柴油機瞬時轉(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。該柴油機瞬時轉(zhuǎn)速測量儀結構簡單，操作方便，智能化程度高，轉(zhuǎn)速計算結果準確度高。
【專利說明】
柴油機瞬時轉(zhuǎn)速測量儀
技術領域
[0001]本實用新型涉及柴油機轉(zhuǎn)速測量領域，具體涉及一種具有氣缸熄火故障診斷功能的柴油機瞬時轉(zhuǎn)速測量儀。
【背景技術】
[0002]柴油機作為最常用的動力機械設備，廣泛應用于石油礦場、固定發(fā)電、鐵路牽引、工程機械等領域以及軍車、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)、設備損壞甚至人員傷亡，帶來巨大的經(jīng)濟損失和社會負面影響。因此對柴油機運行狀態(tài)進行實時監(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找出故障特征對柴油機進行診斷，但振動傳感器不好安裝，信號處理方法復雜，不易儀表實現(xiàn)。鐵譜分析法需取樣柴油機潤滑油進行油液成分分析，耗時較長，只能離線進行。性能參數(shù)法根據(jù)柴油機的功率、油壓、溫度、壓縮壓力、爆發(fā)壓力、扭矩、尾氣等有關參數(shù)的檢測進行故障診斷，測量參數(shù)多，檢測困難，診斷算法復雜，不易在線實現(xiàn)。
[0004]由于柴油機是一種往復式運動機械，柴油機的瞬時轉(zhuǎn)速呈現(xiàn)有規(guī)律的波動，其中蘊含了豐富的柴油機工作狀態(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，檢測柴油機瞬時轉(zhuǎn)速信息并對柴油機進行狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷具有重要意義。
[0005]自20世紀80年代以來，利用瞬時轉(zhuǎn)速信號，也稱為曲軸角振動信號，進行柴油機故障診斷取得了很大進展。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、美國福特汽車公司、美國印第安納州普度大學、英國萊斯特大學交通學院等科研人員對于瞬時轉(zhuǎn)速在判斷柴油機各缸做功狀況(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、武漢交通科技大學、大連海事大學以及西南交通大學等高校也在研究基于瞬時轉(zhuǎn)速信號進行柴油機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)速的波形進行柴油機故障特征值的提取，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結構參數(shù)等優(yōu)點，缺點是: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的相關結構參數(shù)，實際應用困難。
【實用新型內(nèi)容】
[0007]為了克服上述現(xiàn)有技術中存在的缺陷，本實用新型的目的是提供一種轉(zhuǎn)速測量準確、智能化程度高的柴油機瞬時轉(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，通過中央處理器進行運算處理得到柴油機的瞬時轉(zhuǎn)速并根據(jù)瞬時轉(zhuǎn)速完成氣缸熄火故障判斷，并將結果發(fā)送給顯示單元進行顯示。
[0011]該柴油機瞬時轉(zhuǎn)速測量儀的轉(zhuǎn)速傳感器將高速運轉(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，方波進入高速頻率測量單元，通過中央處理器運算和平滑濾波后，得到柴油機的瞬時轉(zhuǎn)速。并且中央處理器通過該瞬時轉(zhuǎn)速可判斷該柴油機的氣缸是否熄火，當氣缸熄火時，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的氣缸是否存在熄火故障。該實用新型結構簡單，操作方便，智能化程度高，計算結果準確度高、故障預測精度高。
[0012]進一步的，所述檢測單元還包括上止點信號檢測傳感器和第二脈沖整形單元，所述上止點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]當所述上止點信號檢測傳感器與飛輪上止點處的磁鐵位置相對時，所述上止點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]上止點信號檢測傳感器及第二脈沖整形單元的設置，為中央處理單元提供了開始計算的信號，當上止點信號檢測傳感器與飛輪上止點處的磁鐵位置相對時，上止點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)速表達更加直觀，故障指示燈用于顯示故障診斷結果。
[00?7] 進一步的，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，其飛輪齒數(shù)不一樣，設置了輸入單元后，可以針對不同的柴油機進行瞬時轉(zhuǎn)速的測量。
[0018]進一步的，所述中央處理器為16位DSPIC30F系列單片機。采用具有DSP的單片機，使得計算速度更快，準確度也更高，能更好地完成系統(tǒng)的參數(shù)設置、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)點從結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，術語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是機械連接或電連接，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，對于本領域的普通技術人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術語的具體含義。
[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]柴油機的起動機帶動飛輪旋轉(zhuǎn)，從而啟動發(fā)動機，因此通過測量飛輪的轉(zhuǎn)速來得到柴油機的瞬時轉(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，上止點信號檢測傳感器選用霍爾傳感器。當上止點信號檢測傳感器與飛輪上止點處的磁鐵位置相對時，上止點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，通過中央處理器進行運算和平滑濾波處理后得到柴油機的瞬時轉(zhuǎn)速，具體的運算方法采用現(xiàn)有的方法，中央處理器根據(jù)瞬時轉(zhuǎn)速和上止點信號完成氣缸熄火故障判斷，例如，當瞬時轉(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果發(fā)送給顯示單元進行顯示。
[0028]中央處理單元上可設置通信接口，該通信接口通過CAN總線或RS-485總線連接到上一級柴油機監(jiān)控儀表箱或監(jiān)控計算機上，將該柴油機瞬時轉(zhuǎn)速儀檢測及計算所得的結果發(fā)送至上一級柴油機監(jiān)控儀表箱或監(jiān)控計算機中。
[0029]本實施例中，該柴油機瞬時轉(zhuǎn)速儀還設置有輔助電源，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，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，負責飛輪齒數(shù)的輸入，針對不同的柴油機，其飛輪齒數(shù)不一樣，輸入的飛輪齒數(shù)也不一樣。這樣使得該柴油機瞬時轉(zhuǎn)速儀能適用于不同的柴油機進行瞬時轉(zhuǎn)速的測量。
[0031]在本說明書的描述中，參考術語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特征、結構、材料或者特點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、結構、材料或者特點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合。
[0032]盡管已經(jīng)示出和描述了本實用新型的實施例，本領域的普通技術人員可以理解: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行多種變化、修改、替換和變型，本實用新型的范圍由權利要求及其等同物限定。
【主權項】
1.一種柴油機瞬時轉(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，通過中央處理器進行運算處理得到柴油機的瞬時轉(zhuǎn)速并根據(jù)瞬時轉(zhuǎn)速完成氣缸熄火故障判斷，并將結果發(fā)送給顯示單元進行顯示。2.根據(jù)權利要求1所述的柴油機瞬時轉(zhuǎn)速測量儀，其特征在于，所述檢測單元還包括上止點信號檢測傳感器和第二脈沖整形單元，所述上止點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； 當所述上止點信號檢測傳感器與飛輪上止點處的磁鐵位置相對時，所述上止點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)權利要求1所述的柴油機瞬時轉(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)權利要求1所述的柴油機瞬時轉(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)權利要求1所述的柴油機瞬時轉(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。
【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】重慶人文科技學院, 中國人民解放軍重慶通信學院