Pochopenie fotoelektrických senzorov
Definícia: Čo je fotoelektrický senzor?
Fotoelektrický senzor je optické detekčné zariadenie, ktoré využíva svetelný zdroj (LED, laser alebo infračervené žiarenie) a fotodetektor na snímanie prítomnosti, neprítomnosti alebo polohy objektov alebo značiek prostredníctvom prenosu svetla, odrazu alebo prerušenia. V aplikáciách rotačných strojov slúžia fotoelektrické senzory ako tachometre detekcia rýchlosti otáčania hriadeľa, poskytovanie časovacích impulzov raz za otáčku pre fáza odkaz v vyvažovanie, a povoliť kľúčový fázor funkčnosť pre systémy ochrany kritických strojov.
Fotoelektrické senzory sú cenené pre svoju bezkontaktnú prevádzku, rýchlu dobu odozvy, odolnosť voči magnetickým poliam a schopnosť detekovať neželezné materiály, vďaka čomu sú všestrannými nástrojmi na meranie rýchlosti a snímanie polohy vo všetkých typoch rotačných zariadení.
Prevádzkové režimy
1. Priamy lúč (protiľahlý režim)
- Konfigurácia: Zdroj svetla a prijímač v samostatných krytoch oproti sebe
- Detekcia: Objekt prerušuje svetelný lúč medzi vysielačom a prijímačom
- Rozsah: Dlhé (možné metre)
- Spoľahlivosť: Najvyššia (najodolnejšia voči nečistotám, variáciám zarovnania)
- Použitie: Počítanie čepelí, detekcia objektov na dopravníkoch
2. Retroreflexný režim
- Konfigurácia: Vysielač a prijímač v jednom kryte, reflektor oproti sebe
- Detekcia: Objekt prerušuje dráhu odrazeného svetla
- Rozsah: Stredná (niekoľko metrov)
- Pohodlie: Jednostranná inštalácia
- Použitie: Počítanie dielov, detekcia väčších objektov
3. Difúzny reflexný režim (najbežnejší pre tachometriu)
- Konfigurácia: Vysielač a prijímač v jednom kryte
- Detekcia: Priamy odraz od cieľového povrchu
- Rozsah: Krátke (typicky 5 – 500 mm)
- Nastavenie: Jednoduché zameranie a detekcia
- Použitie: Reflexná páska detekcia rýchlosti/fázy, laserové tachometre používajú toto
Aplikácie v monitorovaní vibrácií
Meranie rýchlosti
- Detekcia reflexnej pásky alebo prvkov hriadeľa raz za otáčku
- Počítanie impulzov na výpočet otáčok
- Nepretržité monitorovanie rýchlosti
- Overenie rýchlosti počas meraní
Fázová referencia
- Pulz raz za otáčku definuje referenciu 0°
- Kritické pre vyvažovacie výpočty
- Umožňuje fázovo synchronizované merania
- Synchronizuje sledovanie objednávok
Funkcia Keyphasor
- Trvalo nainštalovaný fotoelektrický snímač ako kľúčový fázor
- Detekuje značku na hriadeli, drážku alebo prvok pri každej otáčke
- Poskytuje fázovú referenciu pre systémy bezdotykových sond
- Nevyhnutné pre monitorovanie turbínových strojov (API 670)
Spúšťanie udalostí
- Spúšťanie zberu údajov v špecifických polohách hriadeľa
- Spúšťač stroboskop pre sledovanie v zastavenom pohybe
- Synchronizácia meraní s rotáciou
Špecifikácie
Čas odozvy
- Mikrosekundy na milisekundy
- Musí byť dostatočne rýchly pre najvyššiu nameranú rýchlosť
- Príklad: 10 000 ot./min. = 167 Hz → potreba Odozva < 1 ms pre čistý impulz
Snímacia vzdialenosť
- Minimálna a maximálna prevádzková vzdialenosť
- Líši sa v závislosti od modelu senzora a odrazivosti cieľa
- Typické: 50 – 300 mm pre difúzny režim
Zdroj svetla
- Viditeľná červená: Jednoduché nastavenie, 630 – 670 nm
- Infračervené: Lepšie v jasnom prostredí, 850-950 nm
- Laser: Zaostrený lúč, dlhší dosah, presnejší
Inštalácia
Polohovanie
- Kolmo k odrazovému povrchu pre najlepší signál
- Vhodná vzdialenosť podľa špecifikácií
- Stabilné upevnenie (vibrácie môžu ovplyvniť mierenie)
- Chránené pred mechanickým poškodením
Príprava cieľa
- Nalepte reflexnú pásku na vhodné miesto
- Najprv očistite povrch hriadeľa
- Zabezpečte jednu značku na otáčku
- Overte, či je značka bezpečná a nespadne
Zarovnanie
- Namierte senzor na reflexnú značku
- Overenie stabilného signálu (LED indikátor)
- Zablokujte polohu po zarovnaní
- Overte spoľahlivú detekciu testovaním rotáciou
Výhody
Bezkontaktné
- Žiadne trenie ani zaťaženie
- Bezpečné (žiadny kontakt s rotujúcimi časťami)
- Funguje pri akejkoľvek rýchlosti
- Bez opotrebenia
Materiálna nezávislosť
- Pracuje na železných aj neželezných materiáloch
- Funguje na plastoch, kompozitoch a dreve
- Vyžaduje iba optický kontrast
Rýchla reakcia
- Vhodné pre vysokorýchlostné aplikácie
- Čisté digitálne impulzy
- Presné načasovanie
Obmedzenia
Citlivosť na prostredie
- Jasné okolité svetlo môže rušiť
- Prach a olejová hmla na optike znižujú výkon
- Vyžaduje pravidelné čistenie
- V náročných podmienkach môže byť potrebný ochranný kryt
Zarovnanie je kritické
- Musí udržiavať cieľ
- Vibrácie alebo usadzovanie môžu spôsobiť nesprávne zarovnanie
- Vyžaduje stabilnú montáž
Závislé od cieľa
- Vyžaduje reflexnú značku alebo predmet
- Zmeny odrazivosti ovplyvňujú výkon
- Páska sa môže odlepiť
Fotoelektrické senzory sú všestranné optické detekčné zariadenia, ktoré sú nevyhnutné pre bezkontaktné meranie rýchlosti a fázovú referenciu pri analýze vibrácií a monitorovaní strojov. Ich kombinácia rýchlej odozvy, materiálovej nezávislosti a bezkontaktnej prevádzky ich robí ideálnymi pre aplikácie tachometrov, ktoré dopĺňajú vibračné senzory v komplexných systémoch monitorovania stavu a vyvažovania.