一种基于力传感器信号的电磁阀故障诊断方法技术

本发明专利技术涉及一种基于力传感器信号的电磁阀故障诊断方法，向设置有力传感器的电磁阀施加额定电子激励信号，使柱塞运动；在柱塞运动过程中，测量力传感器反馈的柱塞与阀体/线圈外壳之间的撞击力，得到力信号；将力信号与异常状态阈值、故障状态阈值进行比较，判断当前电磁阀状态。本发明专利技术不仅能够检测到电磁阀能否正常工作，而且能够准确监测电磁阀的实际退化状态，进而为实现基于状态的维护奠定基础。

A method of electromagnetic valve fault diagnosis based on force sensor signal

The invention relates to an electromagnetic valve fault diagnosis method based on the force sensor signal, which applies the rated electronic excitation signal to the solenoid valve setting the powerful sensor to make the plunger movement. In the process of the piston movement, the force signal is obtained by measuring the impact force between the plunger and the body / coil shell feedback of the force sensor; the force signal is obtained. Compared with the abnormal state threshold and the fault state threshold, the state of the solenoid valve is judged. The invention not only can detect the normal work of the solenoid valve, but also can accurately monitor the actual degenerate state of the solenoid valve, and then lay the foundation for the maintenance of the state based maintenance.

【技术实现步骤摘要】
一种基于力传感器信号的电磁阀故障诊断方法
本专利技术涉及电磁阀故障检测领域，具体地说是一种基于力传感器信号的电磁阀故障诊断方法。
技术介绍
电磁阀是用来控制或调整工艺流体的方向、流量、速度等参数的自动化基础元件，已被广泛应用于流程工业、汽车、工程机械等各行各业。●电磁阀失效原因分析在电磁阀的运行过程中，设备会受到来自工艺流体、周围环境和电磁线圈热效应而产生的多重应力的影响。下面简单描述电磁阀的主要失效模式及机理。电磁阀柱塞主要起到通断工艺流体的作用，通常情况下电磁阀活塞直接与工艺流体接触。为了实现预期的通断功能，柱塞必须由软铁磁性材料构成，目前最常用的材料是430F不锈钢(即低碳、高铬不锈钢)，它专门为电磁阀应用而设计，适合在腐蚀性环境下工作。由于柱塞与工艺流体直接接触，随着使用时间的增加，柱塞会受到腐蚀。此外，由于柱塞与柱塞管直接接触，因此在柱塞运动过程中会导致摩擦、磨损以及材料损耗等现象的发生。随着摩擦、磨损以及材料耗损的加剧，将显现出粘滑行为或造成阀门关闭时密封不严等问题。与此同时，柱塞长期暴露于电磁线圈产生的磁场之中，这可能会导致柱塞的永久性磁化，进而引起不正确的柱塞动作及工艺流体的不当计量等问题。上述柱塞行为变化将导致柱塞对于磁场激励响应的变化，进而改变柱塞抵达操作位置时所产生的撞击力大小，因此，使用力传感器测量撞击力为电磁阀设备故障诊断提供了新途径。柱塞管是柱塞与电磁线圈之间的一道屏障。柱塞管的功能是防止电磁线圈受到工艺流体的侵蚀，同时它也将磁通引入柱塞(而非环绕在活塞周围)。柱塞管主要是铝或顺磁性不锈钢构成(铁磁性柱塞管提供磁场线分流路径，从而降低电磁阀的效率)。侵蚀性的工艺流体以及柱塞运动过程中所产生的摩擦力将导致柱塞管发生磨损，这将产生可能抑制柱塞运动的磨损颗粒物。当柱塞接触到磨损颗粒物时，柱塞在磁场中将显现出异常的响应。因此，通过分析力传感器信号同样能够有效检测到上述柱塞对磁场响应的异常变化。电磁线圈产生磁场，进而驱动柱塞运动。电磁线圈所用的金属丝一般称为磁丝，通常为铜制。在电磁阀领域，通常使用三种类型的匝间绝缘材料：绝缘级别E的温度等级为120℃，绝缘级别F的温度等级为155℃，绝缘级别H的温度等级为180℃。线圈构造通常分为两种：包缠线圈和封装线圈。包缠线圈由绕线轴和线管构成，然后用绝缘胶带保护绕组；封装线圈也有一个在线轴或绕线周围的线圈缠绕，不同的是线圈被封装或通过合适的树脂压模。当电流通过线圈时，热效应会使导线温度升高。如果温度过高，导线之间的介电材料可能会退化失效，两根相邻导线将形成电连接，进而产生匝间短路或层间短路。短路会引起线圈电阻降低，进而使电流增大。在短路的位置，将逐渐形成高温的局部热点，从而导致断路。腐蚀会导致线圈颈缩及导电材料损耗，进而引起线圈失效。由于电磁线圈的退化，通电时所产生的磁场强度将会发生变化，进而导致电磁阀动作时柱塞与阀体或者线圈外壳之间的撞击力发生变化，通过力传感器能够检测到这一变化。●现存的电磁阀故障检测技术一些阀门健康监测技术已经被提出，其中某些技术可应用于电磁阀。目前最为广泛采用的阀门健康监测技术是部分行程测试。在该方法中，使用位置传感器来检测阀门柱塞位置的变化，借此实现阀门故障检测。然而，部分行程测试的缺点在于由于许多电磁阀体积较小，因此没有足够的内部空间来容纳一个位置传感器。此外，从数学上来看，加速度是位置信号的二次微分，因此，基于位置变化的故障检测方法无法检测到那些仅对加速度信号敏感的故障。美国橡树岭国家实验室完成了一系列针对电磁阀健康监测方法的实验。所提出的方法包括：在触发电磁阀过程中监测线圈的电感、电磁线圈的等效电路建模以及在增大电压的情况下监测流经电磁线圈的电流。尽管这些方法能够提供电磁线圈的健康信息，但是均无法提供在线健康监测能力。还有其他技术可以实现电磁阀故障诊断，例如通过测量电磁阀的电流来了解柱塞运动及电磁线圈健康状态，但是这种方法仅对电磁阀的失效模式给出了间接测量，它无法提供柱塞状态的实际行为与退化状态；通过测量声场和电场信号来探明电磁阀柱塞状态的变化，这种方法的缺点在于仅能检测电磁阀是否被成功激活，而无法描述电磁阀的退化状态；通过监测应用于电磁阀的电压和电流之间的相位差来监测电磁阀柱塞位置，该方法同样无法直接反映电磁阀的实际退化状态。为此，本专利技术针对电磁阀组件的各种失效模式，提出了一种直接的电磁阀健康状态监测方法。所提出的技术不仅能够检测到电磁阀能否正常工作，而且能够准确监测电磁阀的实际退化状态，进而为实现基于状态的维护(conditionbasedmaintenance)奠定基础。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种直接的电磁阀健康状态监测方法。不仅能够检测到电磁阀能否正常工作，而且能够准确监测电磁阀的实际退化状态，进而为实现基于状态的维护奠定基础。本专利技术为实现上述目的所采用的技术方案是：一种基于力传感器信号的电磁阀故障诊断方法，包括以下步骤：步骤1：向设置有力传感器的电磁阀施加额定电子激励信号，使柱塞运动；步骤2：在柱塞运动过程中，测量力传感器反馈的柱塞与阀体/线圈外壳之间的撞击力，并进行数据分析及特征提取，获得有效力信号；步骤3：将力信号与异常状态阈值、故障状态阈值进行比较，判断当前电磁阀状态。所述力传感器设置于能够有效测量电磁阀中柱塞与阀体/线圈外壳之间撞击力的位置。所述力传感器为环状力传感器，对应设置于阀口处且不影响介质流通。所述力传感器为柱状力传感器，且设置于柱塞和密封件之间，与之形成一整体。所述力传感器为柱状力传感器，设置于复位弹簧顶部，与线圈外壳贴合，形成一整体，且不影响柱塞正常运动。所述将力信号与异常状态阈值、故障状态阈值进行比较，判断当前电磁阀状态包括以下过程：如果力信号不小于异常状态阈值，则判断电磁阀处于正常状态；如果力信号小于异常状态阈值且不小于故障状态阈值，则判断电磁阀处于异常状态；如果力信号小于故障状态阈值，则判断电磁阀处于故障状态。本专利技术具有以下有益效果及优点：1.本专利技术不仅能够检测到电磁阀能否正常工作，而且能够准确监测电磁阀的实际退化状态，进而为实现基于状态的维护奠定基础。2.本专利技术通过在电磁阀内部加入力传感器测量柱塞与阀体/线圈外壳之间的撞击力，获取振幅信息，能够检测到电磁阀组件的各种失效模式。3.在本专利技术中，通过力传感器获得的信息能够检测到诸如电磁阀的柱塞或柱塞管污染及腐蚀、电磁线圈退化等各种故障。附图说明图1是本专利技术的方法流程图；图2是本专利技术的电磁阀结构图；其中，①为电磁线圈；②为柱塞；③为线圈外壳；④为复位弹簧；⑤为柱塞管；⑥为阀体；⑦为密封件；⑧为阀口；⑨为力传感器；图3是本专利技术的实施例1示意图；图4是本专利技术的实施例2示意图；图5是本专利技术的实施例3示意图。具体实施方式下面结合附图及实施例对本专利技术做进一步的详细说明。如图1所示为本专利技术的方法流程图。首先向设置有力传感器的电磁阀施加额定电子激励信号，使柱塞运动；其次在柱塞运动过程中，测量力传感器反馈的柱塞与阀体/线圈外壳之间的撞击力，得到力信号；最后将力信号与异常状态阈值、故障状态阈值进行比较，判断当前电磁阀状态。本专利技术方法是在电磁阀对应位置放置力传感器，对电磁阀施加额定电子激励信号，通过测量力传感器反馈的柱塞与本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于力传感器信号的电磁阀故障诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：向设置有力传感器的电磁阀施加额定电子激励信号，使柱塞运动；步骤2：在柱塞运动过程中，测量力传感器反馈的柱塞与阀体/线圈外壳之间的撞击力，并进行数据分析及特征提取，获得有效力信号；步骤3：将力信号与异常状态阈值、故障状态阈值进行比较，判断当前电磁阀状态。

【技术特征摘要】
1.一种基于力传感器信号的电磁阀故障诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：向设置有力传感器的电磁阀施加额定电子激励信号，使柱塞运动；步骤2：在柱塞运动过程中，测量力传感器反馈的柱塞与阀体/线圈外壳之间的撞击力，并进行数据分析及特征提取，获得有效力信号；步骤3：将力信号与异常状态阈值、故障状态阈值进行比较，判断当前电磁阀状态。2.根据权利要求1所述的基于力传感器信号的电磁阀故障诊断方法，其特征在于：所述力传感器设置于能够有效测量电磁阀中柱塞与阀体/线圈外壳之间撞击力的位置。3.根据权利要求2所述的基于力传感器信号的电磁阀故障诊断方法，其特征在于：所述力传感器为环状力传感器，对应设置于阀口处且不影响介质流通。4.根据权利要求2...

【专利技术属性】
技术研发人员：于海斌，王锴，迈克尔·佩希特，徐皑冬，郭海丰，王志平，闫炳均，金妮，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳自动化研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁,21