Fotoelektrinių jutiklių supratimas
A fotoelektrinis jutiklis yra optinis jutiklis, kuriame šviesos šaltinis – šviesos diodas, lazeris arba infraraudonųjų spindulių spinduliuotuvas – sujungtas su fotodetektoriumi, kad būtų galima nustatyti objekto ar žymės buvimą, nebuvimą ar padėtį pagal šviesos pralaidumą, atspindį ar pertraukimą. Dirbant su besisukančiais mechanizmais šie jutikliai dažniausiai veikia kaip tachometrai: jie vieną kartą per apsisukimą nustato veleno padėtį, kad išmatuotų greitį, ir generuoja vieną kartą per apsisukimą sinchronizavimo impulsą, kuris suteikia fazė reference for balansavimas, ir pateikti raktinis fazorius funkcionalumas, skirtas kritinės įrangos apsaugos sistemoms.
Jų privalumas – bekontaktis veikimas, labai greitas reagavimas, atsparumas magnetiniams laukams ir gebėjimas aptikti spalvotuosius metalus. Šis derinių rinkinys leidžia juos naudoti kaip universalias greičio ir padėties matavimo priemones praktiškai visų tipų besisukančioje įrangoje – ir tai yra optiniai tachometrai ir lazeriniai tachometrai naudojami nešiojamuose balansavimo rinkiniuose.
1. Veikimo režimai
Fotoelektriniai jutikliai turi tris jutimo schemas, kurios skiriasi siųstuvo ir imtuvo padėtimi bei tuo, kaip taikinys veikia šviesos kelią.
Peršviečiamasis (priešpriešinio veikimo)
Šviesos šaltinis ir imtuvas yra atskiruose korpusuose, nukreiptuose vienas į kitą, o aptikimas įvyksta, kai objektas pertraukia tarpą kertantį spindulį. Veikimo nuotolis yra didelis – gali siekti kelis metrus – o patikimumas yra didžiausias iš visų veikimo režimų, nes šis būdas yra labiausiai atsparus nešvarumams ir nustatytų parametrų nukrypimams. Paprastai šis būdas naudojamas peilių skaičiavimui ir objektų aptikimui konvejeriuose.
Atšvaitojantis režimas
Siųstuvas ir imtuvas yra viename korpuse, o priešingoje pusėje sumontuotas atšvaitas; objektas aptinkamas, kai jis pertraukia atspindėtos šviesos kelią. Veikimo nuotolis yra vidutinis (keletas metrų), o vienpusis montavimas yra patogus ir tinka detalių skaičiavimui bei didesnių objektų aptikimui.
Difuzinio atspindžio režimas — dažniausiai pasirenkamas tachometrijos atveju
Ir vėl spinduliuotuvas bei imtuvas yra viename korpuse, tačiau šiuo atveju jutiklis fiksuoja šviesą, tiesiogiai atspindėtą nuo objekto paviršiaus. Veikimo nuotolis yra nedidelis – paprastai 5–500 mm – o nustatymas atliekamas paprastai: užtenka nukreipti į objektą ir aptikti. Šis režimas naudojamas aptikti atspindinti juosta greičio ir fazės matavimui bei lazerinių tachometrų veikimo principui.
2. Taikymas vibracijos stebėjime
Within vibracijos analizė tas pats jutiklis atlieka keletą skirtingų funkcijų:
- Greičio matavimas: aptikdamas atspindinčią juostelę arba veleno elementą kartą per apsisukimą ir skaičiuodamas impulsus, prietaisas apskaičiuoja RPM, nuolat stebi greitį ir jį tikrina atliekant matavimus.
- Fazės nuoroda: impulsas, pasikartojantis kartą per apsisukimą, nustato 0° atskaitos tašką, kuris yra ypač svarbus balansavimo skaičiavimams, leidžia atlikti fazės sinchronizuotus matavimus ir sinchronizuoti eilių sekimas.
- Funkcija „Keyphasor“: nuolatinis fotoelektrinis jutiklis gali veikti kaip fazės nustatymo elementas, kiekvieną apsisukimą fiksuodamas veleno žymę, griovelį ar kitą orientacinį elementą, kad būtų nustatytas fazės atskaitos taškas artumo zondas sistemos — būtinos turbomašinų stebėjimui API 670.
- Įvykio suaktyvinimas: impulsas gali sukelti duomenų surinkimą tam tikroje veleno padėtyje, suaktyvinti stroboskopas kad būtų galima peržiūrėti kadru po kadro arba kitaip sinchronizuoti matavimus su sukimusi.
3. Svarbios specifikacijos
Ar jutiklis veiks tam tikroje instaliacijoje, lemia trys parametrai.
- Reakcijos laikas: nuo mikrosekundžių iki milisekundžių, jis turi būti pakankamai greitas, kad atitiktų didžiausią išmatuotą greitį. Velenas, sukasi 10 000 apsisukimų per minutę greičiu, praeina žymę maždaug 167 Hz dažniu, todėl norint gauti aiškų impulsą, reikia reakcijos, trunkančios mažiau nei milisekundę.
- Jutimo atstumas: Kiekvienas modelis turi minimalų ir maksimalų veikimo atstumą, kuris priklauso nuo objekto atspindžio koeficiento; difuzinio režimo jutikliai paprastai veikia 50–300 mm atstumu.
- Light source: visible red (630–670 nm) lengva nukreipti; infrared (850–950 nm) geriau veikia esant ryškiai aplinkos šviesai; a laser užtikrina siaurą spindulį, didesnį veikimo nuotolį ir tikslesnį suveikimą.
4. Įdiegimas ir nustatymas
Patikimas jutiklio suveikimas daugiausia priklauso nuo kruopštaus montavimo. Jutiklis turi būti nukreiptas statmenai atspindinčiam paviršiui norint gauti stipriausią signalą, įrenginį reikia pastatyti specifikacijoje nurodytu atstumu, tvirtai pritvirtinti, kad vibracija nepakeistų jo krypties, ir apsaugoti nuo mechaninių pažeidimų. Ne mažiau svarbus ir pats taikinys: ant nuvalyto veleno paviršiaus tinkamoje vietoje priklijuokite atspindinčią juostelę, užtikrinkite, kad būtų tiksliai vienas žymėjimas per apsisukimą (dėl antrojo atspindžio atsiranda dvigubas skaičiavimas) ir įsitikinkite, kad žymė tvirtai pritvirtinta ir neatsikabins važiuojant dideliu greičiu. Galiausiai suderinkite prietaisą, nukreipdami jį į žymę, stebėkite jutiklio šviesos diodą, kol pasirodys stabilus signalas, užfiksuokite padėtį ir atlikite visą apsisukimą, kad įsitikintumėte, jog jutiklis veikia patikimai, prieš pradėdami remtis rodmenimis.
5. Privalumai
Bekontaktis optinis principas turi keletą privalumų:
- Nėra mechaninio sąlyčio: be trinties ar apkrovos ant veleno, be nusidėvėjimo, saugus veikimas, nesiliečia su besisukančiomis dalimis ir tinka naudoti bet kokiu greičiu.
- Nepriklausomybė nuo medžiagų: ji tinka tiek geležies, tiek spalvotiesiems metalams, taip pat plastikui, kompozitams ir medžiui – jai reikia tik optinio kontrasto.
- Greitas ir aiškus atsakymas: tinka naudoti didelės spartos sistemose, generuoja aiškius skaitmeninius impulsus su tiksliu laiko sinchronizavimu.
6. Apribojimai
Dėl to paties optinio principo kyla keletas apribojimų, į kuriuos verta atsižvelgti planuojant:
- Jautrumas aplinkos veiksniams: Ryškus aplinkos apšvietimas gali trukdyti, o ant optinių elementų susikaupęs dulkių ir aliejaus rūkas pablogina veikimą, todėl objektyvą reikia reguliariai valyti, o sudėtingomis sąlygomis gali prireikti apsauginio korpuso.
- Suderinta padėtis yra labai svarbi: jutiklis turi būti nuolat nukreiptas į tikslą, o vibracija ar poslinkiai gali jį nukreipti nuo tikslo – tai dar viena priežastis, kodėl reikia užtikrinti stabilų tvirtinimą.
- Priklausomybė nuo taikinio: turi būti atspindintis ženklas arba daiktas, atspindžio pokyčiai daro įtaką rodmenims, o lipni juosta laikui bėgant gali atsiklijuoti.
Kai neįmanoma įdiegti nuolatinio optinio skaitytuvo, inžinieriai dažnai renkasi neoptines alternatyvas, pavyzdžiui, artumo (sūkurinių srovių) jutiklis skaityti griovelį, kuriam nereikia lipnios juostelės ir kuriam neturi įtakos nei nešvarumai, nei šviesa.
7. Fotoelektriniai jutikliai praktiniame lauko balansavime
Nešiojamajame prietaise difuzinio atspindžio lazerinis tachometras yra standartinis fazės jutiklis būtent todėl, kad jam nereikia jokio specialaus veleno paruošimo, išskyrus lipnios juostelės užklijavimą. Balanset-1A pateikiamas būtent su tokiu optiniu lazeriniu tachometru: jis suveikia nuo nedidelio atspindinčios juostelės gabalėlio, veikia dideliu atstumu ir generuoja vieną impulsą per apsisukimą, kurio programinei įrangai reikia kiekvieno korekcinis svoris ir patikrinti likutinis disbalansas atlikus koregavimą. Trumpai tariant, fotoelektrinio jutiklio greitas reagavimas, nepriklausomybė nuo medžiagos ir bekontaktis veikimas daro jį idealiu tachometru, kuris papildo akcelerometrai sudarant visapusišką būklės stebėjimo ir balansavimo sistemą.
