Розуміння фотоелектричних датчиків
A фотоелектричний датчик — це оптичний прилад, що складається з джерела світла (світлодіода, лазера або інфрачервоного випромінювача) та фотодетектора, призначений для визначення наявності, відсутності або положення об’єкта чи мітки за допомогою проходження, відбиття або переривання світлового променя. У роботі з обертовим обладнанням ці датчики найчастіше виконують функцію тахометри: вони фіксують позицію вала один раз за оберт для вимірювання швидкості, подають синхронізуючий імпульс, що генерується один раз за оберт, який забезпечує фаза reference for балансування, і забезпечити ключовий фазор функціональні можливості для систем захисту критично важливого обладнання.
Їхня привабливість полягає в безконтактному принципі дії, надзвичайно швидкій реакції, стійкості до магнітних полів та здатності виявляти кольорові метали. Таке поєднання робить їх універсальними приладами для вимірювання швидкості та положення практично на будь-якому типі обертового обладнання — і є основою оптичні тахометри і лазерні тахометри використовується в портативних наборах для балансування.
1. Режими роботи
Фотоелектричні датчики бувають трьох типів, що відрізняються розташуванням випромінювача та приймача, а також тим, як об’єкт впливу впливає на траєкторію проходження світла.
Прохідний режим (режим протилежних променів)
Джерело світла та приймач розміщені в окремих корпусах, спрямованих один до одного, а виявлення відбувається, коли об’єкт перериває промінь, що проходить через зазор. Дальність дії значна — можливі метри — а надійність є найвищою серед усіх типів, оскільки цей тип найбільш стійкий до забруднення та зсуву вирівнювання. Типовими сферами застосування є підрахунок лопатей та виявлення об’єктів на конвеєрах.
Рефлективний режим
Випромінювач і приймач розміщені в одному корпусі, а навпроти них встановлено відбивач; об’єкт виявляється, коли він перекриває шлях відбитого світла. Дальність дії помірна (кілька метрів), а одностороння установка є зручною, що робить датчик придатним для підрахунку деталей та виявлення об’єктів більших розмірів.
Режим дифузного відбиття — найпоширеніший варіант для тахометрії
І знову випромінювач та приймач розміщені в одному корпусі, але в цьому випадку датчик фіксує світло, відбите безпосередньо від поверхні об’єкта. Діапазон дії невеликий — зазвичай 5–500 мм — а налаштування зводиться до простого наведення та виявлення. Цей режим використовується для виявлення світловідбиваюча стрічка для вимірювання швидкості та фази, а також принцип роботи лазерних тахометрів.
2. Застосування у сфері моніторингу вібрації
Within аналіз вібрації цей самий датчик виконує кілька різних функцій:
- Вимірювання швидкості: виявляючи світловідбиваючу стрічку або елемент вала один раз за оберт і підраховуючи імпульси, прилад обчислює Обороти на хвилину, постійно контролює швидкість і перевіряє її під час вимірювань.
- Фазове віднесення: Імпульс, що подається один раз на оберт, визначає нульову точку (0°), яка має вирішальне значення для розрахунків балансування, забезпечуючи можливість вимірювань із фазовою синхронізацією та синхронізацію відстеження замовлення.
- Функція Keyphasor: стаціонарно встановлений фотоелектричний датчик може виконувати функцію фазового датчика, фіксуючи мітку, проріз або іншу орієнтирну точку на валу під час кожного оберту, щоб забезпечити фазову прив'язку для безконтактний датчик системи — необхідні для моніторингу турбомашин в умовах API 670.
- Запуск події: імпульс може запускати збір даних у певному положенні вала, активувати стробоскоп для перегляду у режимі стоп-кадру або іншим чином синхронізувати вимірювання з обертанням.
3. Важливі технічні характеристики
Від трьох параметрів залежить, чи буде датчик працювати в конкретній установці.
- Response time: від мікросекунд до мілісекунд, він повинен бути достатньо швидким для найвищої виміряної швидкості. Вал, що обертається зі швидкістю 10 000 об/хв, проходить позначку з частотою приблизно 167 Гц, тому для отримання чіткого імпульсу необхідна реакція в межах мілісекунди.
- Відстань спрацьовування: Кожна модель має мінімальну та максимальну робочу відстань, яка залежить від відбивної здатності об’єкта; датчики дифузного режиму зазвичай працюють на відстані 50–300 мм.
- Light source: visible red (630–670 нм) легко наводити; infrared (850–950 нм) краще працює в умовах яскравого навколишнього освітлення; а laser забезпечує вузькоспрямований промінь, більшу дальність дії та більш точне спрацьовування.
4. Встановлення та налаштування
Надійне спрацьовування здебільшого залежить від правильного кріплення. Датчик слід спрямувати перпендикулярно до дзеркальної поверхні щоб отримати найпотужніший сигнал, встановіть прилад на відстані, передбаченій технічними характеристиками, закріпіть його надійно, щоб вібрація не змістила його напрямок, та захистіть від механічних пошкоджень. Сама мішень має не менш важливе значення: наклейте світловідбиваючу стрічку у відповідному місці на очищеній поверхні валу, переконайтеся, що один імпульс на оберт (друга відбивна поверхня призводить до подвійного підрахунку), а також переконайтеся, що мітка надійно закріплена і не відлетить під час руху. Нарешті, вирівняйте прилад, націливши його на мітку, стежте за світлодіодним індикатором датчика, щоб переконатися у стабільності сигналу, зафіксуйте положення та перевірте роботу приладу під час повного оберту, щоб переконатися в надійності вимірювання, перш ніж покладатися на показання.
5. Advantages
Безконтактний оптичний принцип має низку переваг:
- Відсутність механічного контакту: відсутність тертя та навантаження на вал, відсутність зносу, безпечна експлуатація без контакту з обертовими деталями, а також можливість використання на будь-якій швидкості.
- Матеріальна незалежність: Вона працює як з чорними, так і з кольоровими металами, а також із пластиком, композитними матеріалами та деревиною — для цього достатньо лише оптичного контрасту.
- Швидка та чітка відповідь: підходить для високошвидкісних застосувань, забезпечуючи чіткі цифрові імпульси з точним синхронізацією.
6. Обмеження
Цей самий оптичний принцип накладає кілька обмежень, які варто врахувати при плануванні:
- Екологічна чутливість: Яскраве навколишнє світло може створювати перешкоди, а пил і масляний туман на оптиці погіршують якість зображення, тому об'єктив потребує періодичного очищення, а в суворих умовах може знадобитися захисний кожух.
- Правильне вирівнювання має вирішальне значення: датчик повинен постійно залишатися націленим на об’єкт, а вібрація або осідання можуть збити його з курсу — це ще одна причина, чому кріплення має бути стійким.
- Залежність від цілі: повинна бути присутня відбиваюча мітка або предмет, зміни відбивної здатності впливають на показання, а стрічка з часом може відклеїтися.
У випадках, коли використання постійного оптичного зчитувача є недоцільним, інженери часто звертаються до неоптичних альтернатив, таких як контактний (вихрострумовий) датчик зчитування шліца, для чого не потрібна стрічка і на яке не впливають бруд чи світло.
7. Фотоелектричні датчики в практичному вирівнюванні поля
У портативних приладах лазерний тахометр з дифузним відбиттям є стандартним засобом вимірювання фази саме тому, що для його використання не потрібно ніякої спеціальної підготовки валу, окрім наклеювання смужки скотчу. Балансет-1а поставляється саме з таким оптичним лазерним тахометром: він спрацьовує на невеликий фрагмент світловідбиваючої стрічки, працює на великій відстані та генерує імпульс, що подається один раз на оберт, необхідний програмному забезпеченню для обчислення величини та кута кожного корекційна вага а також для перевірки залишковий дисбаланс після коригування. Коротко кажучи, швидка реакція фотоелектричного датчика, незалежність від матеріалу та безконтактний режим роботи роблять його ідеальним тахометром, що доповнює акселерометри у складі комплексної системи моніторингу стану та балансування.
