Optical Sensor for Dynamic Balancing

发布时间：2024-10-01 作者：上海路阳仪器技术文档组 点击次数：

本篇摘要

动平衡用的光学转速传感器：激光转速表提供每转一次的键相信号，配合振动传感器做单面/双面动平衡，含数字输出、5m 工作距离、IP60 防护与 38g 轻量化结构的使用要点。

核心要点

动平衡需要两个信号：不平衡引起的振动，以及每转一次的相位参考
光学转速传感器就是提供相位参考的那一环，靠反光标记触发
内置稳压、放大与抗混叠滤波，输出可直接进平衡仪或数采
轻量化机身与磁吸支架，适合现场快速装拆

做动平衡时，光测振动幅值不够，还得知道不平衡点落在圆周的哪个角度。这个角度靠一个“每转一次”的参考信号确定，而提供参考的，通常就是一支光学转速传感器。

动平衡在做什么

转子存在质量偏心时，旋转会产生离心力，表现为与转速同频的振动。动平衡的做法是：让转子转起来，测出振动的大小和相位，据此在相反方向加重或去重，直到振动降到允许范围内。

单面平衡只处理一个平面，适合盘状转子（砂轮、风叶、皮带轮）；双面平衡要处理两个平面，适合长径比较大的转子（辊筒、主轴、电机转子）。无论哪种，都需要知道“振动出现在转子的哪个角度”，这就需要键相信号。

传感器在轴上找到反光标记的那一刻，就是相位的零点。平衡仪把振动信号与这个零点比对，算出不平衡点的角度，操作者据此确定配重位置。

传感器要满足什么

动平衡对转速传感器的要求主要集中在三点。

每转一个干净的脉冲：不能多也不能少，抖动要小。标记贴一张反光贴最简单，转一圈出一个脉冲。
相位稳定：脉冲出现的时刻要严格对应标记经过光斑的瞬间，不能因信号处理引入可变延迟。
安装方便：现场平衡往往在设备原位进行，传感器要能快速固定、快速拆走。

这类光学转速传感器把稳压、放大、抗混叠滤波都做在机身里，输出数字信号，可直接进平衡仪、数采或转速表；有效工作距离可达 5m，防护等级 IP60，重量约 38g，配磁吸支架可以吸附在机壳上，几分钟完成布点。

现场操作的几个经验

标记位置。反光贴贴在便于观察、不被遮挡的位置，尽量靠近轴承或平衡面，减少轴向偏差带来的相位误差。

转速选择。动平衡通常在高于一阶临界转速的工况下做，或者按厂家规定的平衡转速。转速太低，离心力小、信噪比差；转速波动大，相位读数会漂。

多次测量取平均。现场气流、基础振动都会带来干扰，同一工况测三遍，取矢量平均，结果更稳。

验证。加配重后复测，残余振动应明显下降。若反而变大，多半是相位算反了，把配重加到 180 度位置试试。

单面与双面平衡的差别

单面平衡只有一个校正平面，适用于盘状、短轴类转子。操作上通常做三次运转：原始运转记录振幅与相位，试重运转确定影响系数，校正运转验证结果。计算出的配重加在原始不平衡点的对侧 180 度位置。

双面平衡有两个校正平面，需要至少两次试重（分别在两个平面各加一次），解出 2×2 的影响系数矩阵。工作量大一些，但对长径比大的转子是必须的——只在单面校正，往往一端平衡了、另一端反而恶化。

无论哪种，键相信号的相位零点都必须明确且稳定。若轴上贴了两张反光贴，相位含义就变成“每半转一次”，平衡仪算出的角度会出现 180 度歧义，结果时对时错。

误差从哪来

转速不稳：相位读数随转速漂移，尤其在内燃机、风机这类负荷波动的设备上。尽量在稳定工况下测量，多次取平均。
支撑刚度不足：平衡支架本身共振，会把支架的振动误当成转子的不平衡。
标记位置偏差：反光贴贴得歪、贴得远，相位零点与实际几何位置有偏差，配重角度就会系统性偏移。
传感器安装松动：磁吸底座吸附在油漆面或薄板上，运转中微动，脉冲时刻抖动。
近场气流：风叶类转子在高速下受气流扰动，振幅读数波动大，需要加平均或整流罩。

排查顺序建议从机械侧开始：先确认支撑、紧固、标记，再怀疑仪器。现场十次“仪器不准”，八次是安装问题。

常见问题

必须用光学传感器吗？

不是。磁电式、霍尔式、电涡流式都能提供键相信号。光学式的优势是不接触、不改动轴系、低速性能好；缺点是怕镜头污染。

反光贴贴几张？

动平衡通常贴一张，每转一个脉冲，相位含义最清晰。贴多张会让“每转一次”的参考变得不确定。

工作距离不够怎么办？

这类传感器有效距离可达 5m，一般现场够用。距离远时要保证光斑完整落在标记上，标记尺寸相应加大。

能同时接平衡仪和数采吗？

数字输出可以并联，但要注意电平与输入阻抗匹配，必要时加缓冲分配。