سطح الهدف مباشرة
- يتراوح: قصير (5-500 ملم عادةً)
- Setup: نقطة بسيطة للكشف
- طلب: Reflective tape الكشف عن السرعة/المرحلة، تستخدم أجهزة قياس سرعة الدوران بالليزر هذا
تطبيقات في مراقبة الاهتزازات
قياس السرعة
- اكتشاف ميزات الشريط العاكس أو العمود مرة واحدة لكل دورة
- عد النبضات لحساب الدورات في الدقيقة
- مراقبة السرعة المستمرة
- التحقق من السرعة أثناء القياسات
مرجع الطور
- نبضة واحدة لكل دورة تحدد مرجع 0 درجة
- مهم لموازنة الحسابات
- تمكين القياسات المقفولة بالطور
- مزامنة تتبع الطلب
دالة المفتاح الطورية
- مستشعر ضوئي كهربائي مثبت بشكل دائم كمفتاح طوري
- يكتشف علامة العمود أو الفتحة أو الميزة في كل دورة
- يوفر مرجع الطور لأنظمة مسبار القرب
- ضروري لمراقبة الآلات التوربينية (API 670)
تشغيل الحدث
- تحفيز اكتساب البيانات في مواضع عمود محددة
- مشغل ستروبسكوب لمشاهدة الحركة المتوقفة
- مزامنة القياسات مع الدوران
تحديد
وقت الاستجابة
- ميكروثانية إلى ميلي ثانية
- يجب أن تكون سريعة بما يكفي لأعلى سرعة تم قياسها
- مثال: 10000 دورة في الدقيقة = 167 هرتز → الحاجة استجابة أقل من 1 مللي ثانية للنبضة النظيفة
استشعار المسافة
- الحد الأدنى والحد الأقصى لمسافة التشغيل
- يختلف حسب طراز المستشعر وانعكاسية الهدف
- نموذجي: 50-300 ملم للوضع المنتشر
مصدر الضوء
- الأحمر المرئي: محاذاة سهلة، 630-670 نانومتر
- الأشعة تحت الحمراء: أفضل في البيئة المحيطة الساطعة، 850-950 نانومتر
- الليزر: شعاع مركّز، مدى أطول، دقة أكبر
تثبيت
التمركز
- عمودي على السطح العاكس للحصول على أفضل إشارة
- المسافة المناسبة حسب المواصفات
- تركيب مستقر (الاهتزاز قد يؤثر على الهدف)
- محمي من التلف الميكانيكي
إعداد الهدف
- ضع الشريط العاكس في مكان مناسب
- نظف سطح العمود أولاً
- تأكد من وجود علامة واحدة لكل دورة
- تأكد من أن العلامة آمنة ولن تسقط
تنسيق
- توجيه المستشعر نحو العلامة العاكسة
- التحقق من استقرار الإشارة (مؤشر LED)
- قفل الموضع بمجرد المحاذاة
- اختبار من خلال الدوران للتحقق من الكشف الموثوق
المزايا
عدم الاتصال
- لا احتكاك أو تحميل
- آمن (لا يوجد اتصال مع الأجزاء الدوارة)
- يعمل بأي سرعة
- لا يوجد تآكل
الاستقلال المادي
- يعمل على المواد الحديدية وغير الحديدية
- يعمل على البلاستيك والمركبات والخشب
- يتطلب فقط التباين البصري
استجابة سريعة
- مناسب للتطبيقات عالية السرعة
- نبضات رقمية نظيفة
- توقيت دقيق
القيود
الحساسية البيئية
- يمكن أن يتداخل الضوء المحيط الساطع
- يؤدي الغبار والضباب الزيتي على البصريات إلى تدهور الأداء
- يتطلب التنظيف الدوري
- قد تحتاج إلى سكن وقائي في البيئات القاسية
محاذاة حرجة
- يجب الحفاظ على الهدف
- قد يؤدي الاهتزاز أو الاستقرار إلى عدم المحاذاة
- يتطلب تركيبًا مستقرًا
يعتمد على الهدف
- يتطلب علامة أو كائنًا عاكسًا
- تؤثر تغييرات الانعكاسية على الأداء
- يمكن أن يتقشر الشريط
تُعد المستشعرات الكهروضوئية أجهزة كشف بصرية متعددة الاستخدامات، وهي ضرورية لقياس السرعة بدون تلامس، ومرجع الطور في تحليل الاهتزازات ومراقبة الآلات. إن جمعها بين سرعة الاستجابة، واستقلالية المواد، والتشغيل بدون تلامس يجعلها مثالية لتطبيقات قياس سرعة الدوران، مُكملةً بذلك مستشعرات الاهتزاز في أنظمة مراقبة الحالة الشاملة وموازنة الآلات.