Lichtschranken verstehen
Definition: Was ist ein optischer Sensor?
Optischer Sensor ist ein optisches Erkennungsgerät, das eine Lichtquelle (LED, Laser oder Infrarot) und einen Fotodetektor verwendet, um das Vorhandensein, Fehlen oder die Position von Objekten oder Markierungen durch Lichtdurchlässigkeit, -reflexion oder -unterbrechung zu erfassen. In rotierenden Maschinenanwendungen dienen fotoelektrische Sensoren als Drehzahlmesser Erfassung der Wellendrehzahl, Bereitstellung von Zeitimpulsen pro Umdrehung für Phase Referenz in Bilanzierung, und aktivieren Schlüsselphasengeber Funktionalität für kritische Maschinenschutzsysteme.
Optoelektronische Sensoren werden aufgrund ihrer berührungslosen Funktionsweise, schnellen Reaktionszeit, Unempfindlichkeit gegenüber Magnetfeldern und ihrer Fähigkeit, Nichteisenmaterialien zu erkennen, geschätzt. Dies macht sie zu vielseitigen Werkzeugen für die Geschwindigkeitsmessung und Positionserfassung bei allen Arten rotierender Geräte.
Betriebsarten
1. Durchgangsstrahl (Gegenlichtmodus)
- Konfiguration: Lichtquelle und Empfänger in getrennten Gehäusen einander gegenüber
- Erkennung: Objekt unterbricht Lichtstrahl zwischen Sender und Empfänger
- Reichweite: Lang (Meter möglich)
- Verlässlichkeit: Höchste (am unempfindlichsten gegen Schmutz, Ausrichtungsabweichungen)
- Anwendung: Blattzählung, Objekterkennung auf Förderbändern
2. Retroreflektierender Modus
- Konfiguration: Sender und Empfänger im gleichen Gehäuse, Reflektor gegenüber
- Erkennung: Objekt unterbricht reflektierten Lichtweg
- Reichweite: Mäßig (mehrere Meter)
- Bequemlichkeit: Einseitige Installation
- Anwendung: Teilezählung, Erkennung größerer Objekte
3. Diffus reflektierender Modus (am häufigsten für die Tachometrie)
- Konfiguration: Sender und Empfänger im selben Gehäuse
- Erkennung: Reflexion direkt von der Zieloberfläche
- Reichweite: Kurz (typischerweise 5–500 mm)
- Einrichten: Einfaches Zeigen und Erkennen
- Anwendung: Reflektierendes Band Erkennung für Geschwindigkeit/Phase, Lasertachometer verwenden diese
Anwendungen in der Schwingungsüberwachung
Geschwindigkeitsmessung
- Erkennen Sie reflektierende Bänder oder Wellenmerkmale einmal pro Umdrehung
- Zählen Sie die Impulse, um die Drehzahl zu berechnen
- Kontinuierliche Geschwindigkeitsüberwachung
- Geschwindigkeitsüberprüfung während der Messung
Phasenreferenz
- Ein Impuls pro Umdrehung definiert die 0°-Referenz
- Entscheidend für Bilanzberechnungen
- Ermöglicht phasenstarre Messungen
- Synchronisiert die Auftragsverfolgung
Keyphasor-Funktion
- Fest eingebauter Lichtschrankensensor als Keyphasor
- Erkennt bei jeder Umdrehung Wellenmarkierungen, Schlitze oder Merkmale
- Bietet eine Phasenreferenz für Näherungssensorsysteme
- Unverzichtbar für die Überwachung von Turbomaschinen (API 670)
Ereignisauslösung
- Triggern Sie die Datenerfassung an bestimmten Wellenpositionen
- Auslösen Stroboskop für Stop-Motion-Wiedergabe
- Messungen mit der Rotation synchronisieren
Spezifikationen
Ansprechzeit
- Mikrosekunden in Millisekunden
- Muss für die höchste gemessene Geschwindigkeit schnell genug sein
- Beispiel: 10.000 U/min = 167 Hz → Bedarf < 1 ms Antwort für sauberen Impuls
Erfassungsreichweite
- Minimale und maximale Betriebsentfernung
- Variiert je nach Sensormodell und Zielreflexion
- Typisch: 50–300 mm für diffusen Modus
Lichtquelle
- Sichtbares Rot: Einfache Ausrichtung, 630–670 nm
- Infrarot: Besser in heller Umgebung, 850–950 nm
- Laser: Fokussierter Strahl, größere Reichweite, präziser
Einrichtung
Positionierung
- Senkrecht zur reflektierenden Oberfläche für bestes Signal
- Angemessener Abstand gemäß Spezifikation
- Stabile Montage (Vibration kann das Zielen beeinträchtigen)
- Geschützt vor mechanischen Beschädigungen
Zielvorbereitung
- An geeigneter Stelle Reflektorband anbringen
- Reinigen Sie zuerst die Wellenoberfläche
- Stellen Sie sicher, dass pro Umdrehung nur eine Markierung vorhanden ist
- Verifizierungsmarkierung sicher und fällt nicht ab
Ausrichtung
- Sensor auf reflektierende Markierung richten
- Überprüfen Sie, ob das Signal stabil ist (LED-Anzeige).
- Position nach der Ausrichtung sperren
- Testen Sie durch Rotation, um eine zuverlässige Erkennung sicherzustellen
Vorteile
Berührungslos
- Keine Reibung oder Belastung
- Sicher (kein Kontakt mit rotierenden Teilen)
- Funktioniert bei jeder Geschwindigkeit
- Kein Verschleiß
Materielle Unabhängigkeit
- Funktioniert auf Eisen- und Nichteisenmaterialien
- Funktioniert auf Kunststoff, Verbundwerkstoffen, Holz
- Benötigt nur optischen Kontrast
Schnelle Reaktion
- Geeignet für Hochgeschwindigkeitsanwendungen
- Saubere digitale Impulse
- Genaues Timing
Einschränkungen
Umweltempfindlichkeit
- Helles Umgebungslicht kann stören
- Staub und Ölnebel auf der Optik beeinträchtigen die Leistung
- Erfordert regelmäßige Reinigung
- In rauen Umgebungen kann ein Schutzgehäuse erforderlich sein
Ausrichtung kritisch
- Muss das Ziel im Auge behalten
- Vibrationen oder Setzungen können zu Fehlausrichtungen führen
- Erfordert eine stabile Montage
Zielabhängig
- Erfordert reflektierende Markierung oder Objekt
- Änderungen des Reflexionsvermögens wirken sich auf die Leistung aus
- Klebeband kann sich ablösen
Optoelektronische Sensoren sind vielseitige optische Erfassungsgeräte, die für die berührungslose Drehzahlmessung und Phasenreferenz in der Schwingungsanalyse und Maschinenüberwachung unerlässlich sind. Ihre Kombination aus schneller Reaktion, Materialunabhängigkeit und berührungslosem Betrieb macht sie ideal für Drehzahlmesseranwendungen und ergänzen Schwingungssensoren in umfassenden Zustandsüberwachungs- und Auswuchtsystemen.
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