Pochopení fotoelektrických senzorů
A fotoelektrický senzor je optické detekční zařízení, které kombinuje světelný zdroj – LED diodu, laser nebo infračervený vysílač – s fotodetektorem a slouží k detekci přítomnosti, nepřítomnosti nebo polohy objektu či značky na základě průchodu, odrazu nebo přerušení světelného paprsku. V oblasti rotačních strojů tyto senzory nejčastěji fungují jako tachometry: jednou za otáčku snímají polohu hřídele za účelem měření rychlosti a generují časovací impuls, který se vyskytuje jednou za otáčku a poskytuje fáze reference for vyvažování, a poskytnout Keyphasor funkce pro systémy ochrany kritických strojů.
Jejich přednosti spočívají v bezkontaktním provozu, velmi rychlé odezvě, odolnosti vůči magnetickým polím a schopnosti detekovat neželezné materiály. Díky této kombinaci se jedná o univerzální snímače rychlosti a polohy, které lze využít prakticky u všech typů rotujících zařízení – a tvoří základ optické otáčkoměry a laserové tachometry používá se v přenosných vyvažovacích sadách.
1. Provozní režimy
Fotoelektrické senzory se vyrábějí ve třech provedeních, která se liší umístěním vysílače a přijímače a způsobem, jakým cíl ovlivňuje dráhu světla.
Průchozí světlo
Světelný zdroj a přijímač jsou umístěny v oddělených krytech naproti sobě a detekce nastane, když cíl přeruší paprsek procházející mezerou. Dosah je velký – lze dosáhnout i několika metrů – a spolehlivost je nejvyšší ze všech režimů, protože je tento režim nejodolnější vůči znečištění a odchylkám v nastavení. Typickými příklady použití jsou počítání lopatek a detekce objektů na dopravnících.
Retroreflexní režim
Vysílač a přijímač jsou umístěny v jednom pouzdře, přičemž na protilehlé straně je namontován reflektor; cíl je detekován v okamžiku, kdy přeruší dráhu odraženého světla. Dosah je střední (několik metrů) a jednostranná instalace je praktická, což je vhodné pro počítání dílů a detekci větších předmětů.
Režim difúzního odrazu – nejčastější volba pro měření rychlosti
Vysílač i přijímač jsou opět umístěny ve společném pouzdře, avšak v tomto případě snímač snímá světlo odražené přímo od povrchu měřeného objektu. Dosah je krátký – obvykle 5–500 mm – a nastavení spočívá v jednoduchém namíření a detekci. Tento režim se používá k detekci reflexní páska pro měření rychlosti a fáze a princip, na kterém fungují laserové otáčkoměry.
2. Využití při monitorování vibrací
Within analýza vibrací tento senzor plní několik různých funkcí:
- Měření rychlosti: na základě detekce reflexní pásky nebo prvku hřídele jednou za otáčku a počítání impulzů přístroj vypočítá RPM, průběžně sleduje rychlost a ověřuje ji během měření.
- Fázová reference: Impuls vysílaný jednou za otáčku určuje nulový bod 0°, který je klíčový pro výpočty vyvážení, umožňuje měření s fázovým zámkem a synchronizaci sledování řádu.
- Funkce Keyphasor: Trvale nainstalovaný fotoelektrický snímač může sloužit jako fázový snímač, který při každé otáčce snímá značku na hřídeli, drážku nebo jiný orientační prvek a poskytuje tak fázový signál pro bezkontaktní sonda systémy — nezbytné pro monitorování turbostrojů v podmínkách API 670.
- Spouštění událostí: impuls může spustit sběr dat v určité poloze hřídele, aktivovat stroboskop pro zobrazení v režimu zastavení nebo pro synchronizaci měření s otáčením.
3. Důležité technické parametry
O tom, zda bude snímač v dané instalaci správně fungovat, rozhodují tři parametry.
- Doba odezvy: ať už jde o mikrosekundy nebo milisekundy, musí být dostatečně rychlý pro nejvyšší naměřenou rychlost. Hřídel otáčející se rychlostí 10 000 ot./min. míjí svou značku při frekvenci přibližně 167 Hz, takže čistý impuls vyžaduje odezvu pod jednu milisekundu.
- Snímací vzdálenost: Každý model má minimální a maximální pracovní vzdálenost, která se liší v závislosti na odrazivosti cíle; senzory pracující v difúzním režimu obvykle pracují ve vzdálenosti 50–300 mm.
- Light source: visible red (630–670 nm) se snadno zaměřuje; infrared (850–950 nm) funguje lépe za jasného okolního světla; a laser zajišťuje úzce zaměřený paprsek, větší dosah a přesnější spouštění.
4. Instalace a nastavení
Spolehlivé spouštění závisí především na správné montáži. Snímač by měl být nasměrován kolmo k odrazové ploše pro co nejsilnější signál, umístěný ve vzdálenosti uvedené v technických specifikacích, pevně upevněný tak, aby ho vibrace nemohly vychýlit z kurzu, a chráněný před mechanickým poškozením. Stejně důležitý je i samotný terč: na očištěný povrch hřídele nalepte reflexní pásku na vhodné místo a zajistěte, aby byl přesně jedna značka na jednu otáčku (druhá odrazivá plocha způsobuje dvojí započítání) a ujistěte se, že je značka pevně uchycena a při vyšší rychlosti neodletí. Nakonec zařízení srovnejte tak, že zamíříte na značku, sledujte LED indikátor senzoru, zda signalizuje stabilní signál, zajistěte polohu a proveďte test v podobě celé otáčky, abyste se ujistili o spolehlivosti detekce, než se budete spoléhat na naměřenou hodnotu.
5. Výhody
Bezkontaktní optický princip má několik předností:
- Žádný mechanický kontakt: žádné tření ani zatížení hřídele, žádné opotřebení, bezpečný provoz bez rotujících částí a použitelnost při jakékoli rychlosti.
- Nezávislost na materiálu: funguje jak na železné, tak na neželezné kovy, stejně jako na plasty, kompozitní materiály a dřevo – stačí, aby byl k dispozici optický kontrast.
- Rychlá, čistá odezva: vhodný pro vysokorychlostní aplikace, generuje ostré digitální impulsy s přesným časováním.
6. Omezení
Stejný optický princip s sebou nese několik omezení, která je třeba při plánování zohlednit:
- Citlivost na prostředí: Silné okolní světlo může způsobovat rušení, zatímco prach a olejová mlha na optice zhoršují výkon, proto je nutné objektiv pravidelně čistit a v náročných podmínkách může být zapotřebí ochranný kryt.
- Správné vyrovnání je zásadní: Senzor musí zůstat nasměrován na cíl, přičemž vibrace nebo sedání mohou způsobit jeho vychýlení – což je další důvod pro stabilní upevnění.
- Závislost na cíli: musí být přítomna odrazivá značka nebo předmět, změny odrazivosti ovlivňují naměřenou hodnotu a páska se může časem odlepit.
V případech, kdy není možné použít stálou optickou čtecí hlavu, se inženýři často uchylují k neoptickým alternativám, jako je například snímač blízkosti (indukční vířivé proudy) snímání drážky, které nevyžaduje žádnou pásku a není ovlivněno nečistotami ani světlem.
7. Fotoelektrické senzory v praktickém polním vyvažování
U přenosných přístrojů je laserový otáčkoměr s difúzním odrazem standardním řešením pro snímání fáze právě proto, že k přípravě hřídele stačí pouze kousek reflexní pásky. Balanset-1A je dodáván právě s tímto typem optického laserového otáčkoměru: spouští se pomocí malého kousku reflexní pásky, funguje v širokém rozsahu vzdáleností a vysílá jeden impuls na otáčku, který software potřebuje k výpočtu velikosti a úhlu každého korekční hmotnost a ověřit zbytková nevyváženost po korekci. Stručně řečeno, díky rychlé odezvě, nezávislosti na materiálu a bezkontaktnímu provozu je fotoelektrický senzor ideálním otáčkoměrem, který doplňuje akcelerometry v rámci komplexního systému monitorování stavu a vyvažování.
