“智能”电流特征传感器是一种非侵入性测量和分析电磁阀正常运行时的稳态和瞬态磁场分量(因此,间接地,电流进入)的仪器。该仪器正在开发中,可以持续监测电磁阀的完整性和运行状态,而不需要中断操作进行频繁检查。该仪器有望在电磁阀即将发生故障时发出警告,以便进行预防性维修。基本的仪器概念也应适用于类似的机电设备监测,而不是电磁阀,要求高度可靠。

在开启和关闭时,可以在电流和螺线管电流的变化率中看到特征峰和谷。
这种电流特征传感器利用的是电磁阀电流的独特特征(特征),特别是开关电流的过渡,会受到电磁阀和阀门部件电气和机械性能恶化的影响。目前的特征包括在每个操作周期中在确定的时间内重复的特征峰和谷(见图),并有明确的幅度和形状。当电气和/或机械退化发生时,峰和谷在时间和幅度上都发生变化;这些变化可以作为潜在麻烦的迹象。

该电流特征传感器的硬件部分包括信号采集组件和信号调节器/控制器组件。信号采集组件包括一个线性霍尔效应传感器,用于测量螺线管中电流产生的磁场,外加一个磁通集中器,以最大限度地提高传感器的响应,以及一个屏蔽笼,以防止不必要的外部磁场到达传感器。包括一个温度传感器,以补偿霍尔效应传感器响应的温度依赖性。

信号调节器/控制器组件包括模拟模块、微处理器控制器模块和电源模块。在报告本文的信息时,正在设计一个实时校准模块。模拟模块对来自信号采集组件的低电平信号进行处理。模拟模块中的预放大和最后放大阶段包含数字控制的电位器,用于实时补偿传感器和信号处理电路的偏移量和增益组件的变化,随温度变化。

数字控制电位器的设置是由微处理器控制器模块提供的:在操作之前,用已知输入在不同温度下进行校准测量,以表征传感器和信号处理电路的温度依赖性。补偿曲线然后在微处理器控制器模块中计算和编程,用于上述的实时温度补偿。

实时校准模块被设想连接到一个校准线圈,该线圈将是信号采集组件的一部分。在微处理器控制器模块或技术人员的命令下,实时校准模块将执行完整的校准测量序列,以确定传感器或仪器的其他部件是否损坏。

除了温度补偿,微处理器控制模块负责实时和趋势分析的当前特征。在运行中,将监控每个阀门循环,并计算“健康”参数,以确定所监控的电磁阀是否在公称参数范围内运行。“健康”分析和故障预测将由驻留在微处理器控制器模块中的软件执行。

到目前为止,已经设计出一种简单的算法来检测当前信号的特定特征:实时计算信号相对于时间的简单一阶导数(即信号的变化率)。当前信号的峰谷将被检测到,并通过寻找变化率的零交叉点来标记时间。信号的斜率和稳态值也将被监测。这些电流特征参数将与存储的参数和参数不确定范围进行比较,这些参数将代表典型电磁阀的行为。比较的结果将总结为标称、边界线或失败条件的指示。这些结果的说明以及标称、边界线和故障循环的统计数据将被存储,并转发给技术人员以作进一步处理。

这项工作是由Jose M. Perotti, Angel R. Lucena, Curtis M. Ihlefeld和Mario J. Bassignani肯尼迪航天中心。如需更多信息,请访问技术支持套件(TSP)免费在线www.nasatech.com/tsp在电子和计算机类。

该发明为美国宇航局所有,并已申请专利。有关其商业开发的非排他性或排他性许可的咨询应向

技术计划和商业化办公室
肯尼迪航天中心
(321) 867 - 6373。

指ksc - 12152。


NASA技术简报杂志

这篇文章首次出现在2001年9月的NASA技术简介杂志。

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