A fotoelektromos érzékelők megértése
A fényérzékelő olyan optikai érzékelő eszköz, amely egy fényforrást – LED-et, lézert vagy infravörös sugárzót – párosít egy fotodetektorral, hogy a fényáteresztés, -visszaverődés vagy -megszakítás segítségével érzékelje egy tárgy vagy jel jelenlétét, hiányát vagy helyzetét. A forgógépek területén ezek az érzékelők leggyakrabban fordulatszámmérők: fordulatonként egyszer érzékelnek egy tengelyjelzést a sebesség méréséhez, és kiadnak egy fordulatonkénti időzítő impulzust, amely fázis reference for kiegyensúlyozás, és biztosít kulcsfázis funkciók a kritikus gépek védelmi rendszereihez.
Előnyeik az érintésmentes működésben, a rendkívül gyors reakcióidőben, a mágneses mezőkkel szembeni ellenállásban, valamint a nemvasfémek érzékelésének képességében rejlenek. Ez a kombináció teszi őket sokoldalú sebesség- és helyzetérzékelő eszközökké gyakorlatilag mindenféle forgó berendezéshez – és a optikai fordulatszámmérők és lézeres fordulatszámmérők hordozható kiegyensúlyozó készletekben használják.
1. Üzemmódok
A fotoelektromos érzékelők háromféle érzékelési elrendezésben kaphatók, amelyek abban különböznek egymástól, hogy hol helyezkednek el a sugárzó és a vevő, valamint abban, hogy a célpont hogyan befolyásolja a fény útját.
Átvilágító (szembenálló üzemmód)
A fényforrás és a vevőegység egymással szemben elhelyezkedő, különálló házakban található, és az érzékelés akkor történik, amikor a célpont megszakítja a résen áthaladó sugárnyalábot. A hatótávolság nagy – akár több méter is lehetséges –, és a megbízhatósága a legmagasabb az összes üzemmód közül, mivel a leginkább ellenáll a szennyeződésnek és az igazítási eltéréseknek. Tipikus alkalmazási területei a pengeszámlálás és a tárgyak észlelése szállítószalagokon.
Visszatükröző mód
Az adó és a vevő egy közös házban helyezkedik el, a reflektor pedig velük szemben van felszerelve; a célpontot akkor érzékeli a rendszer, amikor az megszakítja a visszavert fény útját. A hatótávolság közepes (néhány méter), az egyoldalas felszerelés pedig kényelmes, így alkalmas alkatrészszámlálásra és nagyobb tárgyak észlelésére.
Diffúz visszaverődési mód – a fordulatszámmérőknél általánosan alkalmazott megoldás
Ebben az esetben is az adó és a vevő egy közös házban helyezkedik el, de itt az érzékelő a célfelületről közvetlenül visszaverődő fényt érzékeli. A hatótávolság rövid – általában 5–500 mm –, a beállítás pedig egyszerű, csupán a tárgyra kell irányítani és érzékelni. Ezt a módot használják a fényvisszaverő szalag a sebesség és a fázis mérésére, valamint a lézeres fordulatszámmérők működési elve.
2. Alkalmazások a rezgésfigyelés területén
Within rezgéselemzés ugyanaz az érzékelő több különböző feladatot is ellát:
- Sebességmérés: azáltal, hogy forogásonként egyszer érzékeli a fényvisszaverő szalagot vagy a tengelyen lévő jelzőt, és megszámolja az impulzusokat, a műszer kiszámítja FORDULAT, folyamatosan figyeli a sebességet, és a mérések során ellenőrzi azt.
- Fázisreferencia: A fordulatonkénti egy impulzus határozza meg a 0°-os alappontot, amely elengedhetetlen a kiegyensúlyozási számításokhoz, lehetővé téve a fáziszárt méréseket és a szinkronizálást rendeléskövetés.
- A Keyphasor funkciója: egy állandóan felszerelt fotoelektromos érzékelő fázisjelzőként működhet, amely minden fordulaton felismeri a tengely jelölését, hornyát vagy egyéb jellegzetességét, és így biztosítja a fázisreferenciát proximity-probe rendszerek – amelyek elengedhetetlenek a turbógépek felügyeletéhez API 670.
- Esemény kiváltása: az impulzus adatgyűjtést indíthat el egy adott tengelypozícióban, vagy stroboszkóp stop-motion lejátszáshoz, vagy a méréseket más módon szinkronizálni a forgással.
3. Fontos műszaki adatok
Három tényező határozza meg, hogy egy érzékelő megfelelően fog-e működni egy adott telepítés során.
- Response time: mikroszekundumtól milliszekundumig terjedő tartományban a rendszernek a mért legnagyobb sebességhez képest is elég gyorsnak kell lennie. Egy 10 000 fordulat/perc sebességgel forgó tengely körülbelül 167 Hz-es frekvenciával halad el a jelölés mellett, így a tiszta impulzushoz milliszekundum alatti reakcióidőre van szükség.
- Érzékelési távolság: Minden modellnek van egy minimális és maximális működési távolsága, amely a célfelület visszaverődési képességétől függ; a diffúz üzemmódú érzékelők általában 50–300 mm-es távolságon működnek.
- Light source: visible red (630–670 nm) könnyen célba vehető; infrared (850–950 nm) erős környezeti fényben jobban teljesít; a laser szűk sugárzási szöget, nagyobb hatótávolságot és pontosabb kioldást biztosít.
4. Telepítés és beállítás
A megbízható érzékelés elsősorban a gondos felszerelésen múlik. Az érzékelőt úgy kell beállítani, hogy a fényvisszaverő felületre merőlegesen a legerősebb jel érdekében állítsa be a műszaki leírásban előírt távolságra, rögzítse szilárdan, hogy a rezgés ne tudja eltéríteni a célzását, és védje meg a mechanikai sérülésektől. A célpont maga is ugyanolyan fontos: helyezzen fényvisszaverő szalagot a megtisztított tengelyfelület megfelelő pontjára, és ügyeljen arra, hogy pontosan egy pont egy fordulat után (egy második fényvisszaverő elem kettős számlálást okoz), és győződjön meg arról, hogy a jelölő biztonságosan rögzítve van, és nagy sebességnél sem repül le. Végül igazítsa be a készüléket úgy, hogy a jelölőre céloz, figyelje az érzékelő LED-jelzőfényét a stabil jel megerősítéséhez, rögzítse a pozíciót, majd végezzen el egy teljes fordulatot, hogy megbizonyosodjon a megbízható érzékelésről, mielőtt az értékre támaszkodna.
5. Előnyök
Az érintésmentes optikai elv számos előnnyel jár:
- Nincs mechanikus érintkezés: nincs súrlódás vagy terhelés a tengelyen, nincs kopás, biztonságos működés forgó alkatrészek nélkül, és bármilyen fordulatszámon használható.
- Anyagi függetlenség: vas- és színesfémeken egyaránt működik, valamint műanyagokon, kompozit anyagokon és fán is – csupán optikai kontraszt szükséges hozzá.
- Gyors, tiszta válasz: nagy sebességű alkalmazásokhoz alkalmas, pontos időzítésű, éles digitális impulzusokat generál.
6. Korlátozások
Ugyanez az optikai elv néhány olyan korlátozást ró ránk, amelyeket érdemes figyelembe venni a tervezés során:
- Környezeti érzékenység: Az erős környezeti fény zavarhatja a működést, míg az optikán lerakódó por és olajköd rontja a teljesítményt, ezért a lencsét rendszeresen meg kell tisztítani, és zord környezeti feltételek mellett védőburkolatra is szükség lehet.
- Az igazítás rendkívül fontos: az érzékelőnek folyamatosan a célpontra kell irányulnia, és a rezgés vagy az elmozdulás eltérítheti a célpontról – ez is egy ok a stabil rögzítésre.
- Célfüggőség: szükség van egy fényvisszaverő jelre vagy tárgyra, a fényvisszaverő képesség változása befolyásolja a mérési eredményt, és a szalag idővel leválhat.
Ha egy állandó optikai leolvasó használata nem kivitelezhető, a mérnökök gyakran nem optikai alternatívákhoz fordulnak, például egy közelségérzékelő (örvényáramú) a horony leolvasása, amelyhez nincs szükség szalagra, és amelyet sem a szennyeződés, sem a fény nem befolyásol.
7. Fotoelektromos érzékelők a gyakorlati terepi kiegyensúlyozásban
Hordozható műszerek esetében a diffúz visszaverődésű lézeres fordulatszámmérő az általánosan használt fázisérzékelő, pontosan azért, mert a tengely előkészítéséhez csupán egy darab ragasztószalagra van szükség. A Balanset-1A pontosan ilyen típusú optikai lézeres fordulatszámmérővel van felszerelve: egy kis darab fényvisszaverő szalag hatására aktiválódik, nagy távolságtartási tartományban működik, és forradalmonként egyszer impulzust ad le, amelyre a szoftvernek szüksége van az egyes fordulatok nagyságának és szögének kiszámításához korrekciós súly és annak ellenőrzése érdekében, hogy maradék kiegyensúlyozatlanság a korrekciót követően. Röviden: a fotoelektromos érzékelő gyors reakcióideje, anyagtól függetlensége és érintésmentes működése ideális fordulatszámmérővé teszi, kiegészítve a gyorsulásmérők egy teljes körű állapotfigyelő és kiegyensúlyozó rendszerben.
