فهم المستشعرات الضوئية الكهربائية
A مستشعر ضوئي هو جهاز كشف ضوئي يجمع بين مصدر ضوء — مثل مصباح LED أو ليزر أو باعث للأشعة تحت الحمراء — ومستشعر ضوئي، وذلك لاستشعار وجود أو غياب أو موقع جسم أو علامة ما عن طريق مرور الضوء أو انعكاسه أو انقطاعه. وفي مجال الآلات الدوارة، غالبًا ما تعمل هذه المستشعرات كـ مقاييس سرعة الدوران: فهي تكتشف ملامح عمود الدوران مرة واحدة في كل دورة لقياس السرعة، وتوفر نبضة التوقيت التي تحدث مرة واحدة في كل دورة والتي توفر مرحلة reference for موازنة، وتوفير مفتاح الطور وظائف أنظمة حماية المعدات الحيوية.
وتكمن جاذبيتها في التشغيل بدون تلامس، والاستجابة السريعة للغاية، ومقاومتها للمجالات المغناطيسية، وقدرتها على كشف المواد غير الحديدية. وهذا المزيج يجعلها أدوات متعددة الاستخدامات لاستشعار السرعة والموضع في جميع أنواع المعدات الدوارة تقريبًا — وتشكل أساس مقاييس السرعة الضوئية and مقاييس سرعة الدوران بالليزر تُستخدم في مجموعات الموازنة المحمولة.
1. أوضاع التشغيل
تتوفر المستشعرات الكهروضوئية بثلاثة أنماط استشعار، تختلف في موضع جهاز الإرسال وجهاز الاستقبال وكيفية تأثير الهدف على مسار الضوء.
الشعاع المار (الوضع المتقابل)
يوجد مصدر الضوء والمستقبل في غلافين منفصلين متقابلين، ويحدث الكشف عندما يعترض الهدف الشعاع المار عبر الفجوة. ويتميز هذا النظام بمدى طويل — يمكن أن يصل إلى عدة أمتار — كما أن موثوقيته هي الأعلى مقارنة بأي نمط آخر، حيث إنه الأكثر مقاومة للأوساخ وانحراف المحاذاة. وتشمل الاستخدامات النموذجية عد الشفرات وكشف الأجسام على خطوط النقل.
وضع الانعكاس الضوئي
يتم تركيب جهاز الإرسال وجهاز الاستقبال في غلاف واحد، مع وجود عاكس مثبت في الجهة المقابلة؛ ويتم استشعار الهدف عندما يعترض مسار الضوء المنعكس. ويبلغ المدى مسافة معتدلة (عدة أمتار)، كما أن التركيب من جانب واحد مريح، مما يجعله مناسبًا لعد القطع وكشف الأجسام الكبيرة.
وضع الانعكاس المنتشر — الخيار الشائع في قياس السرعة
مرة أخرى، يتشارك جهاز الإرسال وجهاز الاستقبال نفس الهيكل، لكن المستشعر هنا يلتقط الضوء المنعكس مباشرةً عن سطح الهدف. المدى قصير — عادةً ما يتراوح بين 5 و500 ملم — ويتم الإعداد ببساطة عن طريق التوجيه والكشف. وهذا هو الوضع المستخدم لالتقاط شريط عاكس لقياس السرعة والطور، والمبدأ الذي تعمل عليه أجهزة قياس السرعة بالليزر.
2. تطبيقات في مجال مراقبة الاهتزازات
Within تحليل الاهتزازات يؤدي نفس المستشعر عدة وظائف مختلفة:
- قياس السرعة: من خلال الكشف عن الشريط العاكس أو إحدى ملامح العمود مرة واحدة في كل دورة وحساب النبضات، تقوم الأداة بحساب دورة في الدقيقة، ويقوم بمراقبة السرعة بشكل مستمر، والتحقق منها أثناء إجراء القياسات.
- مرجع المرحلة: يحدد النبض الذي يحدث مرة واحدة في كل دورة نقطة الإحداثي 0°، وهي نقطة حاسمة لحسابات الموازنة، مما يتيح إجراء قياسات متزامنة ومزامنة تتبع الطلب.
- وظيفة Keyphasor: يمكن أن يعمل المستشعر الكهروضوئي المثبت بشكل دائم كمرجع طور رئيسي، حيث يكتشف علامة على العمود أو فتحة أو ميزة معينة في كل دورة لتوفير مرجع الطور لـ مجس القرب الأنظمة — الضرورية لمراقبة الآلات التوربينية في ظل واجهة برمجة التطبيقات 670.
- تشغيل الأحداث: يمكن للنبضة أن تطلق عملية جمع البيانات عند موضع معين من العمود، أو تشغل ستروبسكوب للمشاهدة بتقنية الإطار الثابت، أو لمزامنة القياسات مع الدوران.
3. المواصفات المهمة
هناك ثلاثة عوامل تحدد ما إذا كان المستشعر سيؤدي وظيفته في أي تركيب معين.
- وقت الاستجابة: من الميكروثانية إلى الميليثانية، يجب أن يكون سريعًا بما يكفي لتلبية أعلى سرعة تم قياسها. يمر عمود يدور بسرعة 10,000 دورة في الدقيقة عند علامته عند حوالي 167 هرتز، لذا فإن النبضة النقية تتطلب استجابة أقل من الميليثانية.
- مسافة الاستشعار: لكل طراز مسافة عمل دنيا وقصوى تختلف باختلاف انعكاسية الهدف؛ وعادةً ما تعمل المستشعرات ذات الوضع المنتشر في نطاق 50-300 ملم.
- Light source: visible red (630–670 نانومتر) يسهل توجيهه؛ infrared (850–950 نانومتر) يُظهر أداءً أفضل في ظروف الإضاءة المحيطة الساطعة؛ أ laser يوفر شعاعًا مركّزًا للغاية، ومدىً أطول، وتشغيلًا أكثر دقة.
4. التثبيت والإعداد
يعتمد التشغيل الموثوق في الغالب على التركيب الدقيق. يجب توجيه المستشعر عموديًا على السطح العاكس للحصول على أقوى إشارة، يجب وضعه على المسافة المحددة في المواصفات، وتثبيته بإحكام بحيث لا تؤدي الاهتزازات إلى تغيير اتجاهه، وحمايته من التلف الميكانيكي. كما أن الهدف نفسه لا يقل أهمية: ضع شريطًا عاكسًا في مكان مناسب على سطح عمود نظيف، وتأكد من وجود علامة واحدة لكل دورة (تؤدي خاصية الانعكاس الثانية إلى احتساب مزدوج)، وتأكد من أن العلامة مثبتة بإحكام ولن تنفصل عند السرعة العالية. وأخيرًا، قم بالمحاذاة من خلال توجيه الجهاز نحو العلامة، وراقب مؤشر LED الخاص بالمستشعر للتأكد من استقرار الإشارة، ثم قم بتثبيت الموضع، واختبر الجهاز من خلال دورة كاملة للتأكد من موثوقية الكشف قبل الاعتماد على القراءة.
5. Advantages
يتميز المبدأ البصري غير التلامسي بعدة مزايا:
- لا يوجد تلامس ميكانيكي: لا يحدث احتكاك أو حمل على العمود، ولا يتعرض للتآكل، ويتميز بالتشغيل الآمن بعيدًا عن الأجزاء الدوارة، ويمكن استخدامه بأي سرعة.
- الاستقلال المادي: وهي تعمل على المعادن الحديدية وغير الحديدية على حد سواء، وكذلك على البلاستيك والمواد المركبة والخشب — كل ما تحتاجه هو التباين البصري.
- استجابة سريعة ودقيقة: مناسب للتطبيقات عالية السرعة، حيث ينتج نبضات رقمية واضحة ذات توقيت دقيق.
6. Limitations
يفرض هذا المبدأ البصري نفسه بعض القيود التي يجدر أخذها في الاعتبار عند التخطيط:
- الحساسية البيئية: قد يتسبب الضوء المحيط الساطع في حدوث تداخل، في حين أن الغبار ورذاذ الزيت على الأجزاء البصرية يؤديان إلى انخفاض الأداء، لذا تحتاج العدسة إلى التنظيف الدوري وقد تحتاج إلى غلاف واقٍ في البيئات القاسية.
- التوافق أمر بالغ الأهمية: يجب أن يظل المستشعر موجهاً نحو الهدف، وقد يؤدي الاهتزاز أو الاستقرار إلى إزاحته عن مساره — وهذا سبب آخر لضرورة التثبيت الثابت.
- الاعتماد على الهدف: يجب وجود علامة أو جسم عاكس، حيث تؤثر التغيرات في درجة الانعكاس على القراءة، كما أن الشريط اللاصق قد يتقشر بمرور الوقت.
عندما يكون استخدام وحدة قراءة ضوئية دائمة غير عملي، يلجأ المهندسون غالبًا إلى بدائل غير ضوئية مثل مسبار القرب (التيار الدوامي) قراءة فتحة المفتاح، وهي طريقة لا تحتاج إلى شريط لاصق ولا تتأثر بالأتربة أو الضوء.
7. أجهزة الاستشعار الكهروضوئية في الموازنة الميدانية العملية
في الأجهزة المحمولة، يُعد مقياس السرعة الليزري ذو الانعكاس المنتشر هو جهاز التقاط الطور القياسي، وذلك تحديدًا لأنه لا يتطلب أي تجهيز للمحور سوى شريط لاصق. بالانست-1أ تأتي مزودة بنوع محدد من أجهزة قياس السرعة بالليزر البصري: حيث يتم تشغيلها بواسطة شريط عاكس صغير، وتعمل على مسافة بعيدة، وتصدر نبضة واحدة لكل دورة، وهي ما يحتاجه البرنامج لحساب مقدار وزاوية كل وزن التصحيح وللتحقق من عدم التوازن المتبقي بعد التصحيح. باختصار، فإن الاستجابة السريعة للمستشعر الكهروضوئي، وعدم تأثره بنوع المادة، وتشغيله بدون تلامس، تجعله مقياس سرعة مثاليًا، ويكمل مقاييس التسارع في نظام متكامل لرصد الحالة والموازنة.
