Понимание фотоэлектрических датчиков
A фотоэлектрический датчик — это оптическое устройство, в котором источник света (светодиод, лазер или инфракрасный излучатель) соединен с фотодетектором для определения наличия, отсутствия или положения объекта или метки посредством прохождения, отражения или прерывания светового луча. При работе с вращающимся оборудованием эти датчики чаще всего используются в качестве тахометры: они определяют положение вала один раз за оборот для измерения скорости, генерируют синхронизирующий импульс, подаваемый один раз за оборот, который обеспечивает фаза ссылка для балансировка, и предоставить ключевой фазор функциональные возможности систем защиты критически важных агрегатов.
Их преимущества заключаются в бесконтактном принципе действия, очень быстрой реакции, устойчивости к воздействию магнитных полей и способности обнаруживать цветные металлы. Такое сочетание характеристик делает их универсальными датчиками скорости и положения, применимыми практически к любому типу вращающегося оборудования, а также основой для оптические тахометры и лазерные тахометры используется в портативных комплектах для балансировки.
1. Режимы работы
Фотоэлектрические датчики бывают трех типов, которые различаются расположением излучателя и приемника, а также тем, как объект воздействует на путь прохождения света.
Проходной (режим противоположных лучей)
Источник света и приемник размещены в отдельных корпусах, обращенных друг к другу, и срабатывание происходит, когда объект прерывает луч, проходящий через зазор. Дальность действия значительная — возможны метры — а надежность является самой высокой среди всех типов датчиков, поскольку данный тип наиболее устойчив к загрязнениям и смещению оси. Типичные области применения — подсчет лопастей и обнаружение объектов на конвейерах.
Светоотражающий режим
Излучатель и приемник размещены в одном корпусе, а на противоположной стороне установлен отражатель; цель распознается, когда она прерывает путь отраженного света. Дальность действия умеренная (несколько метров), а односторонняя установка удобна и подходит для подсчета деталей и обнаружения крупных объектов.
Режим диффузного отражения — наиболее распространенный вариант для тахометрии
И в этом случае излучатель и приемник размещены в одном корпусе, но датчик регистрирует свет, отраженный непосредственно от поверхности объекта. Дальность действия небольшая — обычно 5–500 мм — а настройка сводится к простому наведению датчика на объект. Этот режим используется для обнаружения светоотражающая лента для измерения скорости и фазы, а также принцип работы лазерных тахометров.
2. Применение в области мониторинга вибрации
В пределах анализ вибраций один и тот же датчик выполняет несколько различных функций:
- Измерение скорости: путем обнаружения светоотражающей ленты или элемента вала один раз за оборот и подсчета импульсов прибор вычисляет об/мин, постоянно отслеживает скорость и проверяет её в ходе измерений.
- Ссылка на фазу: Импульс, подаваемый один раз за оборот, определяет нулевую отметку (0°), которая имеет решающее значение для расчетов балансировки, обеспечивает фазовую синхронизацию измерений и синхронизацию отслеживание заказа.
- Функция Keyphasor: Стационарный фотоэлектрический датчик может служить в качестве фазового датчика, фиксируя метку, паз или другой ориентир на валу при каждом обороте, чтобы обеспечить фазовую привязку для бесконтактный зонд системы — необходимые для мониторинга турбомашин в условиях API 670.
- Срабатывание события: импульс может инициировать сбор данных в определенном положении вала, запустить стробоскоп для просмотра в режиме остановки кадра или иным образом синхронизировать измерения с вращением.
3. Важные технические характеристики
От трех параметров зависит, будет ли датчик работать в конкретной установке.
- Время отклика: от микросекунд до миллисекунд, он должен быть достаточно быстрым для измерения максимальной скорости. Вал со скоростью 10 000 об/мин проходит метку с частотой около 167 Гц, поэтому для получения четкого импульса требуется время отклика менее миллисекунды.
- Рабочий диапазон: У каждой модели есть минимальное и максимальное рабочее расстояние, которое зависит от коэффициента отражения объекта; датчики диффузного типа обычно работают на расстоянии 50–300 мм.
- Источник света: видимый красный (630–670 нм) легко наводить; инфракрасный (850–950 нм) демонстрирует лучшие характеристики при ярком освещении; а лазер обеспечивает узконаправленный луч, большую дальность действия и более точное срабатывание.
4. Установка и настройка
Надежное срабатывание датчика в основном зависит от правильного монтажа. Датчик следует направить перпендикулярно отражающей поверхности для получения максимально сильного сигнала устройство следует установить на расстоянии, указанном в технических характеристиках, закрепить так, чтобы вибрация не смещала его направление, и защитить от механических повреждений. Не менее важна и сама мишень: нанесите светоотражающую ленту в подходящем месте на очищенную поверхность вала, убедитесь, что один отметка на один оборот (второй отражающий элемент приводит к двойному учету), а также убедитесь, что метка надежно закреплена и не слетит при движении на высокой скорости. Наконец, выровняйте прибор, нацелив его на метку, следите за светодиодным индикатором датчика, чтобы убедиться в стабильности сигнала, зафиксируйте положение и проверьте работу датчика, выполнив полный оборот, чтобы убедиться в надежности считывания, прежде чем полагаться на показания.
5. Преимущества
Бесконтактный оптический принцип обладает рядом преимуществ:
- Отсутствие механического контакта: отсутствие трения и нагрузки на вал, отсутствие износа, безопасная эксплуатация благодаря отсутствию вращающихся частей, а также возможность использования при любой скорости.
- Материальная независимость: Он подходит как для черных, так и для цветных металлов, а также для пластмасс, композитных материалов и дерева — главное, чтобы был оптический контраст.
- Быстрый и четкий ответ: подходит для высокочастотных систем, обеспечивая четкие цифровые импульсы с точной синхронизацией.
6. Ограничения
Этот же оптический принцип накладывает ряд ограничений, которые следует учитывать при планировании:
- Чувствительность к окружающей среде: Яркий окружающий свет может создавать помехи, а пыль и масляный туман на оптике ухудшают рабочие характеристики, поэтому линзы необходимо периодически очищать, а в неблагоприятных условиях может потребоваться защитный кожух.
- Правильное выравнивание имеет решающее значение: датчик должен постоянно оставаться нацеленным на объект, а вибрация или оседание могут сбить его с курса — еще одна причина, по которой требуется надежное крепление.
- Зависимость от цели: должна присутствовать отражающая метка или объект; изменения коэффициента отражения влияют на показания, а лента со временем может отклеиться.
В тех случаях, когда использование постоянного оптического считывающего устройства нецелесообразно, инженеры часто прибегают к неоптическим альтернативам, таким как контактный (вихретоковый) датчик считывание шпоночного паза, для которого не требуется лента и на которое не влияют грязь или свет.
7. Фотоэлектрические датчики в практической полевой балансировке
В портативных приборах лазерный тахометр с диффузным отражением является стандартным фазовым датчиком именно потому, что для его установки не требуется никакой специальной подготовки вала, кроме наклеивания полоски клейкой ленты. Балансет-1А оснащен именно таким оптическим лазерным тахометром: он срабатывает на небольшой отрезке светоотражающей ленты, работает в широком диапазоне расстояний и генерирует импульс с частотой один раз за оборот, необходимый программному обеспечению для вычисления величины и угла каждого корректирующий груз и для проверки остаточный дисбаланс после корректировки. Одним словом, быстрая реакция фотоэлектрического датчика, его независимость от материала и бесконтактный принцип работы делают его идеальным тахометром, дополняющим акселерометры в составе комплексной системы мониторинга состояния и балансировки.
