Разбиране на фотоелектричните сензори
A фотоелектричен сензор е оптично устройство за откриване, което съчетава светлинен източник — светодиод, лазер или инфрачервен излъчвател — с фотодетектор, за да регистрира наличието, отсъствието или положението на обект или маркер чрез преминаване, отражение или прекъсване на светлинния лъч. При работа с въртящи се машини тези сензори най-често служат като тахометри: те регистрират един импулс от вала на всеки оборот, за да измерят скоростта, и генерират синхронизиращ импулс на всеки оборот, който дава фаза reference for балансиране, и осигуряват ключов фазор функционалност за системи за защита на критично важно оборудване.
Привлекателността им се състои в безконтактната работа, изключително бързата реакция, устойчивостта към магнитни полета и способността да откриват цветни метали. Тази комбинация ги превръща в универсални инструменти за измерване на скоростта и положението при практически всеки вид въртящо се оборудване — и в основата на оптични тахометри и лазерни тахометри използвани в преносими комплекти за балансиране.
1. Режими на работа
Фотоелектрическите сензори се предлагат в три варианта на разположение на сензорите, които се различават по местоположението на излъчвателя и приемника, както и по начина, по който обектът въздейства върху пътя на светлината.
Преминаващ лъч (режим с разположени един срещу друг сензори)
Източникът на светлина и приемникът са разположени в отделни корпуси, разположени един срещу друг, а засичането се осъществява, когато обектът прекъсне лъча, преминаващ през отвора. Обхватът е голям — възможни са разстояния от няколко метра — а надеждността е най-висока в сравнение с другите режими, тъй като този режим е най-устойчив на замърсявания и отклонения в изравняването. Типични приложения са преброяването на лопатки и засичането на обекти върху конвейери.
Светлоотразяващ режим
Предавателят и приемникът са разположени в един корпус, като отсреща е монтиран рефлектор; обектът се засича, когато прекъсне пътя на отразената светлина. Обхватът е умерен (няколко метра), а едностранният монтаж е удобен и подходящ за преброяване на детайли и откриване на по-големи обекти.
Режим на дифузно отражение — най-често използваният вариант при тахометрията
И в този случай предавателят и приемникът са разположени в един корпус, но тук сензорът улавя светлината, отразена директно от повърхността на обекта. Обхватът е малък — обикновено 5–500 мм — а настройката се извършва чрез просто насочване и засичане. Този режим се използва за улавяне на светлоотразителна лента за измерване на скоростта и фазата, както и принципът на действие на лазерните тахометри.
2. Приложения в областта на мониторинга на вибрациите
Within анализ на вибрациите един и същ сензор изпълнява няколко различни функции:
- Измерване на скоростта: чрез засичане на отразяваща лента или елемент на вала веднъж на оборот и отчитане на импулсите, уредът изчислява Обороти на обороти, непрекъснато следи скоростта и я проверява по време на измерванията.
- Фазова референция: импулсът, подаван веднъж на оборот, определя нулевата точка (0°), която е от решаващо значение за изчисленията при балансирането, като позволява измервания с фазова синхронизация и синхронизиране проследяване на поръчката.
- Функция на ключовия фазор: постоянно монтиран фотоелектрически сензор може да служи като фазомер, като при всяко завъртане засича маркировка, прорез или друг ориентир върху вала, за да осигури фазовата референция за безконтактна сонда системи — от съществено значение за мониторинга на турбомашините при АПИ 670.
- Задействане на събитие: импулсът може да задейства събирането на данни при определено положение на вала, да задейства стробоскоп за наблюдение при спряно движение или за синхронизиране на измерванията с въртенето.
3. Важни характеристики
Три параметъра определят дали даден сензор ще функционира правилно в дадена инсталация.
- Response time: от микросекунди до милисекунди, той трябва да е достатъчно бърз, за да отговори на най-високата измерена скорост. Вал с 10 000 об./мин. преминава през отметката си при около 167 Hz, така че за чист импулс е необходима реакция в рамките на по-малко от милисекунда.
- Работно разстояние: всеки модел има минимално и максимално работно разстояние, което варира в зависимост от отражателната способност на целта; сензорите с дифузен режим обикновено работят при разстояние от 50 до 300 мм.
- Light source: visible red (630–670 nm) се насочва лесно; infrared (850–950 nm) работи по-добре при ярка околна светлина; а laser осигурява силно фокусиран лъч, по-голям обхват и по-прецизно задействане.
4. Инсталиране и настройка
Надеждното задействане зависи преди всичко от правилното монтиране. Сензорът трябва да бъде насочен перпендикулярно на отразяващата повърхност за да се получи най-силен сигнал, да бъде поставен на разстоянието, предвидено в техническата спецификация, да бъде здраво закрепен, така че вибрациите да не могат да променят посоката му, и да бъде защитен от механични повреди. Самата мишена е също толкова важна: поставете отразяваща лента на подходящо място върху почистената повърхност на вала и се уверете, че има точно един отпечатък на оборот (втората отразяваща повърхност води до двойно отчитане) и се уверете, че маркировката е здраво закрепена и няма да се отлепи при движение с висока скорост. Накрая, насочете се към маркировката, следете светодиодния индикатор на сензора за стабилен сигнал, фиксирайте позицията и проверете чрез пълно завъртане, за да се уверите в надеждността на засичането, преди да се доверите на показанията.
5. Предимства
Безконтактният оптичен принцип предлага редица предимства:
- Без механичен контакт: без триене или натоварване на вала, без износване, безопасна работа без допир до въртящи се части и възможност за използване при всякаква скорост.
- Материална независимост: тя работи както с черни, така и с цветни метали, както и с пластмаси, композитни материали и дърво — единственото, от което се нуждае, е оптичен контраст.
- Бърз и ясен отговор: подходящ за приложения с висока скорост, генериращ ясни цифрови импулси с прецизно синхронизиране.
6. Ограничения
Същият оптичен принцип налага няколко ограничения, които е добре да се имат предвид при планирането:
- Чувствителност към околната среда: ярката околна светлина може да създава смущения, а прахът и маслената мъгла върху оптиката влошават работата на уреда, затова обективът се нуждае от периодично почистване и може да се наложи използването на защитен корпус при тежки условия на работа.
- Правилното подреждане е от решаващо значение: сензорът трябва да остава насочен към целта, а вибрациите или утаяването могат да го изместят — още една причина за стабилно закрепване.
- Зависимост от целта: трябва да има отразяваща маркировка или предмет, промените в отражателната способност влияят на показанията, а лентата може да се отлепи с времето.
Когато използването на постоянен оптичен четец е нецелесъобразно, инженерите често прибягват до неоптични алтернативи, като например сензор за близост (с вихрови токове) отчитане на канал за шпонка, което не изисква лента и не се влияе от замърсявания или светлина.
7. Фотоелектрически сензори при практическото балансиране на полето
При преносимите уреди лазерният тахометър с дифузно отражение е стандартният фазов датчик именно защото не изисква никаква подготовка на вала освен поставянето на лента. Балансет-1а се доставя с точно такъв оптичен лазерен тахометър: той се задейства от малък отрязък отразяваща лента, работи в широк диапазон на разстояние и генерира импулс на всеки оборот, необходим на софтуера за изчисляване на величината и ъгъла на всеки корекционно тегло и да провери остатъчен дисбаланс след корекция. Накратко, бързата реакция на фотоелектрическия сензор, неговата независимост от материала и безконтактната работа го превръщат в идеален тахометър, който допълва акселерометри в рамките на цялостна система за мониторинг на състоянието и балансиране.
