درک سنسورهای فوتوالکتریک
A سنسور فوتوالکتریک یک دستگاه آشکارساز نوری است که یک منبع نور — LED، لیزر یا فرستنده مادونقرمز — را با یک فوتودتکتور جفت میکند تا حضور، عدم حضور یا موقعیت یک شیء یا علامت را از طریق انتقال، انعکاس یا قطع نور تشخیص دهد. در کارهای مربوط به ماشینآلات چرخان این حسگرها اغلب بهعنوان تاکومترهاآنها در هر دور یکبار ویژگی شفت را تشخیص میدهند تا سرعت را اندازهگیری کنند و پالس زمانبندی یکبار در هر دور را تأمین میکنند که یک فاز مرجع برای متعادل کردن, و فراهم کردن کلید فازور کارایی برای سیستمهای حفاظت از ماشینآلات حیاتی.
جذابیت آنها در عملکرد بدون تماس، پاسخدهی بسیار سریع، مصونیت در برابر میدانهای مغناطیسی و توانایی تشخیص مواد غیرآهنی نهفته است. این ترکیب آنها را به ابزارهای چندمنظوره سنجش سرعت و موقعیت در تقریباً همه انواع تجهیزات چرخان تبدیل میکند — و مبنای تاکومترهای نوری و تاکومترهای لیزری مورد استفاده در کیتهای بالانسکننده قابل حمل.
۱. حالتهای عملیاتی
سنسورهای فوتوالکتریک در سه چینش حسگری عرضه میشوند که در محل قرارگیری فرستنده و گیرنده و نحوه تأثیر هدف بر مسیر نور با یکدیگر تفاوت دارند.
نور عبوری (حالت متقابل)
منبع نور و گیرنده در محفظههای جداگانهای قرار دارند که رو به یکدیگرند و تشخیص زمانی رخ میدهد که هدف پرتو عبوری از فاصله را قطع کند. برد آن طولانی است — امکان کار در متراژهای متری وجود دارد — و قابلیت اطمینان آن در میان همهٔ حالتها بالاترین است، زیرا بیش از همه در برابر آلودگی و انحراف همترازی مقاوم است. کاربردهای معمول آن شامل شمارش تیغهها و تشخیص اشیاء روی نوار نقاله است.
حالت رتروبازتابی
فرستنده و گیرنده در یک محفظه قرار دارند و یک بازتابدهنده در مقابل آن نصب شده است؛ هدف زمانی تشخیص داده میشود که مسیر نور بازتابی را قطع کند. برد آن متوسط (چند متر) است و نصب یکطرفه آن آسان است و برای شمارش قطعات و تشخیص اشیاء بزرگتر مناسب میباشد.
حالت بازتاب پراکنده — انتخاب رایج برای تاکومتری
بار دیگر فرستنده و گیرنده در یک محفظه مشترک قرار دارند، اما در اینجا حسگر نور بازتابیدهشده مستقیم از سطح هدف را میخواند. برد کوتاه است — معمولاً ۵–۵۰۰ mm — و راهاندازی آن یک فرایند ساده نشانهگیری و تشخیص است. این همان حالتی است که برای تشخیص نوار بازتابنده برای اندازهگیری سرعت و فاز، و اصولی که تاکوमीटरهای لیزری بر اساس آن کار میکنند.
۲. کاربردها در پایش ارتعاش
درون تحلیل ارتعاشات همان حسگر چندین نقش متمایز را ایفا میکند:
- اندازهگیری سرعت: با تشخیص نوار بازتابنده یا یک ویژگی روی شفت یکبار در هر دور و با شمارش پالسها، دستگاه دور در دقیقه, سرعت را بهطور مداوم نظارت میکند و در حین اندازهگیریها آن را تأیید میکند.
- مرجع فاز: پالس یکبار در هر دور، مرجع صفر درجه را که برای محاسبات بالانس حیاتی است تعریف میکند و امکان اندازهگیریهای قفلشده بر فاز و همگامسازی را فراهم میآورد. ردیابی مرتبه.
- عملکرد کیفازور: یک حسگر فوتوالکتریک نصبشده بهطور دائم میتواند بهعنوان کیفازور عمل کند و در هر دور، نشان، شکاف یا ویژگی شفت را تشخیص دهد تا مرجع فاز را برای پروب نزدیکی سیستمها — ضروری برای پایش توربوماشینری تحت API 670.
- راهاندازی رویداد: پالس میتواند در یک موقعیت مشخص روی شفت، اخذ داده را فعال کند، یک استروبوسکوپ را برای مشاهده حرکت متوقفشده فعال کند، یا بهطور کلی اندازهگیریها را با چرخش همگام سازد.
۳. مشخصات مهم
سه پارامتر تعیین میکنند که یک حسگر در یک نصب مشخص چگونه عمل خواهد کرد.
- زمان پاسخ: از میکروثانیهها تا میلیثانیهها، باید به اندازهای سریع باشد که بتواند بالاترین سرعت اندازهگیریشده را پوشش دهد. یک شفت با ۱۰٬۰۰۰ دور در دقیقه علامت خود را در حدود ۱۶۷ هرتز عبور میدهد، بنابراین یک پالس تمیز نیازمند پاسخ زیر میلیثانیه است.
- فاصلهٔ حسگری: هر مدل دارای حداقل و حداکثر فاصله کاری است که با ضریب بازتاب هدف متغیر است؛ حسگرهای حالت پراکندگی معمولاً در فاصله ۵۰ تا ۳۰۰ میلیمتر کار میکنند.
- منبع نور: قرمز قابل رؤیت (630–670 nm) بهراحتی قابل نشانهگیری است؛ فراسرخ (۸۵۰–۹۵۰ نانومتر) در نور محیط روشن بهتر عمل میکند؛ یک لیزر پرتویی با تمرکز بیشتر، برد طولانیتر و تریگر دقیقتر فراهم میکند.
۴. نصب و راهاندازی
ایجاد تریگر قابلاعتماد عمدتاً به نصب دقیق بستگی دارد. حسگر باید عمود بر سطح بازتابنده برای دستیابی به قویترین سیگنال، آن را در فاصلهای که مشخصاتش تعیین کرده قرار دهید، بهطور محکم نصب کنید تا لرزش نتواند جهتگیری آن را تغییر دهد و از آسیبهای مکانیکی محافظت شود. خود هدف نیز به همان اندازه اهمیت دارد: نوار بازتابنده را در محل مناسبی روی سطح تمیز شفت بچسبانید و اطمینان حاصل کنید که دقیقاً یک علامت در هر دور (ویژگی بازتابنده دوم باعث دوبارهشماری میشود)، و مطمئن شوید که نشان محکم است و در سرعت بالا از جا کنده نمیشود. در نهایت، با هدفگیری روی نشان، همترازی را انجام دهید، نشانگر LED حسگر را برای اطمینان از پایداری سیگنال زیر نظر بگیرید، موقعیت را قفل کنید و در یک چرخش کامل آزمایش کنید تا پیش از اتکا به قرائت، از تشخیص قابلاعتماد مطمئن شوید.
۵. مزایا
اصل نوری بدون تماس چندین مزیت را به همراه دارد:
- بدون تماس مکانیکی: بدون اصطکاک یا بارگذاری روی شفت، بدون سایش، عملکرد ایمن، دور از قطعات چرخان، و قابل استفاده در هر سرعتی.
- عدم وابستگی به جنس ماده: این روش هم روی فلزات آهنی و غیرآهنی و هم روی پلاستیک، کامپوزیت و چوب کار میکند — تنها چیزی که نیاز دارد، کنتراست نوری است.
- پاسخ سریع و تمیز: مناسب برای کاربردهای پرسرعت، تولید پالسهای دیجیتال واضح با زمانبندی دقیق.
۶. محدودیتها
همان اصل نوری چند محدودیت را تحمیل میکند که ارزش دارد برای آنها برنامهریزی کرد:
- حساسیت محیطی: نور محیطی روشن میتواند تداخل ایجاد کند، در حالی که گرد و غبار و مهروغن روی سطوح اپتیکی عملکرد را کاهش میدهند، بنابراین لنز نیاز به تمیزکاری دورهای دارد و ممکن است در محیطهای سخت به یک محفظه محافظ نیاز داشته باشد.
- ترازبندی حیاتی است: سنسور باید هدف خود را روی هدف حفظ کند، و لرزش یا نشستن میتواند آن را از مسیر خارج کند — دلیل دیگری برای نصب پایدار.
- وابستگی به هدف: یک نشان یا جسم بازتابنده باید موجود باشد، تغییرات در بازتابندگی بر قرائت تأثیر میگذارد و نوار با گذشت زمان ممکن است جدا شود.
زمانی که بهکارگیری یک پیکاپ نوری دائمی غیرعملی باشد، مهندسان اغلب به جایگزینهای غیرنوری مانند یک پروب نزدیکی (جریان گردابی) خواندن شیار کلید، که به نوار بازتابنده نیازی ندارد و تحت تاثیر آلودگی یا نور قرار نمیگیرد.
۷. حسگرهای فوتوالکتریک در تراز عملی میدانی
در یک دستگاه قابل حمل، تاکومتر لیزریِ بازتابی-پخشی دقیقاً به این دلیل پیکاپ استاندارد فاز است که برای آمادهسازی شفت به چیزی بیش از یک نوار چسب بازتابنده نیاز ندارد. Balanset-1A دقیقاً با همین نوع تاکوमीटर لیزری نوری عرضه میشود: از یک نوار کوچک بازتابنده تحریک میشود، در محدوده فاصله هوایی وسیع کار میکند و پالس یکبار در هر دور را که نرمافزار برای محاسبه بزرگی و زاویه هر یک نیاز دارد، ارائه میدهد. وزن اصلاحی و برای تأیید عدم تعادل باقیمانده پس از اصلاح. به طور خلاصه، پاسخ سریع حسگر فتوالکتریک، عدم وابستگی به جنس مواد و عملکرد بدون تماس آن، آن را به یک دورسنج ایدهآل تبدیل میکند که مکمل ... شتابسنجها در یک سیستم کامل پایش وضعیت و بالانس.
