Förstå fotoelektriska sensorer
A fotoelektrisk sensor är en optisk avkänningsanordning som består av en ljuskälla – en lysdiod, laser eller infraröd sändare – i kombination med en fotodetektor för att avkänna förekomst, frånvaro eller position hos ett föremål eller en markering genom ljusgenomsläpp, reflektion eller avbrott. Vid arbete med roterande maskiner fungerar dessa sensorer oftast som varvräknare: de avläser en markering på axeln en gång per varv för att mäta hastigheten och genererar den tidsstyrande pulsen som avges en gång per varv och som ger en fas referens för balansering, och tillhandahålla nyckelfasor funktioner för skyddssystem för kritisk utrustning.
Deras fördelar ligger i beröringsfri drift, mycket snabb respons, immunitet mot magnetfält och förmågan att detektera icke-järnhaltiga material. Denna kombination gör dem till mångsidiga verktyg för hastighets- och positionsmätning i praktiskt taget alla typer av roterande utrustning – och utgör grunden för optiska varvräknare och laservarvräknare används i bärbara balanseringssatser.
1. Driftlägen
Fotoelektriska sensorer finns i tre olika avkänningskonfigurationer, som skiljer sig åt beroende på var sändaren och mottagaren är placerade och hur målet påverkar ljusvägen.
Genomstrålningsbarriär (motsatt läge)
Ljuskällan och mottagaren är placerade i separata höljen som vetter mot varandra, och avkänningen sker när målet bryter ljusstrålen som passerar mellan höljena. Räckvidden är stor – flera meter är möjliga – och tillförlitligheten är den högsta av alla typer, eftersom den är mest okänslig för smuts och avvikelser i inriktningen. Typiska användningsområden är bladräkning och objektavkänning på transportband.
Retroreflekterande läge
Sändaren och mottagaren är inbyggda i samma hölje, med en reflektor monterad på motsatt sida; målet detekteras när det avbryter den reflekterade ljusvägen. Räckvidden är måttlig (flera meter) och den ensidiga installationen är praktisk, vilket gör den lämplig för räkning av delar och detektering av större föremål.
Diffust reflekterande läge – det vanligaste valet för varvtalsmätning
Även här är sändaren och mottagaren inbyggda i samma hölje, men här avläser sensorn ljus som reflekteras direkt från målytan. Räckvidden är kort – vanligtvis 5–500 mm – och installationen sker genom att man helt enkelt riktar in sensorn mot målet. Detta är det läge som används för att registrera reflekterande tejp för hastighets- och fasmätning samt den princip som ligger till grund för hur lasertachometrar fungerar.
2. Tillämpningar inom vibrationsövervakning
Inom vibrationsanalys samma sensor fyller flera olika funktioner:
- Hastighetsmätning: Genom att avläsa reflekterande tejp eller en axelmarkering en gång per varv och räkna impulserna beräknar instrumentet varvtal, övervakar hastigheten kontinuerligt och kontrollerar den under mätningarna.
- Fasreferens: pulsen som avges en gång per varv definierar 0°-referenspunkten, vilken är avgörande för balansberäkningar, möjliggör faslåsta mätningar och synkronisering orderspårning.
- Keyphasor-funktion: En fast monterad fotoelektrisk sensor kan fungera som en fasavkännare som vid varje varv avkänner en markering, ett spår eller ett annat kännetecken på axeln för att tillhandahålla fasreferensen för Närhetssond system — avgörande för övervakning av turbomaskiner under API 670.
- Händelseutlösning: pulsen kan utlösa datainsamling vid ett visst läge på axeln, avfyra en stroboskop för visning av stillbilder, eller på annat sätt synkronisera mätningarna med rotationen.
3. Specifikationer som spelar roll
Tre parametrar avgör om en sensor fungerar i en viss installation.
- Svarstid: från mikrosekunder till millisekunder måste den vara tillräckligt snabb för den högsta uppmätta hastigheten. En axel som roterar med 10 000 varv per minut passerar sin markering med cirka 167 Hz, så en ren puls kräver en svarstid på under en millisekund.
- Avkänningsavstånd: Varje modell har ett minsta och största arbetsavstånd som varierar beroende på målets reflektivitet; sensorer i diffust läge arbetar vanligtvis på ett avstånd mellan 50 och 300 mm.
- Ljuskälla: synligt rött (630–670 nm) är lätt att rikta in; infraröd (850–950 nm) fungerar bättre i starkt omgivande ljus; en laser ger en snävt fokuserad stråle, längre räckvidd och mer exakt avfyrning.
4. Installation och konfiguration
En pålitlig utlösning handlar främst om noggrann montering. Sensorn bör riktas vinkelrätt mot den reflekterande ytan för att få bästa möjliga signal, placerad på det avstånd som anges i specifikationen, fast monterad så att vibrationer inte kan rubba inriktningen och skyddad mot mekaniska skador. Själva målet är lika viktigt: fäst reflekterande tejp på en lämplig plats på en ren yta på axeln och se till att det finns exakt en mark per varv (en andra reflekterande yta kan leda till dubbelräkning) och kontrollera att markeringen sitter fast och inte lossnar vid hög hastighet. Avsluta med att rikta in sensorn mot markeringen, se till att sensorns LED-indikator visar en stabil signal, lås positionen och testa under ett helt varv för att säkerställa tillförlitlig detektering innan du förlitar dig på avläsningen.
5. Fördelar
Den beröringsfria optiska principen har flera fördelar:
- Ingen mekanisk kontakt: ingen friktion eller belastning på axeln, inget slitage, säker drift utan roterande delar i närheten och kan användas vid alla hastigheter.
- Oberoende av material: Den fungerar lika bra på järn- och icke-järnmetaller som på plast, kompositmaterial och trä – det enda som krävs är optisk kontrast.
- Snabb, ren respons: lämplig för höghastighetsapplikationer, ger skarpa digitala pulser med exakt tidsbestämning.
6. Begränsningar
Samma optiska princip medför några begränsningar som det är värt att ta hänsyn till vid planeringen:
- Miljökänslighet: Starkt omgivningsljus kan orsaka störningar, medan damm och oljedimma på optiken försämrar prestandan. Därför måste linsen rengöras regelbundet och kan behöva ett skyddshölje i tuffa miljöer.
- Inriktningen är avgörande: Sensorn måste hålla sikten riktad mot målet, och vibrationer eller rörelser kan få den att tappa riktningen – ytterligare ett skäl till att den måste monteras stabilt.
- Målberoende: Det måste finnas en reflekterande markering eller ett reflekterande föremål, förändringar i reflektionsförmågan påverkar avläsningen och tejpen kan lossna med tiden.
När det inte är praktiskt möjligt att använda en fast optisk avläsningsenhet väljer ingenjörerna ofta icke-optiska alternativ, såsom en närhetsgivare (virvelströmsgivare) avläsning av ett kilspår, vilket inte kräver tejp och inte påverkas av smuts eller ljus.
7. Fotoelektriska sensorer vid praktisk fältbalansering
På ett bärbart instrument är en diffusreflekterande lasertachometer standardvalet som fasgivare just därför att den inte kräver någon annan förberedelse av axeln än en bit tejp. Den Balanset-la levereras med just denna typ av optisk lasertachometer: den aktiveras av en liten bit reflekterande tejp, fungerar över ett stort avstånd och avger den puls per varv som programvaran behöver för att beräkna storleken och vinkeln för varje korrigeringsvikt och för att kontrollera kvarvarande obalans efter korrigering. Kort sagt gör den fotoelektriska sensorns snabba respons, materialoberoende och beröringsfria funktion den till en idealisk varvräknare, som kompletterar accelerometrar i ett komplett system för tillståndsövervakning och balansering.
