[发明专利]微小行程磁锁式自锁阀阀芯运动状态监测方法

说明书

一种微小行程磁锁式自锁阀阀芯运动状态监测方法，通过在阀芯外圈位置设置与阀芯同轴的径向充磁的环形永磁铁和线圈，在阀芯的运动时采集线圈上产生的感生电动势；对感生电动势进行积分处理得到自锁阀的运动状态与阀芯的终止位置，通过检测磁通量变化或检测感生电动势获得阀芯的运动状态。本发明适应小尺寸微行程(≤1mm)自锁阀在冲击环境下其内部阀芯运动状态的判断与监测。

技术领域

本发明涉及的是一种自锁阀领域的技术，具体是针对一种冲击环境下微小行程磁锁式自锁阀阀芯的运动状态监测方法。

背景技术

磁锁式自锁阀作为航天器中一类常见的部件，常起到控制系统管路中介质通断的作用，自锁阀阀芯的锁闭往往会导致整个控制系统的失效。如图1所示，自锁阀内部阀芯在腔道内相对于锁闭端与开启端有微小可运动行程(一般≤1mm)，自锁阀靠内部阀芯在无源状态下受到永磁环的磁力保持锁闭状态。该类自锁阀有两个稳态，即以上提到的锁闭状态与开启状态。在冲击环境下，其内部阀芯可能会产生相对于阀体的两侧限位端(即锁闭端与开启端)的运动，当冲击载荷足够大时，阀芯会运动并终止于开启端，从而导致自锁阀的锁闭失效，威胁控制系统的安全。

现有技术对冲击环境下阀芯的锁闭状态与运动规律缺乏足够认识和有效监测。通过一定的测量手段，用于采集自锁阀阀芯在冲击作用下的运动状态，判断阀芯锁闭失效与否，解决阀芯的在不同冲击载荷下的运动规律问题。主要包括接触式测量方法与非接触式测量方法两类，其中基于接触式测量方法的实验方案需要使测量设备伸出端通过自锁阀的细长开孔接触或绑定于阀体内部的阀芯。考虑到自锁阀所处的冲击环境较恶劣，现有设备无法承受上千G的实际冲击载荷；又因自锁阀开孔细小(≤1cm)，一般接触式测量设备伸出端无法通过开口进入阀内部。综上，接触式测量方法对于解决该类问题可行性较低。

现有的非接触式测量方法主要包括高速摄像机测量与红外摄像机测量。对于使用以上两种设备测量方法的具体实施，需要改造自锁阀阀体结构，以便测量点能够被设备捕捉到，例如在阀体上打孔以便运动的阀芯能够被标记。

非接触式测量方法存在几个明显的缺陷和不足：一是需要改造阀体机构，对本身尺寸较小且零部件较多的自锁阀，相关操作可能影响阀的部分功能；二是使用高速摄像机或者红外摄像机拍摄阀芯在微小行程内的瞬时运动，存在帧率和分辨率不足的问题；三是高速摄像机或者红外摄像机一般无抗冲击设计，无法承受500g以上较大量级的冲击环境，可能影响测试结果的准确性甚至造成测试设备的损坏；四是以上设备的价格普遍昂贵，一般在数十万至数百万之间，且使用不便，使用成本较高。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种微小行程磁锁式自锁阀阀芯运动状态监测方法，通过检测阀芯运动件在磁场中的造成的磁通量变化输出的电压信号，获得阀芯运动速度，观察输出的电压信号积分值可以判断自锁阀的锁闭状态，本发明适应小尺寸微行程(≤1mm)自锁阀在冲击环境下其内部阀芯运动状态的判断与监测。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种微小行程磁锁式自锁阀阀芯运动状态监测方法，通过在阀芯外圈位置设置与阀芯同轴的径向充磁的环形永磁铁和线圈，在阀芯的运动时采集线圈上产生的感生电动势；对感生电动势进行积分处理得到自锁阀的运动状态与阀芯的终止位置，通过检测磁通量变化或检测感生电动势获得阀芯的运动状态。

所述的阀芯，优选为软磁材料制成。

所述的自锁阀，其磁场的截面以待测量的圆柱形或近似圆柱形的轴对称图形为基准。

所述的环形永磁铁得内径大于阀芯且高度小于阀芯，其上下表面高度位置位于阀芯上下表面的高度位置之间。

所述的线圈具体设置于自锁阀的环形永磁铁上部或下部的附近位置，且保持与阀芯、环形永磁铁同轴。

所述的线圈为环形铜线圈，线圈个数优选为2个，线圈内径大于永磁环外径，线圈外径与永磁环外径对齐，线圈与永磁环在径向上投影有重合部分。