非接触磁感应式行程开关设计分析

非接触磁感应式行程开关设计分析

姚虔伦

贵州振华华联电子有限公司    贵州省凯里市   556000

摘要：基于物理开关和电子开关的实际运用情况，设计出一种非接触磁感式的行程开关。在具体的操作中，基于物理开关的基本结构为基础，优化传统的行程开关的内部结构，并进行相应的可靠性试验，这样就可以提升设备的运行可靠性。在本文的分析中，主要阐述了非接触磁感应式行程开关设计方案。

关键词：非接触；磁感应；行程开关

引言：对于火炮弹药系统的设计中，由于是一种易燃易爆的运行环境，因此要格外重视开关安全性以及可靠性。特别是在进行传统的物理开关的处理中，需要明确出切换的情况，以及在开关的延迟或者失去开关作用的处理上，要处理好具体的安全隐患问题，从而满足供电电源以及控制信号方面的处理效果。

1 工作原理

1.1 物理开关

传统的物理开关在运行过程中，按照运行原理进行划分，基本上分为机械开关和电控开关这两种类型。其中机械开关需要进行人工的手动操作，无法实现自动化的操作。因此，物理开关的设计中，就需要基于电控为主要的方式进行设计，同时对继电器进行优化处理。继电器属于一种电控制器，由控制部件和触点构成。外部则基于一定的控制部件合适触发信号之后，使继电器触点得到针对性的处理与完善调整[1]。

继电器当前已经在各个行业得到了广泛的运用。但是对于一些高可靠性以及安全性要求较高的场所，依然面临着一定的技术风险。例如，继电器的触点闭合和断开过程中，经常会出现一定的打火开关问题，特别是对于高压环境下，这样的现象较为明显。其次，是动作时间方面的过长，这样就会使得10ms以上的动作时间，基本上无法为部件提供良好的控制命令。最后，对于继电器机械结构寿命也需要加以重视，通常情况下，其寿命可以达到10万次左右，这样的实际寿命比较短暂。在继电器的使用中，如寿命过短，则会导致其无法长期作用于火炮系统或者弹药系统中，故而需要进行技术方面的升级。

1.2 电子开关

电子式开关的机构，是一种模拟开关，主要是完成信号链路当中的信号切换。一般而言，在进行模拟分析的过程中，可以基于MOS当作开关器件，并对信号链路进行关断和接通，这样的技术具备着一定的功耗低、速度快以及无机械触点的优势。在进行模拟开关设计的过程中，需要做好自动控制系统设计，同时积极应用计算机设备，对于开关设计效果进行进一步的优化，但是这种设计方法也相应面临着一定的技术缺陷。

当前模拟开关的耐压值，基本上是在15v以内，因此无法处理好高压信号。在模拟开关的设计过程中，能够承受到最大电流为几百毫安，因此无法作用到大电流的场合中。在模拟开关的关断方面，并不是物理上的切断，而是在关断的过程中，进行相互抗干扰的处理。在模拟开关的正常运行阶段，也相应需要对驱动信号等方面的问题进行评估，避免其受到外界因素的信号影响[2]。

1.3 磁感应式开关

磁感应式开关，是一种无源行程开关，本质上属于位置传感器，同时也是一种接近开关。磁感应式开关的运行，在内部结构设计上，基本上为干簧继电器，这是一种触点继电器，采用了两片高磁导率的合金簧片组成。其中两个簧片在位置上， 保持着一定的重叠关系和间隙。在进行实际的使用中，外部需要焊接引线。在磁化之后，会出现磁性，这样就可以克服弹簧片的基本弹力。而对于磁场减弱到一定程度，则是需要利用好弹簧自身的弹力，实现对弹簧的良好释放。

2 技术实现

对于非接触式的磁感应式行程开关，需要在每一组的弹簧触点处理上，保持常闭式的结构，同时在结构方面与按钮相同。行程开关的闭合和断开处理，与磁感应强度保持相同的关系。

具体而言，在设备内部结构的设计过程中，需要从部件编号角度出发，对其进行优化选择。其中，固定在引线座外部的壳体，以及在引线座接口部位，需要妥善进行焊接处理，其属于航空插座、外壳体内部的设置，外围活塞轴、磁环安装座等不同传感器安装设备。在传感器的设计过程中，需要结合活塞轴侧面与弹簧位置的连接，保证弹簧限位无异常，同时也要保持与系统之间的重合关系。

行程开关的工作中，活塞轴会裸露出一定的空间。在机械部件撞击，或者在外部力量的挤压下，活塞轴会对外部压力产生反应，从而进行活塞轴运转。其中活塞轴的压缩回程弹簧的运行当中，需要移动到具体的弹簧限位环，以及在屏蔽管道深入的磁环安装就位，主要是在系统的运行阶段，在机械部件撞块对于外部力量起到接通的作用。对于屏蔽管道运行环节，在断开状态中，起到对开关的断开效果。

需要注意的是，为了保障行程开关的运行可靠性，主要是在内部设计出四个不同的传感器结构，并增加一定的开关可靠性。为了避免传感器件内部出现故障，或者出现一定程度的损坏问题，就需要针对开关异常状态进行处理，结合充分的余量分析，设计出一个符合开关运行的基本结构。其次，后续还需要对余量进行分析环节，极大提升设备的开关可靠性和完善性，形成对于开关的优化处理。

3 非接触磁感应式行程开关效果

通过对本文中设备设计方式的研究发现，该技术可以实现对各种设备的良好技术处理。特别是在具备安全性、传感器的内部惰性气体的防护效果，可以避免出现一定的电火花。

在该技术的下，也相应的提升了系统运行的可靠性。在后续控制端和信号支路的处理中，这样的技术方式可以利用机械结构的方式，改变磁通量，并实现系统的控制处理方式，在控制端的处理上，并不需要额外进行电压信号的控制，而是需要在实际的运行环节，对于行程开关进行内部填充，同时要保证内部使用的专用胶、防水、防烟雾以及防霉菌均具有良好的功能，从而使技术能够体现出更为明显的优势。另外，对于内置的传感器的处理中，需要与大气进行隔绝，而管道内部有着稀有气体，这样就可以降低接电方面的氧化或者碳化的问题。但是在进行处理的过程中，基于密封的处理方式，可以防止有机蒸汽或者尘埃杂质的对节点侵蚀。利用这样的系统处理方式需要对开关通断进行速度方面的处理，同时保持通断时间保持在一个良好的处理环节。在设计的过程中，受到油嘴以及机械部件润滑方面问题的影响，机械设备会产生不同的运行状态。由于机械内部传感器体积相对比较小，因此要保持对系统进行良好处理，才可以很好的满足系统要求。下图1为内部结构图。

图1 内部结构图

4 试验分析

对于开关负载运行电流进行设计时，需要利用电压50V的处理方式，并基于100Hz频率，进行相应的接触电阻方面的测量。其次，进行系统的试验数据分析中，要从通断次数角度进行分析，加上后续要对导通电阻进行增大处理，这样就可以很好的在系统运行中，明确出具体的系统实际情况，也有助于加强对普通继电器方面的模拟和处理。

总结：综上所述，对于非接触磁感应式行程开关设计中，需要结合现场的设计方式，以及对于系统内部结构，进行全面的整合和分析，加上后续进行系统的结构性的处理，这样就可以很好的了解到行程开关的设计情况。

参考文献：

[1]张超.环形线圈式EPS扭矩传感器电磁特性分析和参数优化研究[D].东北林业大学,2022.

[2]储贻道,张超,柴宏博等.基于电磁感应原理的PCB非接触验电器研究[J].电工技术,2022,(13):167-169.