CN108006313A - 一种基于衔铁位移的电磁阀动作极性检测系统及方法 - Google Patents

一种基于衔铁位移的电磁阀动作极性检测系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种电磁阀动作极性检测系统，特别涉及一种基于衔铁位移的电磁阀动作极性检测系统及方法。包括磁三向传感器、微处理器系统及上位机系统；磁三向传感器固定于电磁阀外壁，用于接收电磁阀中衔铁的位移信息，并用于将衔铁的位移信息转化为XYZ三个方向的数字信号发送至微处理器系统；微处理器系统用于接收磁三向传感器发出的数字信号，并将数字信号转化为磁感应强度模拟信号后发送至上位机系统；上位机系统用于将接收到的磁感应强度模拟信号经过计算得到电磁阀中衔铁位移，为衔铁位移；K为计算系数；B为磁感应强度；并用于根据电磁阀中衔铁位移大小判断电磁阀是否动作。解决了两个电磁阀距离较近时的动作极性难以判断的技术问题。

Description

一种基于衔铁位移的电磁阀动作极性检测系统及方法
技术领域
本发明涉及一种电磁阀动作极性检测系统，特别是一种基于衔铁位移的电磁阀动作极性检测系统。
背景技术
随着导弹与运载火箭技术的发展，对发动机启闭控制用电磁阀的轻质化、快响应和高可靠性要求越加突出。弹/箭动力系统依靠电磁阀的多次开闭实现发动机多次启动，电磁阀的可靠性及性能决定着发动机工作的成败与性能水平。电磁阀在多次启动的发动机中极其重要，特别是在姿控发动机中，正是由于采用了电磁阀，才实现了发动机的重复启动和脉冲工作。
电磁阀主要由固定铁芯、衔铁、线圈、弹簧等零部件组成，如附图1所示。通电时，线圈产生电磁力，带动衔铁克服弹簧反作用力运动，阀门打开；断电时，线圈电磁力消失，弹簧推动衔铁返回原位置，阀门关闭。为保证电磁阀的可靠性及性能，需要对电磁阀的动作极性，即阀门开启和关闭进行测试并判断。
目前对电磁阀动作极性测试的方法主要有吹气法、振动检测法、电流测试法、漏磁检测法等。吹气法是在喷管尾端悬挂纸片等轻质物体，利用电磁阀通电导通时高压气体吹动，通过观察纸片有无动作进行导通判断，该方法简单直观、可靠，适合于各种类型发动机电磁阀的极性测试。其缺点是两电磁阀距离较近时容易产生误判。振动检测法是通过设备给电磁阀施加振动，但是当两电磁阀相距较近时，其形成的振动易被相邻的振动传感器捕获，难以分辨，振动检测法应用受到限制。电流测试法是将极性测试仪串联在控制系统与动力系统之间，通过采集采样电阻上的电压曲线，获取电磁阀电流曲线，进行电磁阀导通判断。由于引入了电缆的影响，此方法可靠性下降。漏磁检测法是通过测量电磁阀导通和关断时产生的漏磁场进行导通判断。曹雷团等人设计了基于漏磁原理的非接触式动力系统极性测试装置，其采用磁场传感器、信号调理模块、A/D转换模块、处理模块等实现动力系统极性测试，该方法只能实现远距离测量；李辉等人设计了电磁阀启闭特性非接触测量装置，实现整弹、箭状态下姿控发动机电磁阀启闭特性的测量，当两个电磁阀距离较近时，该测试装置不能判断是哪个电磁阀动作，因此也不能解决电磁阀动作极性判断问题。
发明内容
为了解决两个电磁阀距离较近时的动作极性难以判断的技术问题，本发明提供一种基于衔铁位移的电磁阀动作极性检测系统，通过磁三向传感器进行衔铁位移大小和方向的测量与判断，实现发动机用各种单组元和双组元电磁阀极性测试与判断。
本发明的技术方案如下提供一种基于衔铁位移的电磁阀动作极性检测系统，其特殊之处在于：包括磁三向传感器、微处理器系统及上位机系统；
上述磁三向传感器固定于电磁阀外壁，用于接收电磁阀中衔铁的位移信息，并用于将衔铁的位移信息转化为XYZ三个方向的数字信号发送至微处理器系统；
上述微处理器系统用于接收磁三向传感器发出的数字信号，并将数字信号转化为磁感应强度模拟信号后发送至上位机系统；
上述上位机系统用于将接收到的磁感应强度模拟信号经过计算得到电磁阀中衔铁位移，为衔铁位移；K为计算系数(k通过后期标定得到)；B为磁感应强度；
并用于根据电磁阀中衔铁位移大小判断电磁阀是否动作。
优选地，上述磁三向传感器与电磁阀中衔铁位移方向平行。
优选地，该系统还包括传感器工装，上述传感器工装的底部为与电磁阀外壁匹配的弧面，上述传感器工装的顶部为平面，传感器工装的顶部平面与电磁阀中衔铁位移方向平行；传感器工装的底部与电磁阀外壁紧密贴合固定，上述磁三向传感器固定在传感器工装的顶部平面上。
优选地，上述磁三向传感器通过胶粘固定在传感器工装的顶部平面上。
优选地，上述磁三向传感器通过焊锡粘贴固定在传感器工装的顶部平面上。
优选地，上述磁三向传感器的信号输出端通过I2C总线与微控制器连接。
优选地，上述上位机系统通过USB总线与微处理器系统连接。
本发明还提供一种利用上述的基于衔铁位移的电磁阀动作极性检测系统的检测方法，包括以下步骤：
步骤一：电磁阀供电，磁三向传感器获取电磁阀衔铁的位移信息，并将衔铁的位移信息转化为XYZ三个方向的数字信号后发送至微处理器系统；
步骤二：微处理器系统将接收到的数字信号解析成磁感应强度模拟信号B后发送至上位机系统；
步骤三：上位机系统将接收的磁感应强度模拟信号B经过计算处理得到衔铁位移并进而判断该电磁阀是否动作。
优选地，上述步骤二具体为：
X×0.098mT/LSB＝Bx
Y×0.098mT/LSB＝By
Z×0.098mT/LSB＝Bz
式中，X为磁三向传感器获取的x方向数字信号，Bx为磁三向传感器x方向磁感应强度值；Y为磁三向传感器获取的y方向数字信号，By为磁三向传感器y方向磁感应强度值；Z为磁三向传感器获取的z方向数字信号，Bz为磁三向传感器z方向磁感应强度值，0.098mT/LSB为数字信号与模拟信号换算的系数。
优选地，上述步骤三具体为：通过计算得到电磁阀中衔铁位移，为衔铁位移；K为计算系数；B为磁感应强度。
本发明的有益效果是：
1、本发明采用磁三向传感器代替了过去传统使用的磁通门原理、线圈原理等方法，将磁三向传感器通过传感器工装紧贴于电磁阀，磁三向传感器与电磁阀一一对应，避免了相邻两个电磁阀动作时的误判；
2、该方案结构简单、可行、有效，具有推广价值。
附图说明
图1为电磁阀结构示意图；
图2为本发明电磁阀动作极性检测系统剖视图；
图3为本发明电磁阀动作极性检测系统原理图。
图中附图标记为：1-衔铁，2-线圈，3-弹簧，4-固定铁芯，5-磁三向传感器，6-传感器工装，7-微处理器系统，8-上位机系统，9-胶，10-电磁阀。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实例的描述，对本发明的具体实施方式如所涉及的各构件、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理等作进一步的详细说明。
从图2可以看出，本发明为一种基于衔铁位移的电磁阀动作极性检测系统主要包括磁三向传感器、传感器工装、微处理器系统、上位机系统，磁三向传感器通过传感器工装固定在待测电磁阀的阀体外壁，微处理器系统的信号输入端通过I2C总线与磁三向传感器的信号输出端连接，上位机系统通过USB总线与微处理器系统的信号输出端连接。
其中传感器工装的底部为与电磁阀外壁匹配的弧面，传感器工装的顶部为平面，传感器工装的顶部平面与电磁阀中衔铁位移方向平行；传感器工装的底部与电磁阀外壁紧密贴合固定，磁三向传感器与传感器工装的顶部平面紧密粘贴并与衔铁位移方向平行。
电源给电磁阀供电后，线圈产生电磁力，带动衔铁克服弹簧反作用力运动，阀门打开，磁三向传感器感知衔铁的位移，将衔铁位移信号转换为X、Y、Z三个方向的数字信号，通过I2C总线将数字信号X、Y、Z传输至微控制器系统，微控制器系统将接收到的数字信号通过如下公式解析成磁感应强度模拟信号B，磁感应强度B为矢量，具有大小和方向，其单位为mT。
X×0.098mT/LSB＝Bx
Y×0.098mT/LSB＝By
Z×0.098mT/LSB＝Bz
其中，X为磁三向传感器获取的x方向数字信号，Bx为磁三向传感器x方向磁感应强度值；Y为磁三向传感器获取的y方向数字信号，By为磁三向传感器y方向磁感应强度值；Z为磁三向传感器获取的z方向数字信号，Bz为磁三向传感器z方向磁感应强度值，0.098mT/LSB为数字信号与模拟信号换算的系数。
磁三向传感器通过焊锡粘贴于传感器工装表面，传感器工装通过胶粘贴在电磁阀表面，磁三向传感器与传感器工装平行，传感器工装与衔铁平行，因此磁三向传感器与衔铁位移方向平行，因此，可以知道Bx≠0，By＝0，Bz＝0。
上位机系统通过USB总线与微控制器系统连接，将磁感应强度值经过计算处理得到衔铁位移并进而判断该电磁阀是否动作。当时，判断阀门为打开状态。其中，Q为衔铁位移拐点判据。
电源给电磁阀断电后，线圈电磁力消失，弹簧推动衔铁返回原位置，阀门关闭，同样利用上述方法判断阀门关闭是否关闭，当时，判断阀门为关闭状态。

Claims (10)

1.一种基于衔铁位移的电磁阀动作极性检测系统，其特征在于：包括磁三向传感器、微处理器系统及上位机系统；
所述磁三向传感器固定于电磁阀外壁，用于接收电磁阀中衔铁的位移信息，并用于将衔铁的位移信息转化为XYZ三个方向的数字信号发送至微处理器系统；
所述微处理器系统用于接收磁三向传感器发出的数字信号，并将数字信号转化为磁感应强度模拟信号后发送至上位机系统；
所述上位机系统用于将接收到的磁感应强度模拟信号经过计算得到电磁阀中衔铁位移，为衔铁位移；K为计算系数；B为磁感应强度；
并用于根据电磁阀中衔铁位移大小判断电磁阀是否动作。
2.根据权利要求1所述的基于衔铁位移的电磁阀动作极性检测系统，其特征在于：所述磁三向传感器与电磁阀中衔铁位移方向平行。
3.根据权利要求2所述的基于衔铁位移的电磁阀动作极性检测系统，其特征在于：还包括传感器工装，所述传感器工装的底部为与电磁阀外壁匹配的弧面，所述传感器工装的顶部为平面，传感器工装的顶部平面与电磁阀中衔铁位移方向平行；传感器工装的底部与电磁阀外壁紧密贴合固定，所述磁三向传感器固定在传感器工装的顶部平面上。
4.根据权利要求3所述的基于衔铁位移的电磁阀动作极性检测系统，其特征在于：所述磁三向传感器通过胶粘固定在传感器工装的顶部平面上。
5.根据权利要求3所述的基于衔铁位移的电磁阀动作极性检测系统，其特征在于：所述磁三向传感器通过焊锡粘贴固定在传感器工装的顶部平面上。
6.根据权利要求1-5任一所述的基于衔铁位移的电磁阀动作极性检测系统，其特征在于：所述磁三向传感器的信号输出端通过I2C总线与微控制器连接。
7.根据权利要求6所述的基于衔铁位移的电磁阀动作极性检测系统，其特征在于：所述上位机系统通过USB总线与微处理器系统连接。
8.一种利用权利要求1-7任一所述的基于衔铁位移的电磁阀动作极性检测系统的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：电磁阀供电，磁三向传感器获取电磁阀衔铁的位移信息，并将衔铁的位移信息转化为XYZ三个方向的数字信号后发送至微处理器系统；
步骤二：微处理器系统将接收到的数字信号解析成磁感应强度模拟信号B后发送至上位机系统；
步骤三：上位机系统将接收的磁感应强度模拟信号B经过计算处理得到衔铁位移并进而判断该电磁阀是否动作。
9.根据权利要求8所述的利用权利要求1-7任一所述的基于衔铁位移的电磁阀动作极性检测系统的检测方法，其特征在于，所述步骤二具体为：
X×0.098mT/LSB＝Bx
Y×0.098mT/LSB＝By
Z×0.098mT/LSB＝Bz
式中，X为磁三向传感器获取的x方向数字信号，Bx为磁三向传感器x方向磁感应强度值；Y为磁三向传感器获取的y方向数字信号，By为磁三向传感器y方向磁感应强度值；Z为磁三向传感器获取的z方向数字信号，Bz为磁三向传感器z方向磁感应强度值，0.098mT/LSB为数字信号与模拟信号换算的系数。
10.根据权利要求8所述的利用权利要求1-7任一所述的基于衔铁位移的电磁阀动作极性检测系统的检测方法，其特征在于，所述步骤三具体为：通过计算得到电磁阀中衔铁位移，为衔铁位移；K为计算系数；B为磁感应强度。
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