CN103760376A - 一种基于振动原理的发动机转速测量仪及其测试方法 - Google Patents

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沈玉凤
李晨龙
宋洪涛
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Abstract

本发明公开了一种发动机转速测量装置，涉及汽车发动机转速实时监测系统领域，其特征在于：数据采集卡（3）、单片机（4）、平板式显示设备（5）、电池集成在外壳内，使用者通过外壳上的键盘调整装置工作模式，键盘包括数字键、确认键、返回键和复位键，霍尔传感器（2）由胶带固定在发动机（1）顶盖上，数据采集卡（3）将信号（6）储存后经有线或无线传输到单片机（4），单片机（4）将信号处理后输出数字信号（10）由平板式显示设备（5）转换成视觉信号（12）。本发明的发动机转速测量装置直接以发动机自身振动信号为被测量，避免了外界环境的干扰并适用于所有发动机种类，实现了汽车在行驶途中的实时转速测量。

Description

一种基于振动原理的发动机转速测量仪及其测试方法
技术领域
本发明涉及汽车发动机转速实时监测系统领域，特别是复杂工况下实时测量转速。
背景技术
发动机转速是判定发动机工作的稳定程度和发现发动机潜在故障的一个重要特征参数。
现有发动机转速监测系统可分为计数式、模拟式和同步式，其测量过程比较复杂，外界环境的差异亦影响其测量精度。
两种常见和一种新型的转速测量方法：
光电式测量：此方法既需要拆卸汽车上的部分部件，又需要安装测量辅助设备，只能在固定场所使用。
点火脉冲式测量：此方法将发动机高压点火脉冲处理后，对脉冲进行计数，并作相应的转换，从而得到转速，其原理决定其无法对柴油机进行转速测量。
汽车尾气噪声测量转速：不同车辆的不同排气管道形成的不同声学传递链决定了此方法的适用范围很小，并且此方法受工况与环境影响比较突出。
发明内容
本发明的目的在于解决以上问题的困扰，提供一种新型的利用采集发动机振动信号并处理从而得到发动机转速的装置。本发明的技术方案如下：
本发动机转速测量装置，包括霍尔传感器（2）、数据采集卡（3）、单片机（4）、平板式显示设备（5）以及外壳、键盘、电池等组件，其特征在于：数据采集卡（3）、单片机（4）、平板式显示设备（5）、电池集成在外壳内，使用者通过外壳上的键盘调整装置工作模式，键盘包括数字键、确认键、返回键和复位键，霍尔传感器（2）由胶带固定在发动机（1）顶盖上，数据采集卡（3）将信号（6）储存后经有线或无线传输到单片机（4），单片机（4）将信号处理后输出数字信号（10）由平板式显示设备（5）转换成视觉信号（12）。
本发动机转速测量装置的测试方法：
由燃气压力及往复惯性力所产生的切向力矩引起的垂直振动和由燃气压力产生的干扰力矩引起的摇摆振动是发动机振动的主要形式，以垂直振动尤为突出，故本发动机转速测量装置以发动机垂直方向的振动信号为被测量。
引起发动机垂直方向振动的切向力矩是随发动机缸数的多少而变化的，各个频率都是与发动机的缸数相对应的，且都与曲轴转速有一定的比例关系，曲轴转速与发动机振动基频之间的对应关系为：                                                
Figure 2014100138933100002DEST_PATH_IMAGE001
，式中n为曲轴转速即发动机转速，f 0 为发动机振动基频信号频率，τ为发动机冲程数，i为发动机缸数。 
本发动机转速测量装置将霍尔传感器（2）测量到的发动机垂直方向的振动信号由数据采集卡（3）滤波、放大、模数转换成数字信号后，用快速傅里叶变换将信号进行时频转换，获得振动信号的功率谱，分离出振动信号的基频带入上式求出发动机转速。
本发明较现有技术所具有的优点：
1、测量准备工作简单方便，能够提高测量效率。
2、装置轻巧、能耗低，具有使用、维修和携带都很方便的特点。
3、传感器采用物理手段固定于发动机上，适用于所有发动机种类，并且由于发动机自身振动信号受外界环境影响不大，保证了高信噪比，提高了测量的准确率。
4、功能强大，其不仅能反应实时转速，还能够总结转速与时间的关系曲线。
总之，本发明的发动机转速测量装置直接以发动机自身振动信号为被测量，避免了外界环境的干扰并适用于所有发动机种类，实现了汽车在行驶途中的实时转速测量。
附图说明
图1为本发明所述发动机转速测量装置的布置示意图。
图2为图1的功能示意图。
具体实施方式
如图1所示：本发明所述装置主要包括：2、霍尔传感器；3、数据采集卡；4、单片机；5、平板型显示设备。
本发明所述装置的准备工作包括将霍尔传感器（2）用胶带固定在发动机（1）顶盖上和使用者根据被测发动机冲程数、缸数设置好单片机工作参数等两部分。
当装置准备就绪开始工作后，霍尔传感器（2）能够检测到发动机运转时的振动加速力，然后输出电量模拟信号（8），数据采集卡（3）接收到模拟信号（8）后，先对信号进行低通滤波，然后将滤波后的信号放大并进行模数转换，转换后的数字信号（10）在数据采集卡（3）的记忆体内储存后输入到单片机（4）中，由单片机（4）内的数据处理软件（11）进行分析处理得到发动机实时转速信息并传输到平板型显示设备（5）中，平板型显示设备（5）输出视觉信号（12）将发动机实时转速信息传递给使用者；当数据采集卡（3）内的记忆体达到存储上限后，数据采集卡（3）将不再储存任何信号直到按下复位键为止，而是将记忆体内全部数据一次性传入单片机，由单片机（4）内的数据处理软件（11）进行分析处理得到发动机转速与时间的对应关系信息，信息经平板型显示设备（5）传递给使用者；测量工作结束后，使用者可按需要使用装置内置USB接口将信息拷贝至电脑后按下装置复位键清空装置上次工作所有信息后以便进行下一次测量工作，或直接按下装置复位键清空装置上次工作所有信息后以便进行下一次测量工作。

Claims (5)

1.一种发动机转速测量装置，包括霍尔传感器（2）、数据采集卡（3）、单片机（4）、平板式显示设备（5）以及外壳、键盘、电池等组件，其特征在于：数据采集卡（3）、单片机（4）、平板式显示设备（5）、电池集成在外壳内，使用者通过外壳上的键盘调整装置工作模式，键盘包括数字键、确认键、返回键和复位键，霍尔传感器（2）由胶带固定在发动机（1）顶盖上，数据采集卡（3）将信号（6）储存后经有线或无线传输到单片机（4），单片机（4）将信号处理后输出数字信号（10）由平板式显示设备（5）转换成视觉信号（12）。
2.如权利要求1所述的一种发动机转速测量装置，其特征在于：所述装置直接以发动机的振动信号为被测量。
3.如权利要求1所述的一种发动机转速测量装置，其特征在于：数据采集卡（3）、单片机（4）、平板式显示设备（5）、电池集成在带有键盘的外壳内，键盘包括数字键、确认键、返回键和复位键。
4.如权利要求1和2所述的一种发动机转速测量装置，其特征在于：霍尔传感器（2）采用简单物理手段临时固定在发动机（1）顶盖上。
5.如权利要求1-4所述的一种发动机转速测量装置的发动机转速测量方法，其特征在于：霍尔传感器（2）测量到的发动机垂直方向的振动信号由数据采集卡（3）滤波、放大、模数转换成数字信号后，用快速傅里叶变换将信号进行时频转换，获得振动信号的功率谱，分离出振动信号的基频带入公式                                                求出发动机转速，式中n为曲轴转速即发动机转速，f 0 为发动机振动基频信号频率，τ为发动机冲程数，i为发动机缸数。
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