[发明专利]一种电磁铁开关状态检测装置及检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及开关状态检测领域，特别涉及一种电磁铁开关状态检测装置及检测方法。

背景技术

电磁学在日常生活中有着极为广泛的应用，当下的生活与其息息相关。电磁铁的原理是当直流电通过导体时会产生磁场，若使直流电通过由导体构成的线圈则会产生具有方向性的磁场，但是单纯由直流电和线圈所构成磁场不够集中而导致产生的磁力不够，因此会在线圈的中心加入磁性物质以达到集中磁场的效果。一般而言，电磁场所产生的磁场强度和直流电大小、线圈圈数及中心的导磁物质有关。

利用电磁原理进行开关的检测称为电磁开关(Electromagnetic Switch，EMS)，要实现EMS完全的可观测性和可控性，关键就是要能检测出EMS的电磁线圈与衔铁在开关暂态过程中的行为，以及它们之间在状态转变点的对应关系。为此，就要分析EMS的开关暂态过程。直流接触器开关暂态过程包括吸动和释放过程。吸动过程分为3个阶段：触动过程，即从控制电压源接通电磁线圈起，一直到电磁电流的磁通增长到将要吸动衔铁为止，该阶段电磁吸力小于或等于弹簧弹力，衔铁尚未运动；运动过程，该阶段磁通已增长到使电磁吸力大于弹簧的弹力，衔铁开始运动，磁路的气隙逐渐减少，直至衔铁与电磁铁开始闭合；闭合过程，该阶段是刚闭合衔铁进入完全静止的过程，期间电磁电流要增大到最大值。释放过程是指从电磁线圈断开控制电压源起一直到衔铁返回至原来静止位置为止。对于电磁线圈反接续流二极管的正常工作条件，释放过程和吸动过程相似，也可分为释动阶段、返回阶段与断开阶段3个阶段。释动阶段期间衔铁尚未运动；返回阶段期间弹簧弹力大于残余磁通产生的电磁吸力，衔铁开始运动，磁路的气隙逐渐增大，直至衔铁与电磁铁处于分断。断开阶段是分断后的衔铁进入完全静止的过程，期间残余磁通逐渐趋于零。因此根据电磁铁吸动和释放这种特性，研究其电磁线圈电压在衔铁不同状态下的变化，根据其变化和各个状态下电磁特性来实现开关装置开关状态的检测。

本发明对开关状态进行检测，开关状态变化目前一般使用传感器来检测，装置上使用传感器一方面使得体积增大，不利于体积严控的检测场合，另一方装置上增加传感器，成本会进一步提高。本发明运用电磁铁的电磁效应来检测开关状态，使用电磁铁主要优势在于：一是在不影响检测效果的同时，降低了硬件设计的复杂度；二是没有额外使用传感器，使得该装置大大降低了成本。

发明内容

本发明的技术解决问题：不使用传感器等外加资源的情况下，提供一种电磁铁开关状态检测装置及检测方法，依据电磁特性有效的区分开关的状态，实现了装置智能化，也降低了硬件设计的复杂度。

本发明所采用的第一种技术方案是：一种电磁铁开关状态检测装置，包括支架,支架呈倒T状，电磁铁固定在支架的左下方，电磁铁包括铁芯和缠绕在铁芯上的电磁线圈，电磁铁上的电磁线圈连接MCU上，弹簧固定在支架右下方，弹簧另一端与限位衔铁一端连接，限位衔铁自然状态下另一端抵住开关装置的左下方。

本发明所采用的第二种技术方案是，一种电磁铁开关状态检测方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1、限位衔铁在电磁线圈没有通电的情况下抵住开关装置，电磁线圈加上电压，限位衔铁吸合，开关装置在没有限位衔铁抵住下，用户可以实现开的状态，断开电磁线圈电压，瞬间产生反向电动势，反向电动势在开关装置开关两种状态下回落时间不一样，通过A/D模块采集反向电动势电压，将采集的电压发送到MCU模块；

步骤2、MCU对采集到反向电动势的电压值在一个阈值区间进行计数，计数值大小代表回落时间的长短，根据计数值区分开关两种状态，若计数值所代表的状态由待开状态变为开状态，则MCU发出关命令，电磁线圈断电，限位衔铁在弹簧弹力作用下移动，抵住开关装置。

所述步骤1中电磁线圈通电闭合期间大于或等于F，电磁线圈断开电压有三个过程：释动期间等于F、返回期间小于F、断开期间小于F，其中u_c为直流电压电磁线圈的控制电压、i(t)为随时间变化的线圈电流、L(t)为随时间变化的线圈电感、L(x)为随位移变化的线圈电感，r为线圈内电阻，F为弹簧的弹力。