Forståelse af fotoelektriske sensorer
A fotoelektrisk sensor er en optisk detekteringsenhed, der kombinerer en lyskilde – en LED, laser eller infrarød emitter – med en fotodetektor til at registrere tilstedeværelsen, fraværet eller placeringen af et objekt eller mærke ved hjælp af lystransmission, refleksion eller afbrydelse. I forbindelse med roterende maskiner fungerer disse sensorer oftest som omdrejningstællere: De registrerer en markering på akslen én gang pr. omdrejning for at måle hastigheden og leverer den tidsstyrende impuls, der udløses én gang pr. omdrejning, og som giver en fase reference for afbalancering, og leverer nøglefasor funktioner til beskyttelsessystemer for kritisk udstyr.
Deres fordel ligger i den berøringsfri drift, den meget hurtige reaktionstid, modstandsdygtigheden over for magnetfelter og evnen til at registrere ikke-jernholdige materialer. Denne kombination gør dem til alsidige værktøjer til hastigheds- og positionsmåling på stort set alle typer roterende udstyr — og danner grundlaget for optiske omdrejningstællere og laseromdrejningstællere anvendes i bærbare afbalanceringssæt.
1. Driftstilstande
Fotoelektriske sensorer findes i tre detekteringsopstillinger, der adskiller sig fra hinanden ved, hvor senderen og modtageren er placeret, og hvordan objektet påvirker lysvejen.
Gennemlysning (modsat retning)
Lyskilden og modtageren er placeret i separate hus, der vender mod hinanden, og registreringen finder sted, når målet afbryder lysstrålen, der krydser mellemrummet. Rækkevidden er stor – der kan opnås afstande på flere meter – og pålideligheden er den højeste blandt alle typer, da denne type er mest modstandsdygtig over for snavs og justeringsafvigelser. Typiske anvendelsesområder er tælling af vinger og objektdetektering på transportbånd.
Retrorefleksiv tilstand
Senderen og modtageren er samlet i ét hus, med en reflektor monteret på den modsatte side; målet registreres, når det afbryder den reflekterede lysstråle. Rækkevidden er moderat (flere meter), og den ensidede montering er praktisk og egner sig til tælling af emner og detektering af større genstande.
Diffus refleksionstilstand — det mest almindelige valg til hastighedsmåling
Også her er senderen og modtageren samlet i ét hus, men her registrerer sensoren lys, der reflekteres direkte fra måloverfladen. Rækkevidden er kort – typisk 5–500 mm – og opsætningen foregår ved blot at pege og registrere. Dette er den tilstand, der bruges til at registrere refleksbånd til hastigheds- og fasemåling og er det princip, som lasertachometre fungerer efter.
2. Anvendelser inden for vibrationsovervågning
Within Vibrationsanalyse den samme sensor har flere forskellige funktioner:
- Hastighedsmåling: ved at registrere refleksbånd eller en akselmarkering én gang pr. omdrejning og tælle impulserne beregner instrumentet Omdrejninger i minuttet, overvåger hastigheden løbende og kontrollerer den under målingerne.
- Fasereference: Pulsen, der udløses én gang pr. omdrejning, definerer 0°-referencen, som er afgørende for afbalanceringsberegninger, muliggør faselåste målinger og synkronisering ordresporing.
- Keyphasor-funktion: En fastmonteret fotoelektrisk sensor kan fungere som en nøglefasor, der registrerer en mærkning, en rille eller et andet kendetegn på akslen ved hver omdrejning for at levere fasereferencen til proximity-probe systemer — afgørende for overvågning af turbomaskiner under API 670.
- Udløsning af begivenhed: pulsen kan udløse dataindsamling ved en bestemt akselposition, udløse en stroboskop til visning af stop-motion eller på anden måde synkronisere målingerne med rotationen.
3. De vigtige specifikationer
Tre parametre afgør, om en sensor vil fungere i en given installation.
- Svartid: fra mikrosekunder til millisekunder skal den være hurtig nok til den højeste målte hastighed. En aksel, der kører med 10.000 omdrejninger i minuttet, passerer sin markering med ca. 167 Hz, så en præcis impuls kræver en reaktionstid på under et millisekund.
- Måleafstand: Hver model har en minimums- og maksimumsafstand, der varierer afhængigt af målets refleksionsevne; sensorer i diffus-tilstand fungerer typisk ved 50–300 mm.
- Light source: visible red (630–670 nm) er nem at rette; infrared (850–950 nm) fungerer bedre i stærkt omgivende lys; en laser giver en meget fokuseret lysstråle, større rækkevidde og mere præcis udløsning.
4. Installation og opsætning
En pålidelig udløsning afhænger først og fremmest af, at sensoren monteres korrekt. Sensoren skal rettes mod vinkelret på den reflekterende overflade for at opnå det stærkeste signal skal den placeres i den afstand, der er angivet i specifikationerne, monteres fast, så vibrationer ikke kan forrykke dens retning, og beskyttes mod mekaniske skader. Selve målet er lige så vigtigt: Sæt refleksbånd på et passende sted på en rengjort akseloverflade, og sørg for, at der er præcis et mærke pr. omdrejning (en anden reflekterende del kan medføre dobbelttælling), og sørg for, at mærket sidder fast og ikke flyver af ved høj hastighed. Til sidst skal du justere ved at sigte mod mærket, holde øje med sensorens LED-indikator for at sikre et stabilt signal, låse positionen og teste ved at dreje en hel omgang for at sikre pålidelig registrering, før du stoler på måleresultatet.
5. Fordele
Det berøringsfri optiske princip har flere fordele:
- Ingen mekanisk kontakt: ingen friktion eller belastning på akslen, intet slid, sikker drift uden kontakt med roterende dele og kan anvendes ved alle hastigheder.
- Materiel uafhængighed: Den fungerer både på jernholdige og ikke-jernholdige metaller samt på plast, kompositmaterialer og træ — det eneste, der kræves, er optisk kontrast.
- Hurtigt og præcist svar: egnet til højhastighedsapplikationer, hvor der genereres skarpe digitale impulser med præcis timing.
6. Begrænsninger
Det samme optiske princip medfører nogle begrænsninger, som det er værd at tage højde for i planlægningen:
- Miljøfølsomhed: Stærkt omgivende lys kan forstyrre signalet, mens støv og olietåge på optikken forringer ydeevnen, så linsen skal rengøres regelmæssigt og kan kræve et beskyttende hus i barske omgivelser.
- Justeringen er afgørende: Sensoren skal holde sig rettet mod målet, og vibrationer eller sætninger kan få den til at miste retningen — endnu en grund til at sikre en stabil montering.
- Målafhængighed: Der skal være et reflekterende mærke eller en genstand til stede, ændringer i refleksionsevnen påvirker måleresultatet, og tapen kan løsne sig med tiden.
Når det ikke er praktisk muligt at anvende en fast optisk læser, vælger ingeniører ofte ikke-optiske alternativer såsom en nærhedssensor (hvirvelstrømsensor) aflæsning af en not, der ikke kræver tape og ikke påvirkes af snavs eller lys.
7. Fotoelektriske sensorer i praktisk feltbalancering
På et bærbart instrument er et diffusreflekterende lasertachometer den gængse løsning til faseaflæsning, netop fordi det ikke kræver anden forberedelse af akslen end en strimmel tape. Den Balanset-1A leveres med netop denne type optisk lasertachometer: Den udløses af et lille stykke reflekterende tape, fungerer over et stort afstandsområde og leverer den puls pr. omdrejning, som softwaren har brug for til at beregne størrelsen og vinklen på hver korrektionsvægt og for at kontrollere resterende ubalance efter korrektion. Kort sagt gør den fotoelektriske sensors hurtige reaktionstid, materialeuafhængighed og berøringsfri drift den til en ideel omdrejningstæller, der supplerer Accelerometre i et komplet system til tilstandsovervågning og afbalancering.
