БЕСКОНТАКТНЫЙ ФЕРРОЗОНДОВЫЙ ДАТЧИК ПОЛОЖЕНИЯ ДЛЯ КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ КЛАПАНА
Аннотация
Целью исследования является разработка бесконтактного феррозондового датчика по-
ложения для контроля открытого/закрытого состояния клапана. Существует множество
примеров использования в современной техники элементов или устройств, взаимодействующих
с магнитным полем. Одной из актуальнейших задач является использование влияния магнитно-
го поля в качестве средства контроля или составляющей управляющей среды. Применение маг-
нитооптических датчиков для контроля функционирования технических объектов обусловлено
их бесконтактным способом измерения, возможностью измерения не только магнитных, но и
других различных физических величин, относительной простотой, надежностью и дешевизной
конструкции чувствительного элемента, гибкостью в применении, эксплуатацией в низкотем-
пературных и высокотемпературных средах. Одним из датчиков подобного типа является
феррозондовый преобразователь магнитного поля. Примером объекта внедрения феррозондо-
вого датчика являются клапаны различных пневмогидравлических систем. Сущность постав-
ленной задачи заключается в создании бесконтактного концевого переключателя золотника
клапана, сигнализирующего о закрытом или открытом состоянии клапана и передающего эту
информацию в систему контроля. Предлагается разбиение данной задачи на этапы и последо-
вательное их выполнение. Сначала производится поиск и анализ уже существующих решений,
литературы, посвященной теме исследования магнитных преобразователей. Далее, разраба-
тывается модельная конструкция датчика, согласно которой создаются геометрические
3D-модель и 2D-модель чувствительного элемента, выбирается предполагаемый материал
составляющих элементов датчика. С помощью численных методов компьютерного моделиро-
вания и математических моделей моделируется работа датчика и определяются его выходные
характеристики при различных режимах работы. По расчетным характеристикам выбирает-
ся и рассчитывается оптимальная конструкция и конфигурация чувствительного элемента
датчика. По итогам моделирования разрабатываются сборочные и рабочие чертежи датчика.
Предложенный способ решения задачи характеризуется сложностью изучения нелинейных
магнитных систем и их моделирования. Результаты данного исследования могут быть реко-
мендованы для разработки магнитооптических датчиков подобного или иного типа и изучения
материалов с нелинейными магнитными свойствами.
Литература
2001, 544 p.
2. Baranochnikov M.L. Mikromagnitoelektronika [Micromagnetoelectronics]. Vol. 2. DMK PRESS,
2002, 691 p.
3. Baranova V.E. Izmerenie slabogo magnitnogo polya na osnove ferrozondovogo datchika: dis.
... kand. tekhn. nauk [Measurement of a weak magnetic field based on a fluxgate sensor: cand.
of eng. sc. diss.]; defended 12.01.16., Murav'ev Sergey Vasil'evich. T., 2015, 134 p.
4. Postoyannye magnity: Spravochnik [Permanent magnets: Handbook], ed. by Yu.M. Pyaa.
Moscow: Energiya. 1971, 486 p.
5. Braverman V.YA., Belozertsev V.S., Lelekov A.T. Pat. 0002457476 Rossiyskaya Federatsiya
MPK7 G 01 N 27/82. Ferrozondovyy datchik dlya slezheniya za stykom svarivaemykh detaley
[Patent 0002457476 Russian Federation MPK7 G 01 N 27/82. Ferroprobe sensor for monitoring
the joint of welded parts]; applicant and patent holder educational institution of higher professional
education SibGAU. No. 2010144736/28; dec. 01.11.10; publ. 07/27/12.
6. Tsybin Yu.N., Brezinskiy A.A., Nikolaenko O.S. Pat. 0000197484 Rossiyskaya Federatsiya MPK7 G 01
R 33/00. Datchik ferrozondovyy v magnitnom ekrane [Patent 0000197484 Russian Federation MPK7 G
01 R 33/00. Ferroprobe sensor in a magnetic screen]; applicant and patent holder Joint-Stock Company
Scientific Research Institute of Command Devices. No. 2020100561; dec. 01/09/20; publ. 04/30/20.
7. Pudov V.I., Reutov Yu.Ya., Korotkikh S.A. Pat. 02123303 Rossiyskaya Federatsiya MPK7 A 61 B 17/50,
A 61 B 5/06. Ferrozondovyy polyusoiskatel' [Patent 02123303 Russian Federation MPK7 A 61 B 17/50,
A 61 B 5/06. Ferroprobe pole detector]; applicant and patent holder Institute of Physics of Metals, Ural
Branch of the Russian Academy of Sciences. No. 96120296/14; dec. 08.10.96; publ. 12/20/98.
8. Gordeliy V.I. Pat. 02315991 Rossiyskaya Federatsiya MPK7 G 01 N 27/83. Modul'nyy datchik
dlya sistem avtomatizirovannogo magnitnogo kontrolya rel'sov [Patent 02315991 Russian
Federation MPK7 G 01 N 27/83. Modular sensor for systems of automated magnetic control of
rails]. No. 2006125395/28; dec. 07/17/06; publ. 01/27/2008.
9. Van Yan'chzhan, Li TSzintszi, Shi Tszyakin. Pat. 108983124 Kitay MPK7 G 01 R 33/04.
Magnitnyy datchik s obratnoy svyaz'yu po sostoyaniyu nasyshcheniya [Pat. 108983124 China
MPK7 G 01 R 33/04. Saturation Feedback Magnetic Sensor]; applicant and Patent Holder of
JILIN UNIVERSITY. No. 201811118866.7; dec. 09/25/18; publ. 12/11/18.
10. Lyu Dongliang, Li Zhimingю Pat. 210605010 Kitay MPK7 G 01 V 3/08. Ferromagnitnoe
ustroystvo obnaruzheniya dlya kontrolya ferromagnitnykh veshchestv v rezhime
prostranstvennogo pozitsionirovaniya [Patent 210605010 China IPC7 G 01 V 3/08. Ferromagnetic
Detection Device for Inspection of Ferromagnetic Substances in Spatial Positioning
Mode]; applicant and Patentee of SHENZHEN NIMAGE TECHNOLOGY CO., LTD.
No. 201921468161.8; dec. 09/05/2019; publ. 05/22/20.
11. Luo Yubiao, Yang Lei, Xia Yuechun, Huang Xinglong, Liu Feibiao, Xiang Biao, Zeng Jiheng. Pat.
210775814 Kitay MPK7 G 01 R 33/04. Ferrozondovyy massiv datchikov s vozmozhnost'yu
obnaruzheniya orientatsii korabel'nykh gruzov [Patent 210775814 China MPK7 G 01 R 33/04.
Ferroprobe sensor array capable of detecting ship cargo orientation]; applicant and patent holder
SHENZHEN LEILI TECHNOLOGY CO., LTD. No. 201921549087.2; dec. 09/18/2019; publ.
06/16/2020.
12. Li Zhiguang. Pat. 210981760 Kitay MPK7 G 01 M 13/00. Ustroystvo izmereniya
mekhanicheskikh kharakteristik avtomaticheskogo vyklyuchatelya na osnove ferrozondovogo
datchika [Patent 210981760 China MPK7 G 01 M 13/00. Fluorescent probe based circuit
breaker mechanical measurement device]; Applicant and Patent Holder of SHIJIAZHUANG
HANDY ELECTRICAL INSTRUMENTS CO., LTD. No. 201922172017.6; dec. 12/06/2019;
publ. 07/10/2020.
13. Yu Runqiao, Cheng Dongfang, Hu Bo, Xia Guisuo, Cheng Qiangqiang. Pat. 206270508 Kitay
MPK7 G 01 V 3/08. Ustroystvo obnaruzheniya metalla [Patent 206270508 China IPC7 G 01 V
3/08. Metal detection device]; applicant and patentee NINGBO YINZHOU CITAI
ELECTRONIC SCIENCE & TECHNOLOGY CO., LTD. No. 201621459612.8; dec.
12/28/2016; publ. 06/20/2017.
14. Scarzello. John F., Holmes. John J., O’Keefe. Edward C. Pat. 6456069 SSHA MPK7 G 01
33/04. Ferrozondovyy datchik magnitnogo polya, soderzhashchiy ferromagnitnyy issleduemyy
material, v ego magnitnuyu tsep' [Patent US 6456069 MPK7 G 01 33/04. Ferroprobe magnetic
field sensor containing a ferromagnetic test material into its magnetic circuit]; applicant and
Patentee of The United States of America as represented by the Secretary of the Navy.
No. 09517559; dec. 03/02/2000; publ. 09/24/2002.
15. Baranov P., Kolomeytsev A., Zatonov I. Modelirovanie ferrozondovogo datchika [Modeling a
fluxgate sensor], Materials Science and Engineering.Tomsk, 2018.
16. Tang S.K. Skhema vozbuzhdeniya ferrozondovogo datchika s ispol'zovaniem nasyshchayushchegosya
induktora [Excitation circuit for a fluxgate sensor using a saturable inductor], Sensors and Actuators A:
Physical. Departament elektronnoy tekhniki, Issledovatel'skiy tsentr silovoy elektroniki, Natsional'nyy
universitet Irlandii, Goluey, Irlandiya, 2004, pp. 156-165.
17. Sankov O.V., Legkiy V.N. Issledovanie ferrozondovykh magnitnykh ob"ektov dlya sistem
blizhney lokatsii [Investigation of fluxgate magnetic objects for systems of near location],
Vestn. Mosk. gos. tekh. un-ta im. N.E. Baumana [Vestn. Moscow state those. un-ta im.
N.E. Bauman], 2009, No. 2 (75), pp. 90-101.
18. Volkov A.V., Reutov V.Ya. Ferrozondovyy komp'yuternyy magnitometr [Ferrosonde computer
magnetometer]. Ekaterinburg: Institut fiziki metallov Uro RAN, 2015, pp. 322-327.
19. Yankin S. Osnovy elektrotekhnicheskikh raschetov v COMSOL Multiphysics [Fundamentals of
electrical calculations in COMSOL Multiphysics], COMSOL Co. Free access mode: https://www.
comsol.ru/video/intro-to-ac-dc-modeling-in-comsol-webinar-ru (accessed 30 January2022).
20. Davies N. Modeling Transformers and inductors in COMSOL Multiphysics, COMSOL Co.
Free access mode: https://cn.comsol.com/video/modeling-transformers-and-inductors-incomsol-
multiphysics (accessed 01 February 2022).
21. Bayda, E.I. Raschet elektromagnitnykh i teplovykh poley s pomoshch'yu programmy FEMM
[Calculation of electromagnetic and thermal fields using the FEMM program]. Khar'kov: NTU
«KHPI», 2015, 94 p.
