Valosähköisten anturien ymmärtäminen
A fotoelektrinen anturi on optinen tunnistuslaite, jossa valonlähde – LED, laser tai infrapunasäteilijä – on yhdistetty valodetektoriin, jotta se voi havaita esineen tai merkin läsnäolon, puuttumisen tai sijainnin valon läpäisyn, heijastumisen tai katkeamisen avulla. Pyörivien koneiden sovelluksissa nämä anturit toimivat useimmiten kierroslukumittarit: ne tunnistavat akselin merkinnän kerran kierrosta kohti nopeuden mittaamiseksi ja tuottavat kerran kierrosta kohti annettavan ajoituspulssin, joka antaa vaihe viite tasapainottaminen: ne tunnistavat akselin merkinnän kerran kierrosta kohti nopeuden mittaamiseksi ja tuottavat kerran kierrosta kohti annettavan ajoituspulssin, joka antaa Keyphasor toiminnallisuus kriittisten laitteiden suojajärjestelmiin.
Niiden vetovoima perustuu kosketuksettomaan toimintaan, erittäin nopeaan reagointiin, magneettikenttien häiriönkestävyyteen sekä kykyyn tunnistaa ei-rautametallit. Tämä yhdistelmä tekee niistä monipuolisia nopeuden ja sijainnin mittausvälineitä käytännössä kaikentyyppisissä pyörivissä laitteissa – ja muodostaa perustan optiset kierroslukumittarit ja lasertakometrit käytetään kannettavissa tasapainotuslaitteistoissa.
1. Käyttötilat
Valosensoreita on kolmea eri tyyppiä, jotka eroavat toisistaan sen mukaan, missä lähettimen ja vastaanottimen sijainti on ja miten kohde vaikuttaa valon kulkuun.
Läpivalaisutunnistin (vastakkainasettelu)
Valonlähde ja vastaanotin sijaitsevat erillisissä, toisiaan kohti suunnatuissa koteloissa, ja tunnistus tapahtuu, kun kohde katkaisee raon läpi kulkevan säteen. Kantama on pitkä – jopa useita metrejä – ja luotettavuus on kaikista tiloista paras, sillä se kestää parhaiten lian ja kohdistuksen siirtymät. Tyypillisiä käyttökohteita ovat terien laskeminen ja esineiden tunnistus kuljettimilla.
Retroreflektiivinen tila
Lähetin ja vastaanotin sijaitsevat samassa kotelossa, ja heijastin on asennettu vastakkaiselle puolelle; kohde havaitaan, kun se katkaisee heijastuneen valon kulkureitin. Kantama on kohtuullinen (useita metrejä), ja yksipuolinen asennus on kätevää, mikä sopii osien laskemiseen ja suurempien kohteiden tunnistamiseen.
Hajavalotila — yleisin valinta kierroslukumittareissa
Myös tässä lähettimellä ja vastaanottimella on yhteinen kotelo, mutta tässä tapauksessa anturi mittaa valoa, joka heijastuu suoraan kohdepinnasta. Kantama on lyhyt – tyypillisesti 5–500 mm – ja laitteen käyttöönotto tapahtuu yksinkertaisesti osoittamalla ja tunnistamalla. Tätä tilaa käytetään heijastava teippi nopeuden ja vaiheen mittaukseen; tähän periaatteeseen myös laser-kierroslukumittarit perustuvat.
2. Sovellukset tärinänvalvonnassa
Tässä sovelluksessa värähtelyanalyysi sama anturi hoitaa useita eri tehtäviä:
- Nopeuden mittaus: tunnistamalla heijastinnauhan tai akselin kohdan kerran kierrosta kohti ja laskemalla pulssit laite laskee Kierrosluku, valvoo nopeutta jatkuvasti ja tarkistaa sen mittausten aikana.
- Vaiheviite: Yksi pulssi kierrosta kohti määrittää 0°-lähtökohdan, joka on ratkaisevan tärkeä tasapainotuslaskelmille, mahdollistaa vaihelukitut mittaukset ja synkronoinnin kertalukuseuranta.
- Keyphasor-toiminto: kiinteästi asennettu valosensori voi toimia vaiheilmaisimena, joka tunnistaa akselin merkinnän, uran tai muun tunnusmerkin jokaisella kierroksella ja tuottaa näin vaiheviitteen lähestymisanturi järjestelmät — välttämättömiä turbiinikoneiden valvonnassa API 670.
- Tapahtuman laukaiseminen: pulssi voi käynnistää tiedonkeruun tietyssä akselin asennossa, laukaista stroboskooppi pysäytetyn kuvan tarkastelua varten tai muuten synkronoida mittaukset pyörimiseen.
3. Tärkeät tekniset tiedot
Kolme tekijää ratkaisevat, toimiiko anturi tietyssä asennuksessa.
- Vasteaika: mikrosekunneista millisekunteihin, sen on oltava riittävän nopea mitatun suurimman nopeuden suhteen. Akseli, jonka kierrosluku on 10 000 r/min, ohittaa merkkinsä noin 167 Hz:n taajuudella, joten tarkka pulssi vaatii alle millisekunnin vasteajan.
- Tunnistamisetäisyys: Jokaisella mallilla on vähimmäis- ja enimmäistoimintaväli, joka vaihtelee kohteen heijastavuuden mukaan; hajavaloanturit toimivat tyypillisesti 50–300 mm:n etäisyydellä.
- Valonlähde: näkyvä punainen (630–670 nm) on helppo kohdistaa; infrapuna (850–950 nm) toimii paremmin kirkkaassa ympäristön valossa; laser tuottaa tiiviin valokeilan, pidemmän kantaman ja tarkemman laukaisun.
4. Asennus ja käyttöönotto
Luotettava laukaisu riippuu pääasiassa huolellisesta asennuksesta. Anturi on suunnattava kohtisuoraan heijastavaan pintaan nähden voimakkaimman signaalin saamiseksi laite on asetettava valmistajan ohjeiden mukaiseen etäisyyteen, kiinnitettävä tukevasti niin, ettei tärinä voi siirtää sen suuntaa, ja suojattava mekaanisilta vaurioilta. Myös kohde itsessään on yhtä tärkeä: kiinnitä heijastinnauha puhdistetun akselin pinnalle sopivaan kohtaan ja varmista, että yksi merkki kierrosta kohti (toinen heijastava ominaisuus aiheuttaa kaksinkertaisen laskennan) ja varmista, että merkki on kunnolla kiinni eikä irtoa nopeuden vaikutuksesta. Lopuksi kohdista laite tähtäämällä merkkiin, tarkkaile anturin LED-merkkivaloa vakaan signaalin varmistamiseksi, lukitse asento ja testaa laite tekemällä täysi kierros varmistaaksesi luotettavan tunnistuksen ennen kuin luotat lukemaan.
5. Edut
Kosketuksettomalla optisella toimintaperiaatteella on useita etuja:
- Ei mekaanista kosketusta: akseliin ei kohdistu kitkaa tai kuormitusta, ei kulumista, turvallinen käyttö pyörivien osien ulottumattomissa ja käyttökelpoinen kaikilla nopeuksilla.
- Materiaaliriippumattomuus: Se toimii sekä rauta- että ei-rautametallien kanssa, samoin kuin muovien, komposiittimateriaalien ja puun kanssa – ainoa vaatimus on optinen kontrasti.
- Nopea ja puhdas vaste: sopii suurinopeuksisiin sovelluksiin ja tuottaa tarkasti ajoitettuja, teräviä digitaalisia pulsseja.
6. Rajoitukset
Sama optinen periaate asettaa muutamia rajoituksia, jotka on syytä ottaa huomioon suunnittelussa:
- Ympäristöherkkyys: Kirkas ympäristön valo voi aiheuttaa häiriöitä, ja optiikan pinnalle kertynyt pöly ja öljyhöyry heikentävät laitteen suorituskykyä, joten linssi on puhdistettava säännöllisesti ja se saattaa tarvita suojakotelon vaativissa olosuhteissa.
- Suuntaus on ratkaisevan tärkeää: anturin on pysyttävä suunnattuna kohteeseen, ja tärinä tai asettuminen voi siirtää sen pois paikaltaan – mikä on toinen syy vakaalle kiinnitykselle.
- Kohderiippuvuus: heijastava merkki tai esine on oltava paikallaan, heijastavuuden muutokset vaikuttavat lukemaan, ja teippi voi irrota ajan myötä.
Jos kiinteän optisen lukupään käyttö ei ole käytännöllistä, insinöörit turvautuvat usein ei-optisiin vaihtoehtoihin, kuten lähestymisanturi (pyörrevirta-anturi) avaimenuran lukeminen, joka ei vaadi teippiä ja johon lika tai valo eivät vaikuta.
7. Valoelektriset anturit käytännön kenttätasapainotuksessa
Kannettavassa laitteessa hajaheijastava lasertakometri on vakiovarusteinen vaiheenlukija juuri siksi, että sen käyttöönotto ei vaadi muuta akselin esikäsittelyä kuin teipinpalan kiinnittämistä. Balanset-1A toimitetaan juuri tällaisella optisella lasertakometrillä: se reagoi pieneen heijastinnauhan palaan, toimii laajalla etäisyysalueella ja tuottaa kerran kierrosta kohti pulssin, jota ohjelmisto tarvitsee kunkin korjauspaino ja varmistaa, että jäännösepätasapaino korjauksen jälkeen. Lyhyesti sanottuna valoelektrisen anturin nopea reagointi, materiaaliriippumattomuus ja kosketukseton toiminta tekevät siitä ihanteellisen takometrin, joka täydentää kiihtyvyysmittarit osana kattavaa kunnonvalvonta- ja tasapainotusjärjestelmää.
