一种电磁铁状态监测方法与流程

本发明属于电器控制与保护装置技术领域，如低压和高压电器设备中的各种动作电磁铁，家用电器中的电磁铁，交直流起重电磁铁，牵引电磁铁和船用比例电磁铁等，具体涉及电磁铁状态的检测方法。

背景技术：

电磁铁作为一种驱动部件而广泛应用于各种控制电器中，功率从毫瓦到千瓦级，工作电压从毫伏及到千伏级，执行速度方面有普通电磁铁和高速电磁铁，有直流供电的和交流供电的，动铁芯运动方向有吸入型和弹出型动作等。电磁铁的动作过程可定义为原始的初始(静止)状态、运动过程状态和运动之后终点位置的保持状态。无论是吸入型的还是弹出型的电磁铁，为电磁铁供电的电源电路或控制回路的最终目的，都是为了使得电磁铁中的动铁芯处在保持状态一段时间。然而，在电磁铁动铁芯在运动到终点位置时，如若电磁力过大，动铁芯碰撞静铁芯端面之后可能“弹跳”一次或几次；如若处在保持状态的电磁力偏小，如某些工作台震动、执行机构的反向冲击力，导致电磁铁动铁芯在反向外力作用下，自身质量加速度的作用导致脱离保持位置甚至回到初始状态，这将导致严重的后果。

有磁路知识可知，对于吸入型电磁铁，在没有吸合以前，磁路的一部分是空气，空气的导磁率很低，磁阻很大，电磁铁中的线圈电感量较小，吸合之后，动铁芯运动腔体基本或全部被动铁芯充满，整个磁路几乎或全部为铁磁物质所组成，磁阻较小，电磁铁线圈电感量较大。对于弹出型电磁铁，线圈电感量的变化与上述过程相反。由此可见，无论是直流电磁铁或是交流电磁铁，吸入型或弹出型，都遵循线圈电感量与运动腔体体积空间成单调反比的规律。对于一个具体的电磁铁，动铁芯直径和行程(腔体体积)，和线圈匝数都是定值，因此，只要测出线圈电感量的大小，即可确定动铁芯的位置。测量线圈电感量的方法很多，如在线圈中施加一高频正弦波电流，高频正弦波电流大小与线圈电感量的大小成反比，那么，高频正弦波电流大小的变化实时反应出动铁芯的活动状态。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：电磁铁动铁芯在吸合运动过程中是否被卡住，运动到什么位置，是否存在弹跳现象，处在保持状态的动铁芯是否受到外力作用的干扰脱离了终点保持位置，如何检测这些状态，是本发明所要解决的主要问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种电磁铁状态监测方法，包括电源电路、电磁铁、耦合与测量电路、正弦波发生器等组成。所述的电源电路为原设备中为电磁铁提供工作电源，所述的电磁铁为原设备中的电磁铁，所述的耦合与测量电路通过耦合电路将正弦波信号加载到电磁铁，与此产生的正弦波电流通过测量电路中检测元件生产信号后，由测量电路进行信号处理，所述的正弦波发生器生产正弦波信号，通过耦合与测量电路向电磁铁提供检测信号，流过电磁铁线圈电流的大小反比于动铁芯运动腔体体积空间。

更进一步的，所述的电源电路是原设备中为电磁铁提供的工作电源，包括高低压电源、变频电源、脉冲电源或实验电源，所述的电源电路与所述的电磁铁相连。

更进一步的，所述的电磁铁为原设备中的电磁铁，包括低压和高压电器设备中的各种动作电磁铁，家用电器中的电磁铁(如冰箱门锁电磁铁)，交直流起重电磁铁，牵引电磁铁、船用比例电磁铁和脉冲电磁铁等，包括吸入型的和弹出型的，所述的电磁铁与所述的电源电路相连，与所述的耦合与测量电路相连。

更进一步的，所述的耦合与测量电路与所述的电磁铁相连，与所述的正弦波发生器相连，通过耦合与测量电路传递正弦波信号并检测正弦波信号作用下流过电磁铁电流的大小并作记录分析、阀值判断等相应的处理。

更进一步的，所述的正弦波发生器包括模拟电路、数字电路、dds等电路生产的正弦波信号源。

本发明提供的一种直流或交流电磁铁运行状态在线监测的方法，在不破坏原设备工况的前提下，向电磁铁注入相对高频的正弦波信号，依据反馈电流的大小(或，和相位差)，判断出电磁铁在吸合过程中是否被卡住、是否存在弹跳现象，是否受到外力作用下导致动铁芯脱离了终点保持位置的时间和距离；在电磁铁机电参数不变的情况下，通过本方法，检测电磁铁供电电源或控制电源的合理性；为电磁铁供电电源或控制电源与电磁铁互为优化设计提供参考。本发明的有益效果是，提供一种交直流电磁铁动工作状态检测方法，可在线或离线快速判断铁芯在吸合运动过程中是否被卡住，是否存在弹跳现象，处在保持状态的动铁芯是否受到外力作用的干扰脱离了终点保持位置等工作状况，方法易于理解，实现成本低廉，工作可靠。

附图说明

图1是电磁铁状态检测电路原理图；

图2是一种测量电路的实施方式；

图3是另一种测量电路的实施方式；

图4是一种量电路的实施方式。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

本发明中，在直流电磁铁工作场合，向电磁铁注入微弱正弦波信号的频率可以较低，如1khz或10khz；在交流电磁铁工作场合，向电磁铁注入微弱正弦波信号的频率可以较高，如10khz或20khz，或其他某一特定的频率。正弦波信号频率的高低取决于对电磁铁状态实时检测性能的要求指标，如时间轴为1ms，可采用1khz频率，如时间轴为1us，可采用1mhz频率等。

本发明中，正弦波信号通过一电容器耦合到电磁铁的一端，电磁铁的另一端耦合出正弦波信号电流并由一电阻器转换为电压信号。正弦波信号回路电流与电磁铁自身的工作电流无关，是一种最简的耦合方式且不影响电磁铁原本的任何动作特性。

本发明中，测量电路可以是基本选频式的测量电路，直接测量流过电磁铁正弦波电路的小大，即可反应电磁铁的工作状态，可以是由包括放大器、鉴相器、mcu在内等复杂测量电路，综合反应电磁铁的工作状态参数、记录并提供反馈控制输出。

本方法，既可以作为一种附加设备，使用二根导线与电磁铁二端相连后，检测电磁铁在线的工作状态，又可以是一套电磁铁工作状态专用测试装置，检测电磁铁自身和电磁铁电源配伍的合理性，检测电磁铁保持力与受外部冲击力的对比试验。

本方法可事先测出电磁铁不同行程、不同工作温度等情况下对应线圈的电感量值，作为样本储存在mcu中，在实时检测过程中，通过与样本对比，实现快速测量。

一种电磁铁状态监测方法，包括电源电路、电磁铁、耦合与测量电路、正弦波发生器等组成。

结合下面的附图1，说明一种电磁铁状态监测方法主要部分的实施方式。

附图1中，由正弦波信号发生器生产一定频率的正弦波信号，经耦合与测量电流中的耦合回路，正弦波信号流经电磁铁线圈，在耦合与测量电路中的取样电阻上产生电压信号，电压信号之大小，反比与电磁铁行程的长短，耦合与测量电路中的测量处理电路处理此电压信号，得出电磁铁中动铁芯所在位置或状态。

附图2和附图3说明一种电磁铁状态监测方法进一步的实施方式。正弦波信号发生器生产的正弦波信号，经耦合电容器c耦合到电磁铁线圈，流出电流在电阻器r上产生电压降信号，回路电流定义为id，设vsb为虚地端，r上的电压信号vsa＝id×r，此电流与原电磁铁工作电流或驱动电流id无关。测量电路中，由放大器放大vsa信号，供a/d转换器转变为实时数字信号，mcu对实时数字信号做线性化校正、温度补偿等处理之后，与mcu内部事先储存的数字信号(如动铁芯行程长度与电感量值对照表)比较之后得出动铁芯所在位置，电感量数值，铁芯所在位置等可在设置与显示单元显示，设置功能可定义控制命令的阀值，如动铁芯吸合时间、可能被可卡住的时间、弹跳距离等，一旦超出了设置范围，通过输出控制单元发出相关的控制命令或报警信号灯。

附图4作为另一种测量电路的实施方式。vsa被放大之后，一路经a/d转换器输入到mcu，另一路输入到鉴相器，鉴相器的鉴相信号vsc来自于正弦波信号发生器，鉴相输出信号连接到mcu，mcu同时判断流经电磁铁线圈电流的大小和由电磁铁线圈电抗所产生的相位差，获得更加详细的动铁芯运动数据，做综合处理后显示处理和控制输出。

综上所述，本发明解决了电磁铁状态监控的技术问题。具有方法简单、实施简便、不影响原电磁铁的机电性能、实时反馈电磁铁运行状态包括是否吸合、弹跳、线圈断路和局部短路等特点。

以上述依据本发明的思想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。