CN105277367B - 发动机自动涨紧轮摆角信号检测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种发动机自动涨紧轮摆角信号检测装置，它的测试标尺的中部固定有应变片，测试标尺的一端固定连接弹性安装座，弹性安装座固定连接采集单元底座；测试标尺另一端能与自动涨紧轮的自由端标尺安装位固定，测试标尺另一端还能与螺钉螺母套件固定连，采集单元底座能与自动涨紧轮固定，采集单元底座还能与角度校准底板固定；应变片的信号输出端能与校准信号处理模块的信号输入端连接，应变片的信号输出端还能与摆角信号处理模块信号输入端连接，校准信号处理模块和摆角信号处理模块的信号输出端连接摆角信号计算模块的信号输入端。本发明的结构简单，安装方便，成本较低，测量结果准确。
Description
技术领域
本发明涉及发动机测试技术领域，具体涉及一种发动机自动涨紧轮摆角信号检测装置及方法。
背景技术
目前，发动机自动涨紧轮的摆角测量多采用电位计和加速度传感器。电位计体积较大，安装不方便，对工装要求太高，且分辨率较低，测试精度不高；加速度传感器只能采集自动涨紧轮摆动加速度信号，需要进行二次积分才能得到摆角信号，积分后的数据精度不高，且不能得到实时摆角数据。
发明内容
本发明的目的在于提供一种发动机自动涨紧轮摆角信号检测装置及方法，该装置和方法的结构简单，安装方便，成本较低，测量结果准确。
为解决上述技术问题，本发明公开的一种发动机自动涨紧轮摆角信号检测装置，其特征在于：它包括测试标尺、应变片、弹性安装座、采集单元底座、角度校准底板、校准信号处理模块、摆角信号处理模块和摆角信号计算模块，其中，所述测试标尺的中部固定应变片，测试标尺的一端固定连接弹性安装座，弹性安装座固定连接采集单元底座；
所述角度校准底板上设有与自动涨紧轮的中心固定孔对应的安装孔，角度校准底板上还设有与自动涨紧轮的自由端标尺安装位对应的弧形槽，角度校准底板上还设有与弧形槽匹配的角度刻度，所述弧形槽内设有能在弧形槽内滑动且能在弧形槽内任意位置定位的螺钉螺母套件；
所述测试标尺的另一端能与自动涨紧轮的自由端标尺安装位固定连接，测试标尺的另一端还能与螺钉螺母套件固定连接；
所述采集单元底座能与自动涨紧轮的中心固定孔固定连接，采集单元底座还能与角度校准底板的安装孔固定连接；
所述应变片的信号输出端能与校准信号处理模块的信号输入端连接，应变片的信号输出端还能与摆角信号处理模块信号输入端连接，校准信号处理模块和摆角信号处理模块的信号输出端连接摆角信号计算模块的信号输入端。
一种利用上述装置进行发动机自动涨紧轮摆角信号检测的方法，它包括如下步骤：
步骤1：将测试标尺的另一端选择与螺钉螺母套件固定连接，将采集单元底座与角度校准底板固定连接，并将应变片的信号输出端与校准信号处理模块的信号输入端连接，此时发动机自动涨紧轮摆角信号检测装置进入涨紧轮摆角信号校准模式；
以预设的等角度间隔将测试标尺的另一端转动到每个目标角度，应变片将测试标尺的另一端转动到每个目标角度时所产生的微应变数据传输给校准信号处理模块，所有目标角度对应的测试标尺微应变数据形成离散校准数据；
步骤2：在校准信号处理模块内对离散校准数据进行拟合，得到离散校准数据曲线，该离散校准数据曲线为测试标尺的转动角度θn与测试标尺上所测微应变量μεn之间的连续曲线，该离散校准数据曲线的关系式为θn＝Kμεn+A，其中，K为离散校准数据曲线的斜率即校准系数，A为校准常量，θn为测试标尺的转动角度；
步骤3：将测试标尺的另一端选择与自动涨紧轮的自由端标尺安装位固定连接，将采集单元底座与自动涨紧轮的中心固定孔固定连接，并将应变片的信号输出端与摆角信号处理模块的信号输入端连接，此时发动机自动涨紧轮摆角信号检测装置进入涨紧轮摆角信号处理模式；
步骤4：应变片在自动涨紧轮摆动时，得到测试标尺发生形变的微应变数据Y(t)，Y(t)＝με(t)，其中，με(t)为自动涨紧轮摆动时测试标尺的实时微应变数据，t为时间；
步骤5：摆角信号计算模块获取校准系数K、校准常量A和测试标尺发生形变的微应变数据Y(t)并代入如下公式a(t)＝KY(t)+A，得到自动涨紧轮的实时摆角信号a(t)。
本发明的有益效果：
本发明具有涨紧轮摆角信号校准模式和涨紧轮摆角信号处理模式，结构简单，将以上两种模式配合检测，形成了上述发动机自动涨紧轮摆角信号检测方法，该检测方法不受发动机及外界振动影响，可靠性好，测量精度高，分析计算方便，适应性较强，重量轻，便携性强。
附图说明
图1为本发明电路部分的结构框图；
图2为本发明处于涨紧轮摆角信号校准模式时的结构示意图；
图3为本发明处于涨紧轮摆角信号处理模式时的结构示意图；
图4为本发明中角度校准底板的结构示意图；
图5为本发明中测试标尺、应变片和弹性安装座的结构示意图；
图6为本发明处于涨紧轮摆角信号处理模式时的工作状态示意图；
图7为本发明中的离散校准数据曲线图；
图8为本发明中的自动涨紧轮摆角信号图。
其中，1—测试标尺、1.1—标尺安装孔、2—应变片、3—弹性安装座、3.1—外弧形弹性金属板、3.2—第一内弧形弹性金属板、3.3—第二内弧形弹性金属板、3.4—第一安装孔、3.5—第二安装孔、4—采集单元底座、4.1—底座安装孔、5—自动涨紧轮、5.1—中心固定孔、5.2—自由端标尺安装位、6—角度校准底板、6.1—安装孔、6.2—弧形槽、6.3—角度刻度、7—校准信号处理模块、8—摆角信号处理模块、9—摆角信号计算模块、10—螺钉螺母套件、11—紧固螺钉螺母。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：
本发明的发动机自动涨紧轮摆角信号检测装置，如图1～6所述，它包括测试标尺1(测试标尺1采用具有较好弹性的特种钢)、应变片2、弹性安装座3、采集单元底座4、角度校准底板6、校准信号处理模块7、摆角信号处理模块8和摆角信号计算模块9，其中，所述测试标尺1的中部固定应变片2，测试标尺1的一端固定连接弹性安装座3，弹性安装座3固定连接采集单元底座4；
所述角度校准底板6上设有与自动涨紧轮5的中心固定孔5.1对应的安装孔6.1，角度校准底板6上还设有与自动涨紧轮5的自由端标尺安装位5.2对应的弧形槽6.2，角度校准底板6上还设有与弧形槽6.2匹配的角度刻度6.3，所述弧形槽6.2内设有能在弧形槽6.2内滑动且能在弧形槽6.2内任意位置定位的螺钉螺母套件10，即螺钉螺母套件10带有自锁功能，可保证测试标尺1等角度移动和锁止；
所述测试标尺1的另一端能与自动涨紧轮5的自由端标尺安装位5.2固定连接，测试标尺1的另一端还能与螺钉螺母套件10的螺帽固定连接；
所述采集单元底座4能与自动涨紧轮5的中心固定孔5.1固定连接，采集单元底座4还能与角度校准底板6的安装孔6.1固定连接；
所述应变片2的信号输出端能与校准信号处理模块7的信号输入端连接，应变片2的信号输出端还能与摆角信号处理模块8信号输入端连接，校准信号处理模块7和摆角信号处理模块8的信号输出端连接摆角信号计算模块9的信号输入端。
上述角度刻度6.3可精准校对测试标尺变形角度
所述弹性安装座3包括外弧形弹性金属板3.1、第一内弧形弹性金属板3.2和第二内弧形弹性金属板3.3，所述第一内弧形弹性金属板3.2的一端与外弧形弹性金属板3.1的一端连接为一体，第二内弧形弹性金属板3.3的一端与外弧形弹性金属板3.1的另一端连接为一体，所述第一内弧形弹性金属板3.2的另一端和第二内弧形弹性金属板3.3的另一端均设有第一安装孔3.4，测试标尺1的一端设有与第一安装孔3.4配合的标尺安装孔1.1，标尺安装孔1.1和两个第一安装孔3.4通过紧固螺钉螺母11固定连接。上述设计使得弹性安装座3具有较好的形变能力，能提高摆角检测的准确性。
上述技术方案中，所述外弧形弹性金属板3.1的侧壁设有第二安装孔3.5，采集单元底座4的侧壁设有与第二安装孔3.5对应的底座安装孔4.1，所述第二安装孔3.5和对应的底座安装孔4.1通过紧固螺钉螺母11固定连接。所述采集单元底座4的侧壁为与外弧形弹性金属板3.1匹配的弧形侧壁。
上述技术方案中，所述弧形槽6.2两端之间的夹角范围为15～20度。
上述技术方案中，所述应变片2有两片，两片应变片2分别固定在测试标尺1中部的两侧，所述两片应变片2信号输出端能同时与校准信号处理模块7的信号输入端连接，两片应变片2的信号输出端还能同时与摆角信号处理模块8信号输入端连接。上述两片应变片2采用1/2桥路设计。
一种利用上述装置进行发动机自动涨紧轮摆角信号检测的方法，它包括如下步骤：
步骤1：将测试标尺1的另一端选择与螺钉螺母套件10固定连接，将采集单元底座4与角度校准底板6固定连接，并将应变片2的信号输出端与校准信号处理模块7的信号输入端连接，此时发动机自动涨紧轮摆角信号检测装置进入涨紧轮摆角信号校准模式；
以预设的等角度间隔将测试标尺1的另一端转动到每个目标角度，应变片2将测试标尺1的另一端转动到每个目标角度时所产生的微应变数据传输给校准信号处理模块7，所有目标角度对应的测试标尺1微应变数据形成离散校准数据；
步骤2：在校准信号处理模块7内对离散校准数据进行拟合，得到离散校准数据曲线，该离散校准数据曲线为测试标尺1的转动角度θn与测试标尺1上所测微应变量μεn之间的连续曲线(如图7所示)，该离散校准数据曲线的关系式为θn＝Kμεn+A，其中，K为离散校准数据曲线的斜率即校准系数，A为校准常量，θn为测试标尺1的转动角度；
步骤3：将测试标尺1的另一端选择与自动涨紧轮5的自由端标尺安装位5.2固定连接，将采集单元底座4与自动涨紧轮5的中心固定孔5.1固定连接，并将应变片2的信号输出端与摆角信号处理模块8的信号输入端连接，此时发动机自动涨紧轮摆角信号检测装置进入涨紧轮摆角信号处理模式，应变片2的应变信号反应了涨紧轮的应变；
步骤4：应变片2在自动涨紧轮5摆动时，得到测试标尺1发生形变的微应变数据Y(t)，Y(t)＝με(t)，其中，με(t)为自动涨紧轮5摆动时测试标尺1的实时微应变数据，t为时间(秒)；
步骤5：摆角信号计算模块9获取校准系数K、校准常量A和测试标尺1发生形变的微应变数据Y(t)并代入如下公式a(t)＝KY(t)+A，得到自动涨紧轮的实时摆角信号a(t)。将实时摆角信号a(t)生成随时间变化的图表，如图8所述，并根据需要将相关检测结果输出到Excel表格。
上述检测方式相比传统的检测方式不需要加装电位计和加速度传感器，成本明细较低，且能检测实时的涨紧轮摆角数据。
上述技术方案中，所述测试标尺1的转动角度θn的范围为-8°～8°，即-8°≤θn≤8°；所述步骤4中t的取值范围为80～100秒。
上述技术方案中，所述步骤1中预设的等角度间隔为0.1°。该等角度间隔确保了校准的准确性。
上述技术方案的步骤4中，微应变数据Y(t)先进行滤波处理后输送给摆角信号计算模块9。上述滤波过程采用低通400Hz滤波，将微应变数据Y(t)中的干扰信号除去，保留有效信号。
本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (10)
1.一种发动机自动涨紧轮摆角信号检测装置，其特征在于：它包括测试标尺(1)、应变片(2)、弹性安装座(3)、采集单元底座(4)、角度校准底板(6)、校准信号处理模块(7)、摆角信号处理模块(8)和摆角信号计算模块(9)，其中，所述测试标尺(1)的中部固定应变片(2)，测试标尺(1)的一端固定连接弹性安装座(3)，弹性安装座(3)固定连接采集单元底座(4)；
所述角度校准底板(6)上设有与自动涨紧轮(5)的中心固定孔(5.1)对应的安装孔(6.1)，角度校准底板(6)上还设有与自动涨紧轮(5)的自由端标尺安装位(5.2)对应的弧形槽(6.2)，角度校准底板(6)上还设有与弧形槽(6.2)匹配的角度刻度(6.3)，所述弧形槽(6.2)内设有能在弧形槽(6.2)内滑动且能在弧形槽(6.2)内任意位置定位的螺钉螺母套件(10)；
所述测试标尺(1)的另一端能与自动涨紧轮(5)的自由端标尺安装位(5.2)固定连接，测试标尺(1)的另一端还能与螺钉螺母套件(10)固定连接；
所述采集单元底座(4)能与自动涨紧轮(5)的中心固定孔(5.1)固定连接，采集单元底座(4)还能与角度校准底板(6)的安装孔(6.1)固定连接；
所述应变片(2)的信号输出端能与校准信号处理模块(7)的信号输入端连接，应变片(2)的信号输出端还能与摆角信号处理模块(8)信号输入端连接，校准信号处理模块(7)和摆角信号处理模块(8)的信号输出端连接摆角信号计算模块(9)的信号输入端。
2.根据权利要求1所述的发动机自动涨紧轮摆角信号检测装置，其特征在于：所述弹性安装座(3)包括外弧形弹性金属板(3.1)、第一内弧形弹性金属板(3.2)和第二内弧形弹性金属板(3.3)，所述第一内弧形弹性金属板(3.2)的一端与外弧形弹性金属板(3.1)的一端连接为一体，第二内弧形弹性金属板(3.3)的一端与外弧形弹性金属板(3.1)的另一端连接为一体，所述第一内弧形弹性金属板(3.2)的另一端和第二内弧形弹性金属板(3.3)的另一端均设有第一安装孔(3.4)，测试标尺(1)的一端设有与第一安装孔(3.4)配合的标尺安装孔(1.1)，标尺安装孔(1.1)和两个第一安装孔(3.4)通过紧固螺钉螺母(11)固定连接。
3.根据权利要求2所述的发动机自动涨紧轮摆角信号检测装置，其特征在于：所述外弧形弹性金属板(3.1)的侧壁设有第二安装孔(3.5)，采集单元底座(4)的侧壁设有与第二安装孔(3.5)对应的底座安装孔(4.1)，所述第二安装孔(3.5)和对应的底座安装孔(4.1)通过紧固螺钉螺母(11)固定连接。
4.根据权利要求3所述的发动机自动涨紧轮摆角信号检测装置，其特征在于：所述采集单元底座(4)的侧壁为与外弧形弹性金属板(3.1)匹配的弧形侧壁。
5.根据权利要求1所述的发动机自动涨紧轮摆角信号检测装置，其特征在于：所述弧形槽(6.2)两端之间的夹角范围为15～20度。
6.根据权利要求1所述的发动机自动涨紧轮摆角信号检测装置，其特征在于：所述应变片(2)有两片，两片应变片(2)分别固定在测试标尺(1)中部的两侧，所述两片应变片(2)信号输出端能同时与校准信号处理模块(7)的信号输入端连接，两片应变片(2)的信号输出端还能同时与摆角信号处理模块(8)信号输入端连接。
7.一种利用权利要求1所述装置进行发动机自动涨紧轮摆角信号检测的方法，其特征在于，它包括如下步骤：
步骤1：将测试标尺(1)的另一端选择与螺钉螺母套件(10)固定连接，将采集单元底座(4)与角度校准底板(6)固定连接，并将应变片(2)的信号输出端与校准信号处理模块(7)的信号输入端连接，此时发动机自动涨紧轮摆角信号检测装置进入涨紧轮摆角信号校准模式；
以预设的等角度间隔将测试标尺(1)的另一端转动到每个目标角度，应变片(2)将测试标尺(1)的另一端转动到每个目标角度时所产生的微应变数据传输给校准信号处理模块(7)，所有目标角度对应的测试标尺(1)微应变数据形成离散校准数据；
步骤2：在校准信号处理模块(7)内对离散校准数据进行拟合，得到离散校准数据曲线，该离散校准数据曲线为测试标尺(1)的转动角度θn与测试标尺(1)上所测微应变量μεn之间的连续曲线，该离散校准数据曲线的关系式为θn＝Kμεn+A，其中，K为离散校准数据曲线的斜率即校准系数，A为校准常量，θn为测试标尺(1)的转动角度；
步骤3：将测试标尺(1)的另一端选择与自动涨紧轮(5)的自由端标尺安装位(5.2)固定连接，将采集单元底座(4)与自动涨紧轮(5)的中心固定孔(5.1)固定连接，并将应变片(2)的信号输出端与摆角信号处理模块(8)的信号输入端连接，此时发动机自动涨紧轮摆角信号检测装置进入涨紧轮摆角信号处理模式；
步骤4：应变片(2)在自动涨紧轮(5)摆动时，得到测试标尺(1)发生形变的微应变数据Y(t)，Y(t)＝με(t)，其中，με(t)为自动涨紧轮(5)摆动时测试标尺(1)的实时微应变数据，t为时间；
步骤5：摆角信号计算模块(9)获取校准系数K、校准常量A和测试标尺(1)发生形变的微应变数据Y(t)并代入如下公式a(t)＝KY(t)+A，得到自动涨紧轮的实时摆角信号a(t)。
8.根据权利要求7所述的利用发动机自动涨紧轮摆角信号检测装置进行发动机自动涨紧轮摆角信号检测的方法，其特征在于：所述测试标尺(1)的转动角度θn的范围为-8°～8°；所述步骤4中t的取值范围为80～100秒。
9.根据权利要求7所述的利用发动机自动涨紧轮摆角信号检测装置进行发动机自动涨紧轮摆角信号检测的方法，其特征在于：所述步骤1中预设的等角度间隔为0.1°。
10.根据权利要求7所述的利用发动机自动涨紧轮摆角信号检测装置进行发动机自动涨紧轮摆角信号检测的方法，其特征在于：所述步骤4中，微应变数据Y(t)先进行滤波处理后输送给摆角信号计算模块(9)。
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