Hiểu về cảm biến quang điện
A cảm biến quang điện là một thiết bị phát hiện quang học ghép một nguồn sáng — một bóng LED, tia laser hoặc bộ phát hồng ngoại — với một bộ dò quang để cảm nhận sự có mặt, vắng mặt hoặc vị trí của một vật thể hoặc dấu hiệu bằng phương tiện truyền tải, phản xạ hoặc ngắt ánh sáng. Trong công việc với các máy quay, các cảm biến này thường hoạt động như máy đo tốc độ: chúng phát hiện một tính năng trục một lần mỗi lượt để đo tốc độ, cung cấp xung thời gian một lần mỗi vòng quay đó cho một giai đoạn reference for cân bằng, và cung cấp phím pha chức năng cho các hệ thống bảo vệ máy móc quan trọng.
Sự hấp dẫn của chúng nằm ở hoạt động không tiếp xúc, phản ứng rất nhanh, miễn dịch với từ trường, và khả năng phát hiện các vật liệu không phải sắt từ. Kết hợp đó làm cho chúng là những công cụ cảm nhận tốc độ và vị trí linh hoạt trên hầu như mọi loại thiết bị quay — và là cơ sở của máy đo tốc độ quang học and máy đo tốc độ laser được sử dụng trong các bộ dụng cụ cân bằng di động.
1. Chế độ hoạt động
Cảm biến quang điện có ba kiểu cảm nhận khác nhau, phụ thuộc vào vị trí của bộ phát tín hiệu và bộ thu, cũng như cách mục tiêu ảnh hưởng đến đường dẫn ánh sáng.
Chế độ xuyên qua (đối diện)
Nguồn sáng và bộ thu nằm trong các vỏ riêng biệt hướng vào nhau, và phát hiện xảy ra khi mục tiêu ngắt chặn tia sáng vượt qua khoảng cách. Tầm hoạt động dài — có thể đạt tới hàng mét — và độ tin cậy cao nhất trong bất kỳ chế độ nào, vì kháng cự cao nhất với bụi bẩn và sai lệch canh chỉnh. Các ứng dụng điển hình là đếm lưỡi và phát hiện vật thể trên băng tải.
Chế độ phản xạ
Bộ phát và bộ thu chia sẻ một vỏ, với gương phản xạ gắn đối diện; mục tiêu được cảm nhận khi nó ngắt chặn đường dẫn ánh sáng phản xạ. Tầm hoạt động trung bình (vài mét) và cài đặt một bên tiện lợi, phù hợp với đếm linh kiện và phát hiện vật thể lớn.
Chế độ phản xạ khuếch tán — lựa chọn thông dụng cho máy đo tốc độ
Cả bộ phát và bộ thu đều chia sẻ một vỏ, nhưng ở đây cảm biến đọc ánh sáng phản xạ trực tiếp từ bề mặt mục tiêu. Tầm hoạt động ngắn — thường là 5–500 mm — và cài đặt là hoạt động phát hiện đơn giản. Đây là chế độ được sử dụng để phát hiện Băng phản quang cho phép đo tốc độ và pha, và nguyên lý mà các máy đo tốc độ laser hoạt động theo đó.
2. Ứng dụng trong Giám sát Rung động
Within Phân tích rung động cùng một cảm biến phục vụ nhiều vai trò riêng biệt:
- Đo tốc độ: bằng cách phát hiện băng kính phản xạ hoặc một đặc trưng trục một lần mỗi vòng quay và đếm những xung nhịp, thiết bị tính toán vòng quay mỗi phút, giám sát tốc độ liên tục, và xác minh nó trong quá trình đo lường.
- Tham chiếu pha: xung nhịp một lần mỗi vòng quay xác định mốc 0° quan trọng để tính toán cân bằng, cho phép đo lường đồng bộ pha và đồng bộ hóa theo dõi đơn hàng.
- Chức năng Keyphasor: một cảm biến quang điện lắp đặt vĩnh viễn có thể đóng vai trò là khóa pha, phát hiện một dấu trục, khe hoặc đặc trưng mỗi vòng quay để cung cấp tham chiếu pha cho cảm biến khoảng cách hệ thống — cần thiết để giám sát máy tuabin trong Tiêu chuẩn API 670.
- Kích hoạt sự kiện: xung nhịp có thể kích hoạt thu nhận dữ liệu ở một vị trí trục cụ thể, kích hoạt một đèn chớp để xem chuyển động dừng lại, hoặc ngược lại đồng bộ hóa phép đo với sự quay.
3. Thông số kỹ thuật Quan trọng
Ba tham số chi phối liệu một cảm biến có hoạt động được trong một cài đặt nhất định hay không.
- Thời gian phản hồi: từ microsecond đến millisecond, nó phải đủ nhanh cho tốc độ cao nhất được đo. Một trục quay ở 10.000 RPM đi qua điểm đánh dấu của nó khoảng 167 Hz, vì vậy một xung sạch cần phản hồi dưới 1 millisecond.
- Khoảng cách cảm biến: mỗi mô hình có độ lùi tối thiểu và tối đa khác nhau tùy theo độ phản xạ của đối tượng; các cảm biến ở chế độ khuếch tán thường hoạt động ở 50–300 mm.
- Light source: visible red (630–670 nm) rất dễ nhắm mục tiêu; infrared (850–950 nm) hoạt động tốt hơn trong ánh sáng xung quanh sáng; a laser cung cấp một chùm tập trung chặt, tầm xa hơn và kích hoạt chính xác hơn.
4. Lắp đặt và Thiết lập
Kích hoạt đáng tin cậy chủ yếu là vấn đề lắp đặt cẩn thận. Cảm biến nên được nhắm vuông góc với bề mặt phản xạ để có tín hiệu mạnh nhất, đặt ở khoảng cách mà thông số kỹ thuật của nó quy định, gắn cứng để rung động không thể thay đổi hướng nhắm, và bảo vệ khỏi hư hỏng cơ học. Chính mục tiêu cũng quan trọng như nhau: dán băng phản xạ ở vị trí phù hợp trên bề mặt trục sạch, đảm bảo có đúng một dấu trên mỗi vòng quay (một tính năng phản xạ thứ hai gây ra đếm kép), và xác nhận điểm đánh dấu an toàn và sẽ không bị bay ra khỏi tốc độ. Cuối cùng, căn chỉnh bằng cách nhắm vào dấu, xem chỉ báo LED của cảm biến để có tín hiệu ổn định, khóa vị trí, và kiểm tra thông qua một vòng quay hoàn chỉnh để xác nhận phát hiện đáng tin cậy trước khi dựa vào độ đọc.
5. Advantages
Nguyên lý quang học không tiếp xúc mang lại nhiều ưu điểm:
- Không tiếp xúc cơ học: không ma sát hoặc tải trên trục, không mài mòn, hoạt động an toàn tránh xa các bộ phận quay, và có thể sử dụng ở bất kỳ tốc độ nào.
- Độc lập với vật liệu: nó hoạt động trên các kim loại sắt và không sắt như nhau, và trên nhựa, vật liệu tổng hợp và gỗ — tất cả những gì nó cần là độ tương phản quang học.
- Phản ứng nhanh, sạch: phù hợp cho các ứng dụng tốc độ cao, tạo ra các xung kỹ thuật số sạch sẽ với thời gian chính xác.
6. Limitations
Nguyên lý quang học tương tự cũng áp dụng một vài hạn chế đáng để lập kế hoạch:
- Độ nhạy cảm với môi trường: ánh sáng xung quanh sáng có thể gây nhiễu, trong khi bụi và sương khí dầu trên quang học suy giảm hiệu suất, vì vậy ống kính cần làm sạch định kỳ và có thể cần housing bảo vệ trong môi trường khắc nghiệt.
- Căn chỉnh rất quan trọng: cảm biến phải giữ hướng nhắm vào mục tiêu, và rung động hoặc lún có thể khiến nó mất phương hướng — một lý do khác cho lắp đặt ổn định.
- Sự phụ thuộc vào mục tiêu: một dấu phản xạ hoặc vật thể phải có mặt, thay đổi trong khả năng phản xạ ảnh hưởng đến chỉ số đọc, và băng dính có thể bong ra theo thời gian.
Khi bộ chụp quang học cố định không thực tế, các kỹ sư thường chuyển sang các lựa chọn thay thế không phải quang học như cảm biến cảm ứng điện (eddy-current) đọc một khía chìa khóa (keyway), không cần băng dính và không bị ảnh hưởng bởi bụi hoặc ánh sáng.
7. Cảm biến quang điện trong cân bằng trường thực tiễn
Trên một thiết bị di động, máy tạo xung tachometer laser phản xạ khuếch tán là bộ chụp pha tiêu chuẩn chính xác vì nó không cần chuẩn bị trục ngoài một dải băng phản xạ. Balanset-1A được cung cấp kèm theo chính xác kiểu máy tạo xung tachometer quang học này: nó được kích hoạt từ một mảnh băng phản xạ nhỏ, hoạt động trong phạm vi standoff rộng, và cung cấp xung một vòng mỗi vòng quay mà phần mềm cần để tính toán độ lớn và góc của mỗi trọng lượng hiệu chỉnh và để xác minh mất cân bằng còn lại sau khi hiệu chỉnh. Tóm lại, phản ứng nhanh của cảm biến quang điện, tính độc lập với vật liệu và hoạt động không tiếp xúc khiến nó trở thành máy tạo xung tachometer lý tưởng, bổ sung cho Máy đo gia tốc trong một hệ thống giám sát điều kiện và cân bằng hoàn chỉnh.
