Inzicht in foto-elektrische sensoren
A foto-elektrische sensor is een optisch detectieapparaat dat een lichtbron — een led, laser of infraroodzender — combineert met een fotodetector om de aanwezigheid, afwezigheid of positie van een object of markering te detecteren door middel van lichtdoorlating, -reflectie of -onderbreking. Bij roterende machines fungeren deze sensoren meestal als toerentellers: ze detecteren één keer per omwenteling een markering op de as om de snelheid te meten, en leveren de timingpuls per omwenteling die zorgt voor een fase reference for balanceren, en bieden sleutelfase functionaliteit voor beveiligingssystemen voor kritieke machines.
Hun aantrekkingskracht ligt in de contactloze werking, de zeer snelle reactietijd, de ongevoeligheid voor magnetische velden en het vermogen om non-ferromaterialen te detecteren. Die combinatie maakt ze tot veelzijdige instrumenten voor snelheids- en positiemeting bij vrijwel elk type roterende apparatuur — en vormt de basis van de optische toerentellers en lasertachometers gebruikt in draagbare balanceerkits.
1. Bedrijfsmodi
Foto-elektrische sensoren zijn verkrijgbaar in drie verschillende detectieconfiguraties, die van elkaar verschillen door de plaatsing van de zender en de ontvanger en de manier waarop het doel het lichtpad beïnvloedt.
Doorstraal (tegenover elkaar geplaatste sensoren)
De lichtbron en de ontvanger bevinden zich in afzonderlijke behuizingen die naar elkaar zijn gericht, en er vindt detectie plaats wanneer het doelobject de lichtstraal onderbreekt die de opening doorkruist. Het bereik is groot — meters zijn mogelijk — en de betrouwbaarheid is de hoogste van alle werkingsmodi, aangezien deze het meest ongevoelig is voor vuil en afwijkingen in de uitlijning. Typische toepassingen zijn het tellen van bladen en objectdetectie op transportbanden.
Retroreflecterende modus
De zender en ontvanger zijn ondergebracht in één behuizing, met een reflector aan de tegenoverliggende kant; het doel wordt gedetecteerd wanneer het de baan van het gereflecteerde licht onderbreekt. Het bereik is gemiddeld (enkele meters) en de installatie aan één kant is praktisch, waardoor deze sensor geschikt is voor het tellen van onderdelen en het detecteren van grotere objecten.
Diffuse reflectiemodus — de meest gebruikelijke keuze voor tachometrie
Ook hier zitten zender en ontvanger in één behuizing, maar in dit geval meet de sensor het licht dat rechtstreeks door het doeloppervlak wordt weerkaatst. Het bereik is kort — doorgaans 5–500 mm — en de installatie verloopt eenvoudig door te richten en te detecteren. Dit is de modus die wordt gebruikt om reflecterende tape voor snelheids- en fasemetingen, en het principe waarop lasertachometers werken.
2. Toepassingen op het gebied van trillingsmonitoring
Within trillingsanalyse dezelfde sensor vervult verschillende functies:
- Snelheidsmeting: door één keer per omwenteling reflecterende tape of een asmarkering te detecteren en de pulsen te tellen, berekent het instrument toerental, houdt de snelheid continu in de gaten en controleert deze tijdens de metingen.
- Fasereferentie: De puls die één keer per omwenteling wordt gegeven, bepaalt het 0°-referentiepunt dat cruciaal is voor balanceringsberekeningen, waardoor fasegestuurde metingen mogelijk worden en synchronisatie kan plaatsvinden bestelling volgen.
- Keyphasor-functie: een vast gemonteerde foto-elektrische sensor kan fungeren als fase-sensor, die bij elke omwenteling een markering, gleuf of ander kenmerk op de as detecteert om de fasereferentie te leveren voor proximity-probe systemen — onmisbaar voor het monitoren van turbomachines bij API 670.
- Gebeurtenisactivering: de puls kan het verzamelen van gegevens op een bepaalde aspositie activeren, een stroboscoop voor het bekijken van stop-motionbeelden, of om de metingen op een andere manier te synchroniseren met de rotatie.
3. Specificaties die ertoe doen
Er zijn drie factoren die bepalen of een sensor in een bepaalde opstelling goed zal functioneren.
- Reactietijd: van microseconden tot milliseconden; het moet snel genoeg zijn voor de hoogste gemeten snelheid. Een as met 10.000 tpm passeert zijn markering bij ongeveer 167 Hz, dus voor een zuivere puls is een reactietijd van minder dan een milliseconde nodig.
- Detectieafstand: elk model heeft een minimale en maximale werkafstand die varieert naargelang de reflectiviteit van het doel; sensoren in diffuse modus werken doorgaans op een afstand van 50–300 mm.
- Light source: visible red (630–670 nm) is gemakkelijk te richten; infrared (850–950 nm) presteert beter bij fel omgevingslicht; een laser zorgt voor een zeer gerichte lichtbundel, een groter bereik en een nauwkeurigere activering.
4. Installatie en configuratie
Een betrouwbare activering is vooral een kwestie van zorgvuldige montage. De sensor moet worden gericht loodrecht op het reflecterende oppervlak voor het sterkste signaal, op de in de specificaties aangegeven afstand geplaatst, stevig bevestigd zodat trillingen de richting niet kunnen beïnvloeden, en beschermd tegen mechanische schade. Het doelwit zelf is net zo belangrijk: breng reflecterende tape aan op een geschikte plek op een schoon schachtoppervlak, zorg ervoor dat er precies één streepje per omwenteling (een tweede reflecterend element leidt tot dubbeltelling), en controleer of het merkteken goed vastzit en bij hoge snelheid niet losraakt. Richt ten slotte op het merkteken, let op de LED-indicator van de sensor om te zien of het signaal stabiel is, vergrendel de positie en test het systeem door een volledige draai te maken om te controleren of de detectie betrouwbaar is, voordat u op de meetwaarde vertrouwt.
5. Voordelen
Het contactloze optische principe biedt verschillende voordelen:
- Geen mechanisch contact: geen wrijving of belasting op de as, geen slijtage, veilige werking zonder draaiende onderdelen en geschikt voor elk toerental.
- Materiële onafhankelijkheid: het werkt zowel op ferro- als non-ferrometalen, en op kunststoffen, composietmaterialen en hout — het enige wat nodig is, is optisch contrast.
- Snelle, duidelijke reactie: geschikt voor toepassingen met hoge snelheden, waarbij scherpe digitale pulsen met nauwkeurige timing worden gegenereerd.
6. Beperkingen
Hetzelfde optische principe brengt een aantal beperkingen met zich mee waarmee bij de planning rekening moet worden gehouden:
- Milieugevoeligheid: Fel omgevingslicht kan storend werken, terwijl stof en olienevel op de optische onderdelen de prestaties verminderen. Daarom moet de lens regelmatig worden schoongemaakt en kan een beschermende behuizing nodig zijn in veeleisende omgevingen.
- De uitlijning is van cruciaal belang: de sensor moet op het doel gericht blijven, en trillingen of verzakkingen kunnen ervoor zorgen dat hij uit koers raakt — nog een reden voor een stabiele bevestiging.
- Doelafhankelijkheid: er moet een reflecterend merkteken of voorwerp aanwezig zijn, veranderingen in de reflectie beïnvloeden de meetwaarde en de tape kan na verloop van tijd loslaten.
Wanneer een permanente optische kop niet haalbaar is, kiezen ingenieurs vaak voor niet-optische alternatieven, zoals een naderingssensor (wervelstroom) het uitlezen van een sleuf, waarvoor geen tape nodig is en die niet wordt beïnvloed door vuil of licht.
7. Foto-elektrische sensoren bij het in de praktijk in evenwicht brengen van velden
Bij een draagbaar instrument is een laser-tachometer met diffuse reflectie de standaardoplossing voor fase-detectie, juist omdat er verder geen voorbereiding van de as nodig is dan een stukje tape. De Balans-1a wordt geleverd met precies zo’n optische lasertachometer: deze reageert op een klein stukje reflecterende tape, werkt over een groot bereik en levert de puls per omwenteling die de software nodig heeft om de grootte en hoek van elke correctiegewicht en om de resterende onbalans na correctie. Kortom: dankzij de snelle reactietijd, de materiaalonafhankelijkheid en de contactloze werking is de foto-elektrische sensor een ideale toerenteller, die een aanvulling vormt op de versnellingsmeters in een compleet systeem voor conditiebewaking en balancering.
