柴油機(jī)瞬時轉(zhuǎn)速測量儀的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種柴油機(jī)瞬時轉(zhuǎn)速測量儀，包括檢測單元和中央處理單元，還包括顯示單元，所述檢測單元包括轉(zhuǎn)速傳感器和第一脈沖整形單元，所述中央處理單元包括中央處理器、高速頻率測量單元和顯示接口；所述轉(zhuǎn)速傳感器輸出端連接所述第一脈沖整形單元輸入端，所述第一脈沖整形單元輸出端連接所述高速頻率測量單元輸入端，所述高速頻率測量單元輸出端連接所述中央處理器輸入端，所述中央處理器輸出端連接顯示接口與所述顯示單元連接。該柴油機(jī)瞬時轉(zhuǎn)速測量儀結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，智能化程度高，轉(zhuǎn)速計算結(jié)果準(zhǔn)確度高。
【專利說明】
柴油機(jī)瞬時轉(zhuǎn)速測量儀
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及柴油機(jī)轉(zhuǎn)速測量領(lǐng)域，具體涉及一種具有氣缸熄火故障診斷功能的柴油機(jī)瞬時轉(zhuǎn)速測量儀。
【背景技術(shù)】
[0002]柴油機(jī)作為最常用的動力機(jī)械設(shè)備，廣泛應(yīng)用于石油礦場、固定發(fā)電、鐵路牽引、工程機(jī)械等領(lǐng)域以及軍車、坦克、軍艦、船舶等的動力系統(tǒng)，一旦發(fā)生故障往往會造成停工生產(chǎn)、設(shè)備損壞甚至人員傷亡，帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失和社會負(fù)面影響。因此對柴油機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)測和快速故障定位顯得十分必要。
[0003]目前柴油機(jī)故障診斷方法主要包括:振動分析法、鐵譜分析法、性能參數(shù)法、瞬時轉(zhuǎn)速法等等。基于振動分析的柴油機(jī)故障診斷方法，通常都是采集缸蓋上的振動信號再經(jīng)過時域分析、頻域分析、時頻分析等信號處理技術(shù)找出故障特征對柴油機(jī)進(jìn)行診斷，但振動傳感器不好安裝，信號處理方法復(fù)雜，不易儀表實現(xiàn)。鐵譜分析法需取樣柴油機(jī)潤滑油進(jìn)行油液成分分析，耗時較長，只能離線進(jìn)行。性能參數(shù)法根據(jù)柴油機(jī)的功率、油壓、溫度、壓縮壓力、爆發(fā)壓力、扭矩、尾氣等有關(guān)參數(shù)的檢測進(jìn)行故障診斷，測量參數(shù)多，檢測困難，診斷算法復(fù)雜，不易在線實現(xiàn)。
[0004]由于柴油機(jī)是一種往復(fù)式運(yùn)動機(jī)械，柴油機(jī)的瞬時轉(zhuǎn)速呈現(xiàn)有規(guī)律的波動，其中蘊(yùn)含了豐富的柴油機(jī)工作狀態(tài)信息，且轉(zhuǎn)速信號容易測取，適用于氣缸熄火故障判別，因此利用智能信息處理技術(shù)，檢測柴油機(jī)瞬時轉(zhuǎn)速信息并對柴油機(jī)進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷具有重要意義。
[0005]自20世紀(jì)80年代以來，利用瞬時轉(zhuǎn)速信號，也稱為曲軸角振動信號，進(jìn)行柴油機(jī)故障診斷取得了很大進(jìn)展。常用方法包括轉(zhuǎn)速波形分析、氣缸壓力估計反演等。國際上，意大利博洛尼亞大學(xué)、美國福特汽車公司、美國印第安納州普度大學(xué)、英國萊斯特大學(xué)交通學(xué)院等科研人員對于瞬時轉(zhuǎn)速在判斷柴油機(jī)各缸做功狀況(工作不均勻性或壓縮不均勻性)和診斷柴油機(jī)故障缸方面的研究比較深入，而且在利用瞬時轉(zhuǎn)速信號推算氣缸內(nèi)壓力變化方面也有所建樹。
[0006]在國內(nèi)，華中科技大學(xué)、武漢交通科技大學(xué)、大連海事大學(xué)以及西南交通大學(xué)等高校也在研究基于瞬時轉(zhuǎn)速信號進(jìn)行柴油機(jī)故障診斷的方面有所成就，并且發(fā)展了多種故障診斷分析方法。轉(zhuǎn)速波形分析法是直接利用瞬時轉(zhuǎn)速的波形進(jìn)行柴油機(jī)故障特征值的提取，具有可直接提取參數(shù)、計算量小、較通用而且不涉及柴油機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是:提取的特征參數(shù)并非無量綱量，不好判斷故障閾值;有時對故障的敏感程度不同，對故障判斷和定位帶來困難。氣缸壓力估計反演法雖然可以反演推算出缸內(nèi)壓力、扭矩波動等，但是在實際建模過程中比較復(fù)雜，用于反演的數(shù)據(jù)量和計算量太大，還必須包含整個柴油機(jī)的相關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)，實際應(yīng)用困難。
【實用新型內(nèi)容】
[0007]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本實用新型的目的是提供一種轉(zhuǎn)速測量準(zhǔn)確、智能化程度高的柴油機(jī)瞬時轉(zhuǎn)速測量儀。
[0008]為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供了一種柴油機(jī)瞬時轉(zhuǎn)速測量儀，包括檢測單元和中央處理單元，還包括顯示單元，所述檢測單元包括轉(zhuǎn)速傳感器和第一脈沖整形單元，所述中央處理單元包括中央處理器、高速頻率測量單元和顯示接口；
[0009]所述轉(zhuǎn)速傳感器輸出端連接所述第一脈沖整形單元輸入端，所述第一脈沖整形單元輸出端連接所述高速頻率測量單元輸入端，所述高速頻率測量單元輸出端連接所述中央處理器輸入端，所述中央處理器輸出端通過顯示接口與所述顯示單元連接；
[0010]所述轉(zhuǎn)速傳感器檢測飛輪轉(zhuǎn)速，并將該轉(zhuǎn)速信息發(fā)送至所述第一脈沖整形單元進(jìn)行整形處理后輸入至所述高速頻率測量單元，通過中央處理器進(jìn)行運(yùn)算處理得到柴油機(jī)的瞬時轉(zhuǎn)速并根據(jù)瞬時轉(zhuǎn)速完成氣缸熄火故障判斷，并將結(jié)果發(fā)送給顯示單元進(jìn)行顯示。
[0011]該柴油機(jī)瞬時轉(zhuǎn)速測量儀的轉(zhuǎn)速傳感器將高速運(yùn)轉(zhuǎn)的飛輪轉(zhuǎn)動信號轉(zhuǎn)換成正弦信號，通過第一脈沖整型單元，得到規(guī)則方波，方波進(jìn)入高速頻率測量單元，通過中央處理器運(yùn)算和平滑濾波后，得到柴油機(jī)的瞬時轉(zhuǎn)速。并且中央處理器通過該瞬時轉(zhuǎn)速可判斷該柴油機(jī)的氣缸是否熄火，當(dāng)氣缸熄火時，此時的瞬時轉(zhuǎn)速將與正常工作時的轉(zhuǎn)速明顯不同，從而判斷出該柴油機(jī)的氣缸是否存在熄火故障。該實用新型結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，智能化程度高，計算結(jié)果準(zhǔn)確度高、故障預(yù)測精度高。
[0012]進(jìn)一步的，所述檢測單元還包括上止點(diǎn)信號檢測傳感器和第二脈沖整形單元，所述上止點(diǎn)信號檢測傳感器輸出端連接所述第二脈沖整形單元輸入端，所述第二脈沖整形單元通過所述中央處理單元的I/o接口與所述中央處理器連接；
[0013]當(dāng)所述上止點(diǎn)信號檢測傳感器與飛輪上止點(diǎn)處的磁鐵位置相對時，所述上止點(diǎn)信號檢測傳感器輸出位置信號，通過第一脈沖整形單元處理后，輸入至所述中央處理單元中。
[0014]上止點(diǎn)信號檢測傳感器及第二脈沖整形單元的設(shè)置，為中央處理單元提供了開始計算的信號，當(dāng)上止點(diǎn)信號檢測傳感器與飛輪上止點(diǎn)處的磁鐵位置相對時，上止點(diǎn)信號檢測傳感器會輸出位置信號給中央處理單元，提示此時柴油機(jī)第一缸工作，中央處理單元從此時開始記錄并計算飛輪瞬時轉(zhuǎn)速。
[0015]進(jìn)一步的，所述顯示單元包括LED弧形光柵、LED數(shù)碼管和故障指示燈。
[0016]LED弧形光柵和LED數(shù)碼管用于表示瞬時轉(zhuǎn)速，其中LED弧形光柵以圖形形式表示，而LED數(shù)碼管則以具體數(shù)據(jù)表示，兩種顯示方法使瞬時轉(zhuǎn)速表達(dá)更加直觀，故障指示燈用于顯示故障診斷結(jié)果。
[00?7] 進(jìn)一步的，還包括輸入單元，所述輸入單元輸出端通過所述中央處理單元的I/O接口向中央處理單元輸入飛輪齒數(shù)。針對不同的柴油機(jī)，其飛輪齒數(shù)不一樣，設(shè)置了輸入單元后，可以針對不同的柴油機(jī)進(jìn)行瞬時轉(zhuǎn)速的測量。
[0018]進(jìn)一步的，所述中央處理器為16位DSPIC30F系列單片機(jī)。采用具有DSP的單片機(jī)，使得計算速度更快，準(zhǔn)確度也更高，能更好地完成系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置、通信、數(shù)據(jù)存儲管理、瞬時轉(zhuǎn)速計算及氣缸媳火故障診斷。
[0019]本實用新型的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本實用新型的實踐了解到。
【附圖說明】
[0020]本實用新型的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中:
[0021 ]圖1為本實用新型的原理框圖。
【具體實施方式】
[0022]下面詳細(xì)描述本實用新型的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本實用新型，而不能理解為對本實用新型的限制。
[0023]在本實用新型的描述中，除非另有規(guī)定和限定，需要說明的是，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是機(jī)械連接或電連接，也可以是兩個元件內(nèi)部的連通，可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語的具體含義。
[0024]如圖1所示，本實用新型提供了一種柴油機(jī)瞬時轉(zhuǎn)速測量儀，包括檢測單元、中央處理單元和顯示單元，檢測單元包括轉(zhuǎn)速傳感器、第一脈沖整形單元、上止點(diǎn)信號檢測傳感器和第二脈沖整形單元，中央處理單元包括中央處理器、高速頻率測量單元和顯示接口，顯示單元包括LED弧形光柵、LED數(shù)碼管和故障指示燈。
[0025]轉(zhuǎn)速傳感器輸出端連接第一脈沖整形單元輸入端，第一脈沖整形單元輸出端連接高速頻率測量單元輸入端，高速頻率測量單元輸出端連接中央處理器輸入端，中央處理器輸出端通過顯示接口與顯示單元連接。上止點(diǎn)信號檢測傳感器輸出端連接第二脈沖整形單元輸入端，第二脈沖整形單元通過中央處理單元的I/o接口與中央處理器連接。
[0026]柴油機(jī)的起動機(jī)帶動飛輪旋轉(zhuǎn)，從而啟動發(fā)動機(jī)，因此通過測量飛輪的轉(zhuǎn)速來得到柴油機(jī)的瞬時轉(zhuǎn)速。
[0027]本實施方式中，轉(zhuǎn)速傳感器選用電磁式轉(zhuǎn)速傳感器，上止點(diǎn)信號檢測傳感器選用霍爾傳感器。當(dāng)上止點(diǎn)信號檢測傳感器與飛輪上止點(diǎn)處的磁鐵位置相對時，上止點(diǎn)信號檢測傳感器輸出位置信號給到中央處理單元，提示此時柴油機(jī)第一缸工作，中央處理單元從此時開始記錄并計算飛輪瞬時轉(zhuǎn)速。在測量過程中，轉(zhuǎn)速傳感器檢測飛輪轉(zhuǎn)速，將高速轉(zhuǎn)動的飛輪轉(zhuǎn)動信號轉(zhuǎn)換成正弦信號，并將該正弦信號發(fā)送至第一脈沖整形單元進(jìn)行整形處理成規(guī)則方波后發(fā)送至高速頻率測量單元，通過中央處理器進(jìn)行運(yùn)算和平滑濾波處理后得到柴油機(jī)的瞬時轉(zhuǎn)速，具體的運(yùn)算方法采用現(xiàn)有的方法，中央處理器根據(jù)瞬時轉(zhuǎn)速和上止點(diǎn)信號完成氣缸熄火故障判斷，例如，當(dāng)瞬時轉(zhuǎn)速波動的峰峰值、瞬時轉(zhuǎn)速峰值和谷值超出閾值范圍為故障，通過計算從上止點(diǎn)信號開始的異常瞬時轉(zhuǎn)速波形位置判斷熄火氣缸的位置，然后中央處理器將結(jié)果發(fā)送給顯示單元進(jìn)行顯示。
[0028]中央處理單元上可設(shè)置通信接口，該通信接口通過CAN總線或RS-485總線連接到上一級柴油機(jī)監(jiān)控儀表箱或監(jiān)控計算機(jī)上，將該柴油機(jī)瞬時轉(zhuǎn)速儀檢測及計算所得的結(jié)果發(fā)送至上一級柴油機(jī)監(jiān)控儀表箱或監(jiān)控計算機(jī)中。
[0029]本實施例中，該柴油機(jī)瞬時轉(zhuǎn)速儀還設(shè)置有輔助電源，為顯示單元和中央處理單元供電。中央處理器選用16位DSPIC30F系列單片機(jī)，并使用UC/OS-1I嵌入式操作系統(tǒng)，提高了中央處理單元的信息處理能力，確保能夠?qū)崟r進(jìn)行瞬時轉(zhuǎn)速計算和故障診斷。
[0030]作為本實施例的優(yōu)選方案，該柴油機(jī)瞬時轉(zhuǎn)速儀還包括輸入單元，輸入單元輸出端通過中央處理單元的I/O接口向中央處理單元輸入飛輪齒數(shù)。該輸入單元由兩個“+I”和“-Γ按鍵組成，負(fù)責(zé)飛輪齒數(shù)的輸入，針對不同的柴油機(jī)，其飛輪齒數(shù)不一樣，輸入的飛輪齒數(shù)也不一樣。這樣使得該柴油機(jī)瞬時轉(zhuǎn)速儀能適用于不同的柴油機(jī)進(jìn)行瞬時轉(zhuǎn)速的測量。
[0031]在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本實用新型的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結(jié)合。
[0032]盡管已經(jīng)示出和描述了本實用新型的實施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解:在不脫離本實用新型的原理和宗旨的情況下可以對這些實施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本實用新型的范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。
【主權(quán)項】
1.一種柴油機(jī)瞬時轉(zhuǎn)速測量儀，包括檢測單元和中央處理單元，其特征在于，還包括顯示單元，所述檢測單元包括轉(zhuǎn)速傳感器和第一脈沖整形單元，所述中央處理單元包括中央處理器、高速頻率測量單元和顯示接口 ； 所述轉(zhuǎn)速傳感器輸出端連接所述第一脈沖整形單元輸入端，所述第一脈沖整形單元輸出端連接所述高速頻率測量單元輸入端，所述高速頻率測量單元輸出端連接所述中央處理器輸入端，所述中央處理器輸出端通過顯示接口與所述顯示單元連接； 所述轉(zhuǎn)速傳感器檢測飛輪轉(zhuǎn)速，并將該轉(zhuǎn)速信息發(fā)送至所述第一脈沖整形單元進(jìn)行整形處理后輸入至所述高速頻率測量單元，通過中央處理器進(jìn)行運(yùn)算處理得到柴油機(jī)的瞬時轉(zhuǎn)速并根據(jù)瞬時轉(zhuǎn)速完成氣缸熄火故障判斷，并將結(jié)果發(fā)送給顯示單元進(jìn)行顯示。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柴油機(jī)瞬時轉(zhuǎn)速測量儀，其特征在于，所述檢測單元還包括上止點(diǎn)信號檢測傳感器和第二脈沖整形單元，所述上止點(diǎn)信號檢測傳感器輸出端連接所述第二脈沖整形單元輸入端，所述第二脈沖整形單元通過所述中央處理單元的I/O接口與所述中央處理器連接； 當(dāng)所述上止點(diǎn)信號檢測傳感器與飛輪上止點(diǎn)處的磁鐵位置相對時，所述上止點(diǎn)信號檢測傳感器輸出位置信號，通過第一脈沖整形單元處理后，輸入至所述中央處理單元中。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柴油機(jī)瞬時轉(zhuǎn)速測量儀，其特征在于，所述顯示單元包括LED弧形光柵、LED數(shù)碼管和故障指示燈。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柴油機(jī)瞬時轉(zhuǎn)速測量儀，其特征在于，還包括輸入單元，所述輸入單元輸出端通過所述中央處理單元的I/o接口向中央處理單元輸入飛輪齒數(shù)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柴油機(jī)瞬時轉(zhuǎn)速測量儀，其特征在于，所述中央處理器為16位DSPIC30F系列單片機(jī)。
【文檔編號】G01M15/04GK205539035SQ201620030198
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年1月13日
【發(fā)明人】胡剛林, 曹龍漢, 劉小麗, 李建勇, 王飛雪
【申請人】重慶人文科技學(xué)院, 中國人民解放軍重慶通信學(xué)院