Forstå fotoelektriske sensorer
A fotoelektrisk sensor er en optisk deteksjonsenhet som kombinerer en lyskilde – en LED, laser eller infrarød sender – med en fotodetektor for å registrere tilstedeværelse, fravær eller posisjon av et objekt eller et merke ved hjelp av lysgjennomstrømning, refleksjon eller avbrudd. I forbindelse med roterende maskiner fungerer disse sensorene oftest som turtellere: De registrerer en spor på akselen én gang per omdreining for å måle hastigheten, og sender ut en tidsimpuls per omdreining som gir en fase reference for balansering, and provide nøkkelfase funksjonalitet for beskyttelsessystemer for kritisk utstyr.
Deres fortrinn ligger i berøringsfri drift, svært rask respons, motstandsdyktighet mot magnetfelt og evnen til å registrere ikke-jernholdige materialer. Denne kombinasjonen gjør dem til allsidige verktøy for hastighets- og posisjonsmåling på praktisk talt alle typer roterende utstyr – og danner grunnlaget for optiske turtellere og laserturtellere brukes i bærbare balanseringssett.
1. Driftsmoduser
Fotoelektriske sensorer finnes i tre ulike oppstillinger, som skiller seg fra hverandre med hensyn til hvor senderen og mottakeren er plassert, og hvordan målet påvirker lysbanen.
Gjennomstråling (motsatt modus)
Lyskilden og mottakeren er plassert i separate hus som vender mot hverandre, og registrering skjer når målet avbryter strålen som krysser mellomrommet. Rekkevidden er lang – opptil flere meter – og påliteligheten er den høyeste av alle modusene, da den er mest motstandsdyktig mot smuss og justeringsavvik. Typiske bruksområder er bladtelling og gjenstandsregistrering på transportbånd.
Retro-refleksmodus
Senderen og mottakeren er plassert i samme hus, med en reflektor montert på motsatt side; målet registreres når det avbryter den reflekterte lysbanen. Rekkevidden er moderat (flere meter), og den ensidige installasjonen er praktisk og egner seg godt til telling av deler og deteksjon av større gjenstander.
Diffus refleksjonsmodus — det vanligste valget for takometri
Også her er senderen og mottakeren plassert i samme hus, men her registrerer sensoren lys som reflekteres direkte fra måloverflaten. Rekkevidden er kort – vanligvis 5–500 mm – og oppsettet er en enkel «pek-og-registrer»-operasjon. Dette er modusen som brukes til å registrere reflekterende tape for hastighets- og fasemåling, samt prinsippet som ligger til grunn for hvordan lasertachometre fungerer.
2. Anvendelser innen vibrasjonsovervåking
Within vibrasjonsanalyse den samme sensoren har flere forskjellige funksjoner:
- Hastighetsmåling: Ved å registrere refleksbåndet eller et merke på akselen én gang per omdreining og telle pulser, beregner instrumentet RPM, overvåker hastigheten kontinuerlig og kontrollerer den under målingene.
- Fasereferanse: Pulsen som avgis én gang per omdreining definerer 0°-referansepunktet, som er avgjørende for balanseringsberegninger, og muliggjør faselåste målinger og synkronisering ordresporing.
- Keyphasor-funksjon: En fastmontert fotoelektrisk sensor kan fungere som en nøkkelfasemåler ved å registrere et merke, en spor eller et annet kjennetegn på akselen ved hver omdreining, for dermed å gi fasereferansen for proximity-probe systemer — avgjørende for overvåking av turbomaskiner under API 670.
- Utløsning av hendelser: pulsen kan utløse datainnsamling ved en bestemt akselposisjon, utløse en stroboskop for visning av stillbilder, eller på annen måte synkronisere målingene med rotasjonen.
3. Spesifikasjoner som teller
Tre parametere avgjør om en sensor vil fungere i en gitt installasjon.
- Response time: fra mikrosekunder til millisekunder, må den være rask nok til å håndtere den høyeste målte hastigheten. En aksel som roterer med 10 000 o/min passerer et merke med en frekvens på ca. 167 Hz, så en presis puls krever en responstid på under ett millisekund.
- Måleavstand: Hver modell har en minste og største arbeidsavstand som varierer avhengig av målets reflektivitet; sensorer i diffusmodus opererer vanligvis i området 50–300 mm.
- Light source: visible red (630–670 nm) er lett å sikte med; infrared (850–950 nm) fungerer bedre i sterkt omgivelseslys; en laser gir en svært konsentrert lysstråle, større rekkevidde og mer presis utløsning.
4. Installasjon og oppsett
Pålitelig utløsning handler først og fremst om nøye montering. Sensoren bør rettes mot vinkelrett på den reflekterende overflaten for å oppnå best mulig signal, plassert i henhold til spesifikasjonene, fastmontert slik at vibrasjoner ikke kan forskyve retningen, og beskyttet mot mekaniske skader. Selve målet er like viktig: Fest refleksbånd på et passende sted på en ren overflate på skaftet, og sørg for at det er nøyaktig ett merke per omdreining (en ekstra refleksflate fører til dobbelttelling), og sjekk at merket sitter godt fast og ikke vil løsne ved høy hastighet. Til slutt justerer du ved å sikte mot merket, følger med på sensorens LED-indikator for å se om signalet er stabilt, låser posisjonen og tester gjennom en full rotasjon for å bekrefte pålitelig registrering før du stoler på måleresultatet.
5. Advantages
Det berøringsfrie optiske prinsippet har flere fordeler:
- Ingen mekanisk kontakt: ingen friksjon eller belastning på akselen, ingen slitasje, sikker drift uten roterende deler i nærheten, og kan brukes ved alle hastigheter.
- Materiell uavhengighet: Den fungerer både på jernholdige og ikke-jernholdige metaller, samt på plast, komposittmaterialer og tre – alt den trenger er optisk kontrast.
- Rask og tydelig respons: egnet for høyhastighetsapplikasjoner, og gir skarpe digitale pulser med nøyaktig tidsstyring.
6. Limitations
Det samme optiske prinsippet medfører noen begrensninger som det er lurt å ta hensyn til i planleggingen:
- Miljøfølsomhet: Sterkt omgivelseslys kan forårsake forstyrrelser, mens støv og oljetåke på optikken reduserer ytelsen. Derfor må linsen rengjøres jevnlig, og det kan være nødvendig med et beskyttende hus i tøffe omgivelser.
- Justering er avgjørende: Sensoren må hele tiden være rettet mot målet, og vibrasjoner eller bevegelser kan føre til at den kommer ut av posisjon – enda en grunn til å sikre en stabil montering.
- Målavhengighet: Det må være et reflekterende merke eller objekt til stede, endringer i refleksjonsevnen påvirker måleresultatet, og tapen kan løsne seg med tiden.
Når det ikke er praktisk å bruke en fast optisk avleser, tyr ingeniører ofte til ikke-optiske alternativer som for eksempel en nærhetssensor (virvelstrømssensor) avlesning av en nøkkelspor, som ikke krever tape og ikke påvirkes av smuss eller lys.
7. Fotoelektriske sensorer i praktisk feltbalansering
På et bærbart instrument er en diffusreflekterende lasertachometer standardløsningen nettopp fordi den ikke krever noen forberedelse av akselen utover en stripe tape. Den Balanset-1A leveres med akkurat denne typen optisk lasertachometer: den utløses av et lite stykke refleksbånd, fungerer over et stort avstandsområde og sender den pulsen per omdreining som programvaren trenger for å beregne størrelsen og vinkelen på hver korreksjonsvekt og for å kontrollere gjenværende ubalanse etter korreksjon. Kort sagt gjør den fotoelektriske sensorens raske respons, materialuavhengighet og berøringsfrie drift den til en ideell turteller, som utfyller akselerometre i et komplett system for tilstandsovervåking og balansering.
