CN101833012B - 一种涡轮增压器转速测量仪及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明用于涡轮增压器无损转速测量。所述涡轮增压器转速测量仪包括依次电性连接的磁电式传感器、放大模块以及DSP信号处理模块，其中，磁电式传感器固定于增压器压气机外壳上，且其轴向位置临近被磁化的螺母，所述DSP信号处理模块包括TMS320F2812芯片、AD模块、DA模块以及LAN接口、RS232接口，其中，所述AD模块与放大模块相连，且该DSP信号处理模块连接有键盘和液晶屏。本发明涡轮增压器转速测量仪采用快速傅里叶变换，将转速信号从时域转化到频域，采用识别算法在频域提取转速特征频率，获得转速。因此无需对增压器结构的破坏，成本较低。而且当转速在20000到120000内的测量满量程误差小于±0.2‰(满量程300000rpm)，能较好的满足实际测速要求，且具有较高的低转速测量精度。

Description

一种涡轮增压器转速测量仪及测量方法

技术领域

本发明涉及涡轮增压器转速测量仪及其测量方法。

背景技术

常见转速测量方法有转速电压转换测量、转动脉冲测量和转动脉冲计数等。其中，转速电压测量利用测速发电机测量，然而由于受安装方式和安装空间的限制，测速发电机无法应用于涡轮增压器转速测量领域。

目前涡轮增压器转速测量所采用的测速方法主要为转动脉冲测量和转动脉冲计数。脉冲测量又称测周法，是指采用基准脉冲信号对传感器输出的周期信号进行周期测量，进而计算出频率，算出转速。该方法的缺点是信号频率较高时，误差增大。转动脉冲计数法是对一个基准信号周期内获得的输入信号的脉冲个数进行计数，以计算信号频率，缺点是信号频率较低时，误差增大。目前大多采用测周与计数相结合的方法进行信号测量，然而测周法与计数法共有的缺点是，要求信号的幅值和信噪比较高。

转速测量中感受转速信号的方法，一是采用传感器；二是采用被测对象自身产生的特征信号，如振动、电压波动或磁场波动。涡轮增压器是纯机械结构无电磁特征，其工作环境振动干扰较大，发动机本身的振动，所以目前主要采用传感器获取增压器的转速信号。采用的传感器主要有电涡流传感器和磁电式传感器两种。电涡流传感器尺寸较小，输出信号强，但其作用距离短，且与被测对象之间不能有导电物体隔离，所以应用电涡流传感器时，必须在涡轮增压器外壳上打孔，将传感器伸入其中，才能测取增压器叶片通过时产生的脉冲信号。磁电式传感器尺寸较大，需要对被测对象进行磁化，输出信号相对较小，一般为毫伏级，但作用距离相对较大，且不受铝材影响(涡轮增压器压气机外壳为铝材)，安装简单，直接固定在增压器外壳上即可。

两种传感器配合测周法/计数法各有应用，但电涡流传感器需要破坏增压器结构，转速测量结束后即报废，导致使用成本较高。磁电式传感器不破坏增压器，但输出信号幅值较小，尤其是在低转速时，信号幅值更小，采用测周/计数法不能较好的测量，应用有一定限制。所以目前需要一种既不损坏增压器又可以实现对转速可靠测量的装置。

本发明的目的：为了解决现有技术测量涡轮增压转速时容易损坏增压器结构及低转速测量不准的问题，本发明提供了一种能避免增压器结构的损坏的同时能实现低转速精确测量的涡轮增压器转速测量仪。

另外，本发明还提供了一种涡轮增压器转速测量方法。

本发明的技术方案：一种涡轮增压器转速测量仪，其包括依次电性连接的磁电式传感器、放大模块以及DSP信号处理模块，其中，所述磁电式传感器固定于增压器压气机外壳上，且其轴向位置临近被磁化的螺母设置，所述DSP信号处理模块包括TMS320F2812芯片、AD模块、DA模块以及LAN接口、RS232接口，其中，所述AD模块与放大模块相连，且该DSP信号处理模块连接有键盘和液晶屏。

所述AD模块为12通道16位，所述DA模块为4通道16位。

当信号信噪比高时，采用单个磁电式传感器，一个测量通道需AD模块的通道数目为1个；当信号信噪比低时，磁电式传感器的数目为两个，一个测量通道需AD模块的通道数目为2个。

一种涡轮增压器转速测量仪的测量方法，其包括如下步骤：

步骤1：检测增压器压气机轴端螺母有无磁化，若有，先用消磁机消磁，再对增压器压气机轴端螺母磁化；若未被磁化，则直接磁化增压器压气机轴端螺母；

步骤2：将增压器安装在试验台或发动机上，固定增压器；

步骤3：将磁电式传感器固定于增压器压气机外壳上，轴向位置临近被磁化的螺母设置；

步骤4：线路连接，即将传感器信号线与放大模块接线端相连；

步骤5：测量，磁电式传感器读取增压器的转速后转换成电信号，再由放大器进行放大，然后由AD模块转换成数字信号，再由TMS320F2812芯片进行快速傅里叶变换和频率提取，同时由液晶屏显示信号的处理结果。

本发明的有益效果：本发明涡轮增压器转速测量仪通过磁电式传感器将增压器转速磁化转换成电信号，再通过DSP信号处理模块实现对转速的测量，无需对增压器结构的破坏，可以有效地节省涡轮增压器试验成本和试验准备时间。而且通过调节进气压力和改变增压器喷嘴环角度调节转速，当转速在20000到120000内的测量满量程误差小于±0.2‰，能较好的满足实际测速要求，且具有较高的低转速测量精度，因此实用性较强。

附图说明

图1是本发明涡轮增压器测量仪一较佳实施方式的测量原理示意图；

图2是本发明涡轮增压器测量仪一较佳实施方式的流程图；

其中，1-增压器，2-磁电式传感器，3-放大模块，4-AD模块，5-DSP信号处理模块，6-键盘，7-液晶屏，8-RS232接口，9-LAN接口，10-DA模块。

具体实施方式

下面通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明：

请参阅图1，其是本发明涡轮增压器测量仪一较佳实施方式的原理示意图。本实施方式中，所述涡轮增压器测量仪包括依次电性连接的磁电式传感器2、放大模块3以及DSP信号处理模块5。其中，所述磁电式传感器临近涡轮增压器1设置，用于接收采集涡轮增压器的转速信息。所述放大模块与磁电式传感器相连，采用LM358放大器，用于对磁电式传感器的信号进行放大。

所述DSP信号处理模块底板具有两排用于搭载DSP信号处理模块64芯插针和安装放大模块的两排20芯插孔，并具有用于扩展连接的外围接口。本实施方式中，所述DSP信号处理模块为本发明涡轮增压器转速测量仪的核心，选用的是合众达公司SEED-DPS2812M。该DSP信号处理模块包括TMS320F2812芯片、RS232接口8、LAN接口9、12通道16位高速AD模块4和4通道16位高速DA模块10，且与键盘6、CM240128-02液晶屏7相连。

所述高速AD模块4与放大器模块3相连，用于对放大后的转速信号进行采集。而且本实施方式中，设计转速测量范围为300000rpm，综合考虑信号处理的运算量，确定AD采样速率为10kHz，设计满量程误差±0.2‰。另外，当信号信噪比高时，采用单传感器，利用2个高速AD通道即可完成两个转速的测量。当信号信噪比低时，采用双传感器，即两个磁电式传感器，利用4个AD通道即可完成两个转速的测量；此时采用互功率谱算法实现转速识别，即对两个传感器的信号进行互相关，然后再进行FFT运算。采用单传感器还是双传感器由键盘选择。

所采集的转速信号经过放大后，由AD芯片进行采集，再由TMS320F2812芯片完成快速傅里叶变换(FFT运算)，进而从频域识别转速特征频率，再计算得到转速，并由CM240128-02液晶屏显示，同时可由RS232接口8或LAN接口9输出。

本实施方式的涡轮增压器测量仪所测量的转速可达300000rpm，其测量方法可以包括如下步骤：

步骤1：检测增压器压气机轴端螺母有无磁化，若有，先用消磁机消磁，再用强磁珠

对增压器压气机轴端螺母磁化半小时，以提高磁化性能；若未被磁化，则直接采用强磁珠对增压器压气机轴端螺母磁化半小时，完成后取出磁珠；

步骤2：将增压器安装在试验台或发动机上，固定增压器；

步骤3：将磁电式传感器固定于增压器压气机外壳上，轴向位置应尽量接近被磁化的螺母，以感受较强的磁场，提高磁化效果；

步骤4：线路连接，即将传感器信号线与放大模块接线端相连，放大模块与AD模块相连，并将DSP信号处理模块与键盘、CM240128-02液晶屏连接好；

步骤5：测量，磁电式传感器感受增压器的转速后转换成周期性的电信号，再由放大器进行放大，然后由AD模块转换成数字信号，由TMS320F2812对该信号进行快速傅里叶变换，并完成频率提取和转速计算，同时由显示器显示测出的转速。

请参阅图2，步骤5中的TMS320F2812芯片对数字信号的处理可以进一步细分为如下过程：首先对TMS320F2812芯片进行初始化，然后执行各功能模块。FFT运算、串口传输、LAN传输、键盘处理和AD采集由各自的中断程序完成，其中，FFT运算为主循环程序。主循环程序首先查询标志位是否为1，若为0，表示数据未完成采集；若为1，表示用于FFT运算的数据采集完成，并进行转速识别运算、转速显示和DA模拟输出，最后清除标志位。

本发明涡轮增压器转速测量仪通过磁电式传感器将增压器转速磁化转换成电信号，再通过DSP信号处理模块实现对转速的测量，无需对增压器结构的破坏。再请参考表1，其是本发明涡轮增压器转速测量仪与现有的电涡流传感器测量结果的比对表，表中可以看到，二者之间的测量偏差较少，试验转速从20000到120000过程中，试验结果满量程误差小于±0.2‰(满量程为300000rpm)，能较好的满足实际测量的精度要求，因此可以在不破坏增压器结构前提下，实现对低转速的精确测量。

表1 试验结果    单位：rpm

Claims (2)

1.一种涡轮增压器转速测量仪，其特征在于：包括依次电性连接的磁电式传感器、放大模块以及DSP信号处理模块，其中，所述磁电式传感器固定于增压器压气机外壳上，且其轴向位置临近被磁化的螺母位置，所述DSP信号处理模块包括TMS320F2812芯片、AD模块、DA模块以及LAN接口、RS232接口，其中，所述AD模块与放大模块相连，且该DSP信号处理模块连接有键盘和液晶屏，所述AD模块为12通道16位，所述DA模块为4通道16位，当信号信噪比高时，采用单个磁电式传感器，一个测量通道需AD模块的通道数目为1个；当信号信噪比低时，磁电式传感器的数目为两个，一个测量通道需AD模块的通道数目为2个。

2.根据权利要求1所述的涡轮增压器转速测量仪的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：检测增压器压气机轴端螺母有无磁化，若有，先用消磁机消磁，再对增压器压气机轴端螺母磁化；若未被磁化，则直接磁化增压器压气机轴端螺母；

步骤2：将增压器安装在试验台或发动机上，固定增压器；

步骤3：将磁电式传感器固定于增压器压气机外壳上，轴向位置临近被磁化的螺母设置；

步骤4：线路连接，即将传感器信号线与放大模块接线端相连；

步骤5：测量，磁电式传感器读取增压器的转速后转换成电信号，再由放大器进行放大，然后由AD模块转换成数字信号，再由TMS320F2812芯片进行快速傅里叶变换和频率提取，同时由液晶屏显示信号的处理结果。

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