RU2659868C1 - Method of diagnostics of the electromagnetic mechanism - Google Patents

Method of diagnostics of the electromagnetic mechanism Download PDF

Info

Publication number
RU2659868C1
RU2659868C1 RU2017111120A RU2017111120A RU2659868C1 RU 2659868 C1 RU2659868 C1 RU 2659868C1 RU 2017111120 A RU2017111120 A RU 2017111120A RU 2017111120 A RU2017111120 A RU 2017111120A RU 2659868 C1 RU2659868 C1 RU 2659868C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
electromagnetic
field
electromagnetic mechanism
registration sensor
diagnostic parameter
Prior art date
Application number
RU2017111120A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Игорь Викторович Бочкарев
Иван Васильевич Брякин
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Кыргызско-Российский Славянский университет (КРСУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Кыргызско-Российский Славянский университет (КРСУ) filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Кыргызско-Российский Славянский университет (КРСУ)
Priority to RU2017111120A priority Critical patent/RU2659868C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2659868C1 publication Critical patent/RU2659868C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M15/00—Testing of engines
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Magnetic Means (AREA)

Abstract

FIELD: measuring equipment.
SUBSTANCE: invention relates to a measuring technique and can be used to diagnose electromagnetic mechanisms with a movable armature in which a permanent magnet is integrated in the magnetic circuit. Method for diagnosing the electromagnetic mechanism is that the diagnosed electromagnetic mechanism is irradiated with an alternating physical field, register with the help of the registration sensor a diagnostic parameter caused by the action of this field on the electromagnetic mechanism, and determine the technical state of the electromagnetic mechanism by comparing the value of the obtained diagnostic parameter with its reference value. In this case, the high-frequency electric field of the block of vibrator antennas is used as a variable physical field, by means of which a probing electromagnetic field is excited inside the electromagnetic mechanism, as a registration sensor, the winding of the electromagnetic mechanism is used, and as the diagnostic parameter, the total electromotive force, induced in the registration sensor by the probing electromagnetic field, is used. Sounding electromagnetic field is excited at a frequency equal to the resonant frequency of the circuit formed by the concentrated inductance of the electromagnetic mechanism and the constructive capacitance of the vibrator antennas.
EFFECT: technical result is the expansion of operational capabilities and the improvement of the quality of the functioning of the electromagnetic mechanism by ensuring the control of its current state.
1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для диагностики электромагнитных механизмов с подвижным якорем, в магнитную цепь которых встроен постоянный магнит таких, как электромагнитные муфты и тормоза, электромагнитные клапаны, поляризованные электромагнитные коммутационные аппараты, блокировочные устройства и т.п.The invention relates to measuring equipment and can be used to diagnose electromagnetic mechanisms with a movable armature, in the magnetic circuit of which a permanent magnet is integrated, such as electromagnetic clutches and brakes, electromagnetic valves, polarized electromagnetic switching devices, interlocking devices, etc.

Известен способ диагностики электромагнитного механизма, в котором в качестве информации о его рабочем состоянии используется наличие или отсутствие электрического контакта между якорем и магнитопроводом [авторское свидетельство СССР №1580075, F16D 27/01, опубл. 23.07.90].A known method for the diagnosis of the electromagnetic mechanism, in which the presence or absence of electrical contact between the armature and the magnetic circuit is used as information about its working condition [USSR author's certificate No. 1580075, F16D 27/01, publ. 07.23.90].

Для реализации данного способа параллельно постоянному магниту гальванически через датчик тока подключается маломощный источник постоянного напряжения. Если между якорем и полюсами есть воздушный зазор, то в цепь датчика тока подключен только постоянный магнит, электрическое сопротивление которого представляет собой существенную величину (несколько килоом). За счет этого ток, протекающий по датчику тока, будет иметь минимальное значение. Если якорь притянут к полюсам магнитопровода и между ними появляется электрический контакт за счет отсутствия воздушного зазора, то якорь электрически шунтирует постоянный магнит и ток, протекающий по датчику тока, скачкообразно увеличится.To implement this method, a low-power constant voltage source is galvanically connected to the permanent magnet in parallel with the current sensor. If there is an air gap between the armature and the poles, then only a permanent magnet is connected to the current sensor circuit, the electrical resistance of which is a significant amount (several kilo-ohms). Due to this, the current flowing through the current sensor will have a minimum value. If the armature is pulled to the poles of the magnetic circuit and an electrical contact appears between them due to the absence of an air gap, the armature electrically shunts the permanent magnet and the current flowing through the current sensor will increase stepwise.

Недостатком этого способа является необходимость гальванического подключения напряжения непосредственно к магнитопроводу электромагнитного механизма, что часто технически трудно реализуемо. Кроме того, он может быть использован для устройств, имеющих только высокоомные постоянные магниты, например металлокерамические.The disadvantage of this method is the need for galvanic connection of voltage directly to the magnetic circuit of the electromagnetic mechanism, which is often technically difficult to implement. In addition, it can be used for devices having only high-resistance permanent magnets, such as cermet.

Известен способ диагностики электромагнитного механизма, в котором контроль положения якоря осуществляют по изменению потока рассеяния постоянного магнита при изменении положения якоря относительно магнитопровода [авторское свидетельство СССР №1684823, Н01Н 47/00, Н02К 7/102, опубл. 15.10.91].A known method for the diagnosis of the electromagnetic mechanism, in which the control of the position of the armature is carried out by changing the flux of scattering of the permanent magnet when the position of the armature relative to the magnetic circuit [copyright certificate of the USSR No. 1684823, Н01Н 47/00, Н02К 7/102, publ. 10/15/91].

Контроль изменения потока рассеяния осуществляется магниточувствительным датчиком, например герконом, расположенным в зоне поля рассеяния постоянного магнита. Если между якорем и магнитопроводом воздушный зазор отсутствует, то поток рассеяния постоянного магнита очень мал и геркон разомкнут. Если между якорем и магнитопроводом есть воздушный зазор, то поток рассеяния постоянного магнита резко возрастает, что приводит к срабатыванию геркона.The change in the scattering flux is controlled by a magnetically sensitive sensor, for example, a reed switch located in the area of the scattering field of a permanent magnet. If there is no air gap between the armature and the magnetic circuit, the scattering flux of the permanent magnet is very small and the reed switch is open. If there is an air gap between the armature and the magnetic circuit, the scattering flux of the permanent magnet increases sharply, which leads to the operation of the reed switch.

Недостатком этого способа диагностики электромагнитного механизма является низкая чувствительность и невысокая надежность, а также необходимость установки магниточувствительного датчика в активной зоне электромагнитного механизма и сложность (а чаще и невозможность) его размещения в уже готовом изделии.The disadvantage of this method for diagnosing the electromagnetic mechanism is low sensitivity and low reliability, as well as the need to install a magnetically sensitive sensor in the active zone of the electromagnetic mechanism and the difficulty (and more often the impossibility) of its placement in the finished product.

Наиболее близким к заявляемому является способ диагностики электромагнитного механизма, заключающийся в том, что диагностируемый электромагнитный механизм облучают переменным физическим полем, регистрируют с помощью регистрационного датчика диагностический параметр, вызванный воздействием этого поля на электромагнитный механизм, и определяют техническое состояние электромагнитного механизма путем сравнения значения полученного диагностического параметра с его эталонным значением, причем в качестве переменного физического поля применяют электромагнитное поле, в качестве регистрационного датчика используют поверхность механизма, а в качестве диагностического параметра регистрируют отраженные от регистрационного датчика пространственные электромагнитные волны [патент РФ №2112935, G01H 17/00, опубл. 10.06.1998].Closest to the claimed is a method for diagnosing an electromagnetic mechanism, namely, that the diagnosed electromagnetic mechanism is irradiated with an alternating physical field, a diagnostic parameter caused by the influence of this field on the electromagnetic mechanism is recorded using the registration sensor, and the technical state of the electromagnetic mechanism is determined by comparing the value of the obtained diagnostic parameter with its reference value, and as a variable physical field apply the electromagnetic field, as a registration sensor uses a mechanism surface, and as a diagnostic parameter register reflected from the registration sensor spatial electromagnetic wave [RF patent №2112935, G01H 17/00, publ. 06/10/1998].

Недостатком этого способа диагностики является ограниченные функциональные возможности, поскольку он не может обеспечить полный контроль текущего состояния электромагнитного механизма, включая и определение положением якоря относительно магнитопровода. Это обусловлено тем, что данный способ диагностики электромагнитного механизма фактически является радиоволновым методом неразрушающего контроля «на отражение», ориентированным на определение рабочего состояния внешней поверхности или поверхностного слоя электромагнитного механизма, что, в конечном счете, существенно ограничивает возможности реализуемого контроля состояния. Кроме того, ориентация данного способа диагностики электромагнитного механизма в основном на параметры динамических механических процессов, например механические колебания, вызывающие вибрацию поверхности, не позволяет фиксировать изменения электромагнитных свойств магнитопроводов электромагнитных механизмом, что значительно снижает эффективность диагностики их технического состояния в целом.The disadvantage of this diagnostic method is the limited functionality, since it cannot provide complete control of the current state of the electromagnetic mechanism, including determining the position of the armature relative to the magnetic circuit. This is due to the fact that this method of diagnosing the electromagnetic mechanism is actually a radio wave non-destructive "reflection" method that is focused on determining the working state of the external surface or surface layer of the electromagnetic mechanism, which, ultimately, significantly limits the capabilities of the implemented state control. In addition, the orientation of this method of diagnosing the electromagnetic mechanism mainly on the parameters of dynamic mechanical processes, for example, mechanical vibrations that cause surface vibration, does not allow fixing changes in the electromagnetic properties of magnetic circuits by the electromagnetic mechanism, which significantly reduces the efficiency of diagnostics of their technical condition as a whole.

Задачей изобретения является расширение эксплуатационных возможностей способа диагностики электромагнитного механизма путем обеспечения контроля текущего состояния электромагнитного механизма.The objective of the invention is to expand the operational capabilities of a method for diagnosing an electromagnetic mechanism by providing control of the current state of the electromagnetic mechanism.

Поставленная задача решается тем, что в способе диагностики электромагнитного механизма, заключающемся в том, что диагностируемый электромагнитный механизм облучают переменным физическим полем, регистрируют с помощью регистрационного датчика диагностический параметр, вызванный воздействием этого поля на электромагнитный механизм, и определяют техническое состояние электромагнитного механизма путем сравнения значения полученного диагностического параметра с его эталонным значением, в отличие от прототипа, в качестве переменного физического поля применяют высокочастотное электрическое поле блока вибраторных антенн, посредством которого возбуждают внутри электромагнитного механизма зондирующее электромагнитное поле, в качестве регистрационного датчика используют обмотку электромагнитного механизма, а в качестве диагностического параметра регистрируют суммарную электродвижущую силу, наводимую в регистрационном датчике зондирующим электромагнитным полем. При этом зондирующее электромагнитное поле возбуждают на частоте, равной резонансной частоте контура, образованного сосредоточенной индуктивностью электромагнитного механизма и конструктивной емкостью вибраторных антенн.The problem is solved in that in the method for diagnosing an electromagnetic mechanism, namely, that the diagnosed electromagnetic mechanism is irradiated with an alternating physical field, a diagnostic parameter caused by the influence of this field on the electromagnetic mechanism is recorded using the registration sensor, and the technical state of the electromagnetic mechanism is determined by comparing the value the resulting diagnostic parameter with its reference value, in contrast to the prototype, as a variable of the physical field, a high-frequency electric field of the block of vibrating antennas is used, by means of which a probing electromagnetic field is excited inside the electromagnetic mechanism, the coil of the electromagnetic mechanism is used as a registration sensor, and the total electromotive force induced in the registration sensor by the probing electromagnetic field is recorded as a diagnostic parameter. In this case, the probing electromagnetic field is excited at a frequency equal to the resonant frequency of the circuit formed by the concentrated inductance of the electromagnetic mechanism and the design capacity of the vibrator antennas.

Предложенный способ диагностики электромагнитного механизма (ЭМ) основан на дополнительном воздействии на ЭМ высокочастотным электрическим полем, которое возбуждает в ферромагнитном магнитопроводе ЭМ соответствующие высокочастотные электродинамические процессы, не связанные с рабочими режимами ЭМ. Таким образом, в магнитопроводе ЭМ одновременно будут существовать два независимых друг от друга электродинамических процесса: низкочастотный, определяемый рабочим током ЭМ, и высокочастотный, возбуждаемый внешним источником низковольтного ВЧ-напряжения. В этом случае обмотка ЭМ выступает в качестве электромагнитного регистрационного датчика, регистрирующего диагностический параметр высокочастотных электродинамических процессов, значение которого определяются текущим состоянием самого ЭМ, в частности, положением подвижного якоря относительно магнитопровода.The proposed method for diagnosing the electromagnetic mechanism (EM) is based on the additional exposure of the EM to a high-frequency electric field, which excites the corresponding high-frequency electrodynamic processes in the ferromagnetic magnetic core that are not related to the operating modes of the EM. Thus, two electrodynamic processes will simultaneously exist in the EM magnetic core: a low-frequency one, determined by the operating current of the EM, and a high-frequency one, excited by an external source of low-voltage RF voltage. In this case, the EM winding acts as an electromagnetic registration sensor that records the diagnostic parameter of high-frequency electrodynamic processes, the value of which is determined by the current state of the EM itself, in particular, the position of the moving armature relative to the magnetic circuit.

На фиг. 1 показана структурная блок-схема устройства, реализующего предложенный способ диагностики ЭМ; на фиг. 2 - конструкция и схема питания блока вибраторных Антенн; на фиг. 3 - распределение составляющих электромагнитной волны в магнитопроводе ЭМ.In FIG. 1 shows a structural block diagram of a device that implements the proposed method for diagnosing EM; in FIG. 2 - design and power supply circuit of the vibrator Antennas block; in FIG. 3 - distribution of the components of the electromagnetic wave in the magnetic circuit EM.

На фиг. 1 обозначено: 1 - фидерное устройство, запитывающее основные элементы устройства; 2 - блок контроля работы ЭМ; 3 - ЭМ; 4 - источник высокочастотного электрического поля; 5 - генератор высокочастотного (ВЧ) синусоидального низковольтного напряжения; 6 - электронный блок выделения и обработки диагностического параметра ВЧ-сигнала.In FIG. 1 is indicated: 1 - feeder device, feeding the main elements of the device; 2 - EM control unit; 3 - EM; 4 - source of high-frequency electric field; 5 - generator high-frequency (HF) sinusoidal low voltage; 6 is an electronic unit for isolating and processing the diagnostic parameter of the RF signal.

Источник высокочастотного электрического поля выполнен в виде блока вибраторных антенн (фиг. 2), который представляет собой разъемный пространственный цилиндрический конденсатор, на внешней поверхности несущего разъемного кольцеобразного диэлектрического основания 7 которого находятся профильные многосекционные и определенным образом пространственно распределенные электропроводные секции 8. Количество таких секций кратно двум. Каждая пара соседних секций 8 образует своеобразный электрический диполь (вибратор), который и является элементарным антенным излучателем переменного электрического поля. Блок вибраторных антенн охватывает наружную поверхность магнитопровода ЭМ.The source of the high-frequency electric field is made in the form of a block of vibrating antennas (Fig. 2), which is a detachable spatial cylindrical capacitor, on the outer surface of the bearing detachable ring-shaped dielectric base 7 of which are multi-section profile and spatially distributed conductive sections 8. The number of such sections is multiple to two. Each pair of neighboring sections 8 forms a kind of electric dipole (vibrator), which is an elementary antenna emitter of an alternating electric field. A block of vibrating antennas covers the outer surface of the EM magnetic circuit.

Общая пространственная компоновка элементарных вибраторных антенн позволяет формировать во внутреннем пространстве цилиндрического диэлектрического основания 7 переменное электромагнитное поле определенной конфигурации и соответствующей направленности.The general spatial arrangement of elementary vibrator antennas allows the formation in the inner space of a cylindrical dielectric base 7 of an alternating electromagnetic field of a certain configuration and corresponding orientation.

Для обеспечения необходимого рабочего режима блока вибраторных антенн электрически последовательно соединяются между собой условно «четные» секции 8 каждой из соседних пар и аналогичным образом электрически соединятся условно «нечетные» секции каждой из этих же пар (см. фиг. 2). При подаче на секции 8 переменного ВЧ-напряжения от генератора 5 они возбуждают в окружающем пространстве переменное ВЧ электрическое поле, которое, в свою очередь, воздействует на внутреннюю структуру магнитопровода ЭМ. Один из результатов такого воздействия будет проявляться в возбуждении в магнитопроводе ЭМ зондирующего электромагнитного поля - поперечно-электрических ТЕ волн (или волны магнитного типа Н). Это волны, электрическое поле которых перпендикулярно к направлению распространения (Ez=0), а магнитное поле имеет продольную составляющую (Hz≠0) (фиг. 3). Для повышения эффективности зондирующего электромагнитного поля его возбуждают на частоте, равной резонансной частоте контура, образованного сосредоточенной индуктивностью электромагнитного механизма и конструктивной емкостью вибраторных антенн.To ensure the necessary operating mode of the block of vibrating antennas, conditionally “even” sections 8 of each of the neighboring pairs are electrically connected to each other and similarly conditionally “odd” sections of each of the same pairs are electrically connected (see Fig. 2). When applying an alternating RF voltage to the section 8 from the generator 5, they excite an alternating RF electric field in the surrounding space, which, in turn, acts on the internal structure of the EM magnetic circuit. One of the results of such an effect will be manifested in the excitation in the magnetic circuit of the EM of a probing electromagnetic field - transverse electric TE waves (or waves of the magnetic type H). These are waves whose electric field is perpendicular to the direction of propagation (E z = 0), and the magnetic field has a longitudinal component (H z ≠ 0) (Fig. 3). To increase the efficiency of the probe electromagnetic field, it is excited at a frequency equal to the resonant frequency of the circuit formed by the concentrated inductance of the electromagnetic mechanism and the design capacity of the vibrator antennas.

При указанной настройке блока вибраторных антенн в указанный резонансный режим в промежутке между его токопроводящими элементами 8 возникают электрические напряжения большой амплитуды, которые создают переменное электрическое поле Е значительной напряженности, вызывающее между ними ток смещения, который, в свою очередь, создает переменное магнитное поле Н в магнитопроводе ЭМ в фазе с питающим напряжением, а значит и с переменным электрическим полем Е. В этом случае непосредственно в магнитопроводе ЭМ создаются электромагнитные волны, которые в обмотке ЭМ наводят трансформаторную электродвижущую силу (ЭДС), а в случае наличия постоянного магнитного поля от постоянного магнита, встроенного в магнитную цепь ЭМ, формируют дополнительно модуляционную ЭДС.With the specified setting of the unit of the vibrating antennas in the specified resonant mode in the gap between its conductive elements 8 there are large voltage electric voltages that create an alternating electric field E of significant tension, causing a bias current between them, which, in turn, creates an alternating magnetic field H in EM magnetic circuit in phase with the supply voltage, and therefore with an alternating electric field E. In this case, electromagnetic waves are created directly in the EM magnetic circuit, which induce a transformer electromotive force (EMF) in the EM winding, and in the case of a constant magnetic field from a permanent magnet built into the EM magnetic circuit, form an additional modulating EMF.

В предложенном варианте блока вибраторных антенн поля Е и Н фактически заключены в пределах физического объема магнитопровода ЭМ, а высокая эффективность их взаимодействия в пределах этого физического объема, где они сформированы одновременно, наилучшим образом удовлетворяет необходимым условиям возбуждения электромагнитных волн непосредственно в самом магнитопроводе ЭМ. Таким образом, процесс функционирования устройства диагностики, показанного на фиг. 1, заключается в том, что посредством блока 4, запитываемого ВЧ-напряжением от генератора 5, в магнитопроводе ЭМ возбуждается переменное высокочастотное электрическое поле, инициирующее появление в магнитопроводе ЭМ зондирующего электромагнитного поля, которое воздействует на ЭМ, обмотка которого выступает в данном случае в качестве электромагнитного регистрационного датчика. Наведенная в обмотке ЭМ зондирующим электромагнитным полем переменная ЭДС частотой ω регистрируется электронным блоком 6, который определяет значения диагностического параметра, сравнивает их с эталонным и формирует соответствующее управляющее воздействие на блок 2. Входные фильтры (адаптеры) электронного блока 6 позволяют выделить высокочастотный диагностический параметр, обеспечив тем самым соответствующую развязку от низкочастотного напряжения, питающего ЭМ.In the proposed embodiment, the block of vibrating antennas, the fields E and H are actually enclosed within the physical volume of the EM magnetic circuit, and the high efficiency of their interaction within this physical volume, where they are formed simultaneously, best meets the necessary conditions for the excitation of electromagnetic waves directly in the EM magnetic circuit itself. Thus, the functioning process of the diagnostic device shown in FIG. 1, consists in the fact that by means of a unit 4, powered by RF voltage from the generator 5, an alternating high-frequency electric field is excited in the EM magnetic circuit, which initiates the appearance in the magnetic circuit of the EM of a probing electromagnetic field, which acts on the EM, the winding of which acts in this case as electromagnetic registration sensor. Induced in the EM winding by a probing electromagnetic field, an EMF variable of frequency ω is recorded by the electronic unit 6, which determines the values of the diagnostic parameter, compares them with the reference one and generates the corresponding control action on the unit 2. Input filters (adapters) of the electronic unit 6 make it possible to isolate the high-frequency diagnostic parameter, providing thereby corresponding isolation from the low-frequency voltage supplying the EM.

Научные основы предлагаемого способа диагностики ЭМ заключаются в нижеследующем. Представим кривую намагниченности магнитопровода ЭМ в виде зависимости, учитывающей наличие в магнитной цепи ЭМ постоянного магнита:The scientific basis of the proposed method for the diagnosis of EM are as follows. Imagine the magnetization curve of the EM magnetic circuit in the form of a dependence that takes into account the presence of a permanent magnet in the EM magnetic circuit:

Figure 00000001
Figure 00000001

где НΣ - суперпозиция напряженностей постоянного магнитного поля Н0 постоянного магнита (подмагничивающее поле) и переменного магнитного поля H(t) (поле возбуждения), создаваемого блоком вибраторных антенн.where H Σ is the superposition of the constant magnetic field H 0 of the permanent magnet (magnetizing field) and the alternating magnetic field H (t) (field of excitation) created by the block of vibrating antennas.

Конструктивные особенности блока вибраторных антенн позволяют реализовать режим заданного напряжения возбуждения, т.е. режим заданной индукции поля возбуждения. При этих условиях для электрического напряжения на элементарных вибраторных антеннах можем записатьThe design features of the block of vibrator antennas make it possible to realize the mode of a given excitation voltage, i.e. mode of a given induction field induction. Under these conditions, for electric voltage on elementary vibrator antennas, we can write

Figure 00000002
Figure 00000002

где s - эквивалентная площадь условного поперечного сечения магнитопровода ЭМ; В - индукция в магнитопроводе ЭМ; ƒ(CA) - конструктивная функция, характеризующая зависимость амплитуды возбуждаемого магнитного поля в магнитопроводе ЭМ от конструктивных особенностей блока 2 вибраторных антенн.where s is the equivalent conditional cross-sectional area of the EM magnetic circuit; In - induction in the magnetic circuit EM; ƒ (C A ) is a constructive function characterizing the dependence of the amplitude of the excited magnetic field in the EM magnetic circuit on the design features of the unit 2 of the vibrator antennas.

Интегрируя выражение (2), получимIntegrating expression (2), we obtain

Figure 00000003
Figure 00000003

При питании блока вибраторных антенн заданным напряжением вида u(t)=Um×cosωt в соответствии с (3) получимWhen the vibrator antenna unit is supplied with a given voltage of the form u (t) = U m × cosωt, in accordance with (3), we obtain

Figure 00000004
Figure 00000004

где

Figure 00000005
; ω - круговая частота возбуждающего электрического напряжения, подаваемого на элементарные вибраторные антенны.Where
Figure 00000005
; ω is the circular frequency of the exciting electric voltage supplied to the elementary vibrator antennas.

В связи с тем, что ЭМ реализует функции электромагнитного регистрационного датчика, то для ЭДС, наводимой в обмотке ЭМ, можем записать:Due to the fact that the EM implements the functions of an electromagnetic registration sensor, for the EMF induced in the EM winding, we can write:

Figure 00000006
Figure 00000006

где w - число витков обмотки ЭМ.where w is the number of turns of the EM winding.

Исходя из параметрической теории ферромагнитных устройств, аппроксимируем зависимость В(Н) укороченным полиномом третьей степениBased on the parametric theory of ferromagnetic devices, we approximate the dependence B (H) by a shortened polynomial of the third degree

В(Н)=аН-bН3,B (H) = a H-bH 3 ,

где а и b - положительные коэффициенты аппроксимации, характеризующие соответственно конструктивные особенности и магнитные свойства магнитопровода ЭМ.where a and b are positive approximation coefficients characterizing, respectively, structural features and magnetic properties of the EM magnetic circuit.

Тогда с учетом (1)получим:Then, taking into account (1), we obtain:

B(HΣ)=a×Hm×sinωt+a×H0-b[H3 m×sin3ωt+3×H0×H2 m×sin2ωt+B (H Σ ) = a × H m × sinωt + a × H 0 -b [H 3 m × sin 3 ωt + 3 × H 0 × H 2 m × sin 2 ωt +

+3×Н2 0×Hm×sinωt+Н3 0].+ 3 × H 2 0 × H m × sinωt + H 3 0 ].

Исходя из того, что в общем случае Нm<Н0, имеемBased on the fact that in the general case Н m <Н 0 , we have

Figure 00000007
Figure 00000007

Тогда, в соответствии с выражением (5), для ЭДС можем записать:Then, in accordance with expression (5), for EMF we can write:

Figure 00000008
Figure 00000008

Следует заметить, что в случае Нm<<Н0, выражение (6) трансформируется к виду:It should be noted that in the case of H m << H 0 , expression (6) is transformed to the form:

Figure 00000009
Figure 00000009

Если предположить, что Нm>>Но, что технически вполне реализуемо, то справедливо записать:If we assume that H m >> But, which is technically feasible, it is fair to write:

Figure 00000010
Figure 00000010

В связи с тем, что для возбуждения электромагнитных волн в магнитопроводе ЭМ используется нетрадиционный способ возбуждения (посредством вибраторных, а не рамочных антенн), рассмотрим более подробно особенности работы ЭМ, обмотка которого является регистрационным датчиком. Очевидно, что процесс возбуждения электромагнитных волн в магнитопроводе ЭМ при внешних постоянных условиях в общем случае одновременно зависит и от состояния параметров среды, в которой они распространяются, и от параметров вибраторных антенн. Полная мощность в антенне определяется суммой мощности излучения PΣ и мощностью потерь Рn:Due to the fact that an unconventional method of excitation is used to excite electromagnetic waves in the EM magnetic circuit (by means of vibrator rather than loop antennas), we will consider in more detail the features of the EM operation, the winding of which is a registration sensor. Obviously, the process of excitation of electromagnetic waves in an EM magnetic circuit under external constant conditions in the general case simultaneously depends on both the state of the parameters of the medium in which they propagate and the parameters of vibrator antennas. The total power in the antenna is determined by the sum of the radiation power P Σ and the loss power P n :

Figure 00000011
Figure 00000011

Из выражения (10) следует, что мощность электромагнитного поля, излучаемая вибраторной антенной, характеризуется сопротивлением излучения, которое является одной из компонент полной мощности в вибраторной антенне и определяется следующим выражением:From the expression (10) it follows that the power of the electromagnetic field emitted by the vibrator antenna is characterized by radiation resistance, which is one of the components of the total power in the vibrator antenna and is determined by the following expression:

Figure 00000012
Figure 00000012

где Zв - волновое сопротивление среды; dz - длина диполя (элементарного электрического вибратора).where Z in - wave impedance of the medium; dz is the length of the dipole (elementary electric vibrator).

Учитывая что

Figure 00000013
, для сопротивления излучения вибраторной антенны получаем следующее соотношение:Given that
Figure 00000013
, for the radiation resistance of the vibrator antenna, we obtain the following ratio:

Figure 00000014
Figure 00000014

где λ0 - длина волны в вакууме.where λ 0 is the wavelength in vacuum.

Из выражения (12) следует, что сопротивление излучения вибраторной антенны находится в квадратичной зависимости от отношения длины диполя к длине волны, а также и от параметров среды, в которой излучатель находится. Тогда, исходя из результатов феноменологического анализа, можем записать:From the expression (12) it follows that the radiation resistance of the vibrator antenna is in a quadratic dependence on the ratio of the dipole length to the wavelength, as well as on the parameters of the medium in which the emitter is located. Then, based on the results of the phenomenological analysis, we can write:

Figure 00000015
Figure 00000015

Следует отметить, что рассматриваемая антенно-фидерная система должна быть согласована определенным образом с генератором ВЧ-напряжения и ЭМ. Согласование передающей вибраторной антенны с фидером обеспечивает бегущую волну в фидере, а согласование фидера с генератором обеспечивает нормальную работу самого генератора.It should be noted that the antenna-feeder system in question must be coordinated in a certain way with the RF voltage generator and EM. Coordination of the transmitting vibrator antenna with the feeder provides a traveling wave in the feeder, and coordination of the feeder with the generator ensures the normal operation of the generator itself.

Эффективность приемной антенны определяется соотношением между напряженностью поля и ЭДС, наводимой этим полем в антенне. Таким основным параметром является действующая высота приемной антенны. Для рассматриваемого случая обмотку ЭМ, являющуюся регистрационным датчиком, можно считать рамочной антенной с ферромагнитным сердечником (магнитная антенна), действующую высоту которой можно представить выражением:The efficiency of the receiving antenna is determined by the ratio between the field strength and the EMF induced by this field in the antenna. Such a main parameter is the effective height of the receiving antenna. For the case under consideration, the EM winding, which is a registration sensor, can be considered a frame antenna with a ferromagnetic core (magnetic antenna), the effective height of which can be represented by the expression:

Figure 00000016
Figure 00000016

где m=2π/λ - коэффициент фазы (волновое число); λ - длина рабочей электромагнитной волны; μ - эквивалентная проницаемость магнитопровода ЭМ.where m = 2π / λ is the phase coefficient (wave number); λ is the length of the working electromagnetic wave; μ is the equivalent permeability of the EM magnetic circuit.

В связи с тем что обмотка ЭМ фактически является элементом магнитной антенны, то ее индуктивность можно принять в качестве основного компонента входного контура приемного устройства. Учитывая существующую однозначную связь между векторами поля Е и Н, параметры магнитной антенны удобно выражать через параметры эквивалентной электрической антенны. В этом случае ЭДС, наводимая в антенной обмотке-датчике ЭМ, будет равнаDue to the fact that the EM winding is actually an element of a magnetic antenna, its inductance can be taken as the main component of the input circuit of the receiving device. Given the existing unambiguous relationship between the field vectors E and H, it is convenient to express the parameters of the magnetic antenna through the parameters of the equivalent electric antenna. In this case, the EMF induced in the antenna coil of the EM sensor will be equal to

Figure 00000017
Figure 00000017

где Е - напряженность электрической составляющей поля электромагнитной волны, воздействующей на магнитную антенну в режиме приема. Полное сопротивление обмотки ЭМ равноwhere E is the electric field strength of the electromagnetic wave field acting on the magnetic antenna in receive mode. The total resistance of the EM winding is

Figure 00000018
Figure 00000018

где Rк - активное сопротивлений обмотки (считаем, что Rк<<ωLк); Lк - индуктивность антенной обмотки-датчика ЭМ; ZM - магнитное сопротивление магнитной цепи ЭМ; RM - магнитное сопротивление ферромагнитной части магнитной цепи; Rδ - магнитное сопротивление воздушного зазора магнитной цепи.where R k is the active resistance of the winding (we assume that R k << ωL k ); L to - the inductance of the antenna coil of the EM sensor; Z M - magnetic resistance of the magnetic circuit EM; R M is the magnetic resistance of the ferromagnetic part of the magnetic circuit; R δ is the magnetic resistance of the air gap of the magnetic circuit.

Исходя из того что SM≈Sδ и μδ≈1 получаемBased on the fact that S M ≈ S δ and μ δ ≈1, we obtain

Figure 00000019
Figure 00000019

где

Figure 00000020
;
Figure 00000021
и
Figure 00000022
- длины соответственно ферромагнитной части и воздушного зазора магнитопровода; SM и Sδ - эквивалентные площади условных поперечных сечений соответственно ферромагнитной части и воздушного зазора магнитопровода; μМ и μδ - магнитные проницаемости соответственно ферромагнитной части и воздушного зазора магнитопровода.Where
Figure 00000020
;
Figure 00000021
and
Figure 00000022
- the lengths, respectively, of the ferromagnetic part and the air gap of the magnetic circuit; S M and S δ - equivalent conditional cross-sectional areas of the ferromagnetic part and the air gap of the magnetic circuit, respectively; μ M and μ δ are the magnetic permeabilities of the ferromagnetic part and the air gap of the magnetic circuit, respectively.

В качестве примера рассмотрим режим функционирования, при котором Нm<<Н0. В этом случае в выражении (9) в соответствии с (16) параметр b является информативным и представляется в виде:As an example, consider a mode of operation in which H m << H 0 . In this case, in expression (9) in accordance with (16), the parameter b is informative and is represented in the form:

Figure 00000023
Figure 00000023

Из соотношения (17) следует, что, измеряя величину e(t) в соответствии с (9) и сравнивая ее с эталонными значениями при известных различных информативных параметров (

Figure 00000022
, μМ, ε, Н0), можно контролировать текущее состояние ЭМ, в частности величину воздушного зазора
Figure 00000022
между якорем и магнитопроводом, и, таким образом, контролировать, в каком рабочем положении находится фрикционный узел электромагнитной муфты или тормоза.From relation (17) it follows that, by measuring the value of e (t) in accordance with (9) and comparing it with reference values for known various informative parameters (
Figure 00000022
, μ M , ε, Н 0 ), it is possible to control the current state of EM, in particular, the size of the air gap
Figure 00000022
between the armature and the magnetic circuit, and thus control in which working position the friction unit of the electromagnetic clutch or brake is.

В предлагаемом способе диагностики электромагнитного механизма высокочастное электромагнитное поле фактически представляет собой зондирующий электромагнитный сигнал, который в силу особенностей своих электрических параметров не оказывает никого влияния на рабочие режимы функционирования ЭМ. В свою очередь, ЭДС, наводимая в обмотке ЭМ высокочастотным электромагнитным полем, является реакцией этой обмотки-датчика на энергетическое воздействие этого поля. Изменение физических свойств среды распространения высокочастотного электромагнитного поля, которые описываются определенным набором информативных параметров, вызывает соответствующие изменения фазы и амплитуды ЭДС, посредством которых и определяется состояние ЭМ.In the proposed method for diagnosing the electromagnetic mechanism, the high-frequency electromagnetic field is actually a probing electromagnetic signal, which, due to the peculiarities of its electrical parameters, has no effect on the operating modes of EM operation. In turn, the EMF induced in the EM winding by a high-frequency electromagnetic field is the reaction of this sensor winding to the energy effect of this field. A change in the physical properties of the propagation medium of a high-frequency electromagnetic field, which are described by a certain set of informative parameters, causes corresponding changes in the phase and amplitude of the EMF, by which the state of the EM is determined.

Варьируя соотношение между Нm и Н0, можно задавать для обмотки-датчика ЭМ различные режимы его функционирования, которые в зависимости от поставленных задач контроля позволяют регистрировать различные информативные параметры (

Figure 00000022
, μM, ε, Н0), непосредственно связанные с текущим состоянием ЭМ.By varying the ratio between Н m and Н 0 , it is possible to set various modes of its operation for the EM sensor winding, which, depending on the assigned control tasks, allow recording various informative parameters (
Figure 00000022
, μ M , ε, Н 0 ), directly related to the current state of EM.

Предложенный новый способ диагностики ЭМ является универсальным, фактически не имеющим ограничения в применении к различным типам ЭМ. Простота его схемотехнической реализации, легкая адаптируемость к изменяющемуся классу решаемых задач и высокая надежность контроля обеспечивают высокую эффективность использования данного способа диагностики ЭМ и гарантированную востребованность в соответствующих отраслях промышленности для контроля параметров различных типов ЭМ.The proposed new method for the diagnosis of EM is universal, in fact, without limitations in application to various types of EM. The simplicity of its circuitry implementation, its easy adaptability to a changing class of tasks and the high reliability of the control ensure the high efficiency of using this method for diagnosing EM and guaranteed demand in the relevant industries for monitoring the parameters of various types of EM.

Claims (2)

1. Способ диагностики электромагнитного механизма, заключающийся в том, что диагностируемый электромагнитный механизм облучают переменным физическим полем, регистрируют с помощью регистрационного датчика диагностический параметр, вызванный воздействием этого поля на электромагнитный механизм, и определяют техническое состояние электромагнитного механизма путем сравнения значения полученного диагностического параметра с его эталонным значением, отличающийся тем, что в качестве переменного физического поля применяют высокочастотное электрическое поле блока вибраторных антенн, посредством которого возбуждают внутри механизма зондирующее электромагнитное поле, в качестве регистрационного датчика используют обмотку электромагнитного механизма, а в качестве диагностического параметра регистрируют суммарную электродвижущую силу, наводимую в регистрационном датчике зондирующим электромагнитным полем.1. A method for diagnosing an electromagnetic mechanism, namely, that the diagnosed electromagnetic mechanism is irradiated with an alternating physical field, a diagnostic parameter caused by the influence of this field on the electromagnetic mechanism is recorded using a registration sensor, and the technical state of the electromagnetic mechanism is determined by comparing the value of the obtained diagnostic parameter with its a reference value, characterized in that high frequencies are used as an alternating physical field The electric field of the block of vibrating antennas, by means of which a probing electromagnetic field is excited inside the mechanism, uses the coil of the electromagnetic mechanism as a registration sensor, and the total electromotive force induced in the registration sensor by the probing electromagnetic field is recorded as a diagnostic parameter. 2. Способ диагностики электромагнитного механизма по п. 1, отличающийся тем, что зондирующее электромагнитное поле возбуждают на частоте, равной резонансной частоте контура, образованного сосредоточенной индуктивностью электромагнитного механизма и конструктивной емкостью вибраторных антенн.2. A method for diagnosing an electromagnetic mechanism according to claim 1, characterized in that the probing electromagnetic field is excited at a frequency equal to the resonant frequency of the circuit formed by the concentrated inductance of the electromagnetic mechanism and the design capacity of the vibrating antennas.
RU2017111120A 2017-04-03 2017-04-03 Method of diagnostics of the electromagnetic mechanism RU2659868C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017111120A RU2659868C1 (en) 2017-04-03 2017-04-03 Method of diagnostics of the electromagnetic mechanism

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017111120A RU2659868C1 (en) 2017-04-03 2017-04-03 Method of diagnostics of the electromagnetic mechanism

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2659868C1 true RU2659868C1 (en) 2018-07-04

Family

ID=62815580

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017111120A RU2659868C1 (en) 2017-04-03 2017-04-03 Method of diagnostics of the electromagnetic mechanism

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2659868C1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3733892A (en) * 1972-04-03 1973-05-22 Northrop Corp Synchronous vibrational analyzer for rotating machinery
RU2009452C1 (en) * 1991-09-11 1994-03-15 Нижегородский государственный университет им.Н.И.Лобачевского Device for remote measuring of parameters of oscillating objects
RU2036442C1 (en) * 1993-08-05 1995-05-27 Владимир Константинович Алексеев Method of diagnostics of state of mechanism in process of its operation and device for its realization
RU2112935C1 (en) * 1994-08-05 1998-06-10 Александр Леопольдович Горелик Method of diagnostics of technical state of mechanism in process of its operation and gear for its implementation
JP2001099912A (en) * 1999-09-30 2001-04-13 Matsushita Electric Works Ltd Sensor with function for self-diagnosing normal operation
RU2267094C1 (en) * 2004-10-04 2005-12-27 ООО "Радарные технологии-2Т" Method and device for operative diagnostics of mechanism

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3733892A (en) * 1972-04-03 1973-05-22 Northrop Corp Synchronous vibrational analyzer for rotating machinery
RU2009452C1 (en) * 1991-09-11 1994-03-15 Нижегородский государственный университет им.Н.И.Лобачевского Device for remote measuring of parameters of oscillating objects
RU2036442C1 (en) * 1993-08-05 1995-05-27 Владимир Константинович Алексеев Method of diagnostics of state of mechanism in process of its operation and device for its realization
RU2112935C1 (en) * 1994-08-05 1998-06-10 Александр Леопольдович Горелик Method of diagnostics of technical state of mechanism in process of its operation and gear for its implementation
JP2001099912A (en) * 1999-09-30 2001-04-13 Matsushita Electric Works Ltd Sensor with function for self-diagnosing normal operation
RU2267094C1 (en) * 2004-10-04 2005-12-27 ООО "Радарные технологии-2Т" Method and device for operative diagnostics of mechanism

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5129566B2 (en) Flexible electromagnetic acoustic transducer sensor
WO2013065480A1 (en) Magnetic resonance imaging apparatus and antenna apparatus
JPS58124936A (en) Device for generating and detecting component of magnetic field in magnetic resonance system
JPH07174862A (en) Open type magnetic structure
JPH0619426B2 (en) Distributed phase radio frequency coil device
US8356519B2 (en) Non-contact type transducer for rod member having multi-loop coil
EP2351520B1 (en) Antenna device and magnetic resonance imaging device
RU2298786C2 (en) Electromagnetic acoustic measuring converters
RU2659868C1 (en) Method of diagnostics of the electromagnetic mechanism
WO2021210135A1 (en) Magnetic particle imaging device
US8179203B2 (en) Wireless electrical device using open-circuit elements having no electrical connections
US20200060578A1 (en) Sensing system and method
US7075298B2 (en) Method and apparatus for well logging using NMR with a long conductive rare-earth magnet and excitation compensation in the area of the long magnet
RU2481704C1 (en) Wireless electromagnetic receiver and system of wireless energy transfer
JP7443322B2 (en) EPR spectrometer comprising at least one pole piece made at least partially from a functional material
RU2809738C1 (en) Method of bifactor excitation of fluxgates and modulator device for its implementation
RU2481705C1 (en) Wireless electromagnetic receiver and system of wireless energy transfer
JP2009145056A (en) Electromagnetic ultrasonic probe and electromagnetic ultrasonic flaw detector
RU2630716C2 (en) Combined magnetoresistive sensor
RU2797293C1 (en) Device for measuring current, voltage in the transmission line
JPS58139053A (en) Measuring device for nuclear magnetic resonance
RU94721U1 (en) MAGNETIC FIELD SENSOR
Bochkarev et al. A Control System for Power Electromagnetic Devices
Lee et al. Electric field in solenoids
US20240125739A1 (en) Vibrating fork type field device with coil arrangement to induce vibration

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190404