CN107422186B - 汽车微波点火阻抗测量模块 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种汽车微波点火阻抗测量模块，包括有入射功率输入端RFIN1、反射功率输入端RFIN2、本地参考射频信号输入端LOCALIN、入射功率检测输出端RFOUT1、反射功率检测输出端RFOUT2、ADC采样输出端ADCOUT、衰减模块（1）、正交解调模块（2）、ADC采样模块（3）、检波模块（4）和检波模块（5）。本发明无需对气缸进行改造就能实现对气缸内等离子体阻抗变化的检测，具有造价低，结构简单和易于维护等优点，对微波点火的深入研究具有重要的推进作用。

Description

汽车微波点火阻抗测量模块
技术领域
本发明涉及射频技术应用领域，尤其是涉及一种汽车微波点火阻抗测量模块。
背景技术
科技的进步推动了射频技术向汽车点火方向的快速发展，近年来关于汽车微波点火技术的相关报道与研究也越来越多，微波对点火的促进作用也受到了越来越多人的关注。气缸内等离子体阻抗的变化，将直接影响微波点火效果。影响气缸内等离子体浓度变化的因素多种多样，不同的燃烧阶段，气缸内的等离子浓度与分布也不尽相同。因此，气缸内等离子体阻抗变化特性的研究对于推动汽车微波点火技术进一步向前快速发展具有重要的研究意义。由于气缸内等离子体阻抗的变化将直接影响微波能量的馈入，因此可通过测量点火微波能量馈入情况来研究缸内等离子体阻抗变化情况，该测量方法无需对气缸进行改造，具有结构简单、易维护等显著有点。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种汽车微波点火阻抗测量模块，通过研究汽车微波点火过程中传输进气缸内的入射功率与反射功率的变化来检测气缸内等离子体阻抗的变化。
为了解决现有技术中的问题，本发明采用了如下的技术方案：
汽车微波点火阻抗测量模块，其特征在于：包括有入射功率输入端RFIN1、反射功率输入端RFIN2、本地参考射频信号输入端LOCALIN、入射功率检测输出端RFOUT1、反射功率检测输出端RFOUT2、ADC采样输出端ADCOUT、衰减模块（1）、正交解调模块（2）、ADC采样模块（3）、检波模块（4）和检波模块（5）；所述衰减模块（1）的信号输入端与入射功率输入端RFIN1、反射功率输入端RFIN2、本地参考射频信号输入端LOCALIN连接，衰减模块（1）的信号输出端与正交解调模块（2）、检波模块（4）、检波模块（5）的信号输入端连接，检波模块（4）、检波模块（5）的信号输出端分别与入射功率检测输出端RFOUT1、反射功率检测输出端RFOUT2连接，正交解调模块（2）的信号输出端与ADC采样模块（3）的信号输入端连接，ADC采样模块（3）的信号输出端与ADC采样输出端ADCOUT连接。
所述的汽车微波点火阻抗测量模块，其特征在于：所述检测模块（4）和检测模块（5）的电路相同。
所述的汽车微波点火阻抗测量模块，其特征在于：所述入射功率检测输出端RFOUT1、反射功率检测输出端RFOUT2分别连接示波器。
所述的汽车微波点火阻抗测量模块，其特征在于：经过衰减模块（1）衰减后的信号功率在检波模块（4）和检波模块（5）的检测范围内。
所述的汽车微波点火阻抗测量模块，其特征在于：所述正交解调模块（2）的输入信号为差分信号，正交解调模块（2）中包括有巴伦电压转换模块（12），巴伦电压转换模块（12）用于控制ADC采样模块的采样芯片的工作时间与采样速率。正交解调模块的参考信号输入端连接经过衰减网络衰减后的本地参考输入信号，由于正交解调器的输入端是以差分信号的形式输入的，因此输入正交解调模块的信号应首先经过巴伦转换模块将信号转变为差分信号后才能将信号输入正交解调模块的芯片中。
所述的汽车微波点火阻抗测量模块，其特征在于：所述衰减模块（1）、正交解调模块（2）、ADC采样模块（3）、检波模块（4）和检波模块（5）的工作频段中均包含2.4GHz-2.5GHz这一频段范围。
所述的汽车微波点火阻抗测量模块，其特征在于：所述ADC采样模块（3）中的采样芯片至少包含两路差分信号输入端，分别用于采样信号的幅度和相位。
所述的汽车微波点火阻抗测量模块，其特征在于：所述ADC采样模块（3）的电路中还包括有静电保护模块（11）、去耦电容模块（13），静电保护模块（11）包括静电保护芯片，去耦电容模块（13）用于去除高频信号的噪声干扰，去耦电容模块（13）的电路中采用100nF和100uF电容的并联电路来实现去耦。
本发明利用衰减模块、正交解调模块、ADC采样模块和检波模块组成了一个监测控制气缸内等离子体阻抗变特性的系统。通过检波模块将测得的入射功率与反射功率输入示波器中，可实时观察入射波与反射波情况；通过正交解调模块和ADC采样模块采集入射信号幅度和相位、反射信号幅度和相位的信息并将该信息传入后续的数据处理单元进行数据处理。
本发明的优点是：
气缸内的等离子体阻抗变化将直接影响微波能量的馈入，若通过探针直接测量气缸内等离体阻抗变化特性将存在探针耐热度、气缸开孔位置和探针探测位置等方面的一系列问题。本发明设计的汽车微波点火阻抗测量模块，无需对发动机进行改造，通过对传输进气缸内微波能量的输入功率与反射功率的检测与采集，对采集的信息作相应的计算分析就能得到气缸内的等离子体阻抗变化情况；同时，系统可根据采集的数据信息调节输入气缸内微波能量的参数，实现微波点火的最佳燃烧性能；本发明具低成本、结构简单和易于维护等显著优点。
附图说明
图1是本发明电路的结构框图。
图2是本发明电路的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图1、2，对本发明做进一步说明。
汽车微波点火阻抗测量模块，包括有入射功率输入端RFIN1、反射功率输入端RFIN2、本地参考射频信号输入端LOCALIN、入射功率检测输出端RFOUT1、反射功率检测输出端RFOUT2、ADC采样输出端ADCOUT、衰减模块1、正交解调模块2、ADC采样模块3、检波模块4和检波模块5；所述衰减模块1的信号输入端与入射功率输入端RFIN1、反射功率输入端RFIN2、本地参考射频信号输入端LOCALIN连接，衰减模块1的信号输出端与正交解调模块2、检波模块4、检波模块5的信号输入端连接，检波模块4、检波模块5的信号输出端分别与入射功率检测输出端RFOUT1、反射功率检测输出端RFOUT2连接，正交解调模块2的信号输出端与ADC采样模块3的信号输入端连接，ADC采样模块3的信号输出端与ADC采样输出端ADCOUT连接。
其中：衰减网络1对应于电路原理图2中的模块6，正交解调网络2对应与电路原理图2中的模块7，ADC采样模块3对应于电路原理图2中的模块8，检波模块4和5分别对应于电路原理图2中模块9和10。
信号的衰减是对信号进行采样前重要的一部分。由于输入端输入功率与反射功率为频率在2.4GHz-2.5GHz范围内的1.2kW脉冲功率信号，且后级电路中的巴伦最大允许输入功率为500mW、检波模块最大允许输入功率为10mW，因此该系统对衰减网络的要求较高。正交解调模块2中包括有巴伦电压转换模块12，经过衰减后的信号应能同时满足检波模块与巴伦电压转换模块输入信号功率的要求，即讲过衰减后的信号强度不能大于10mW。
正交解调模块2用于解调将衰减后的入射功率与反射功率的幅度和相位。解调器的待输入信号以差分形式输入，经过解调后以差分形式输出，连接后面的ADC采样模块3。正交解调模块的直流电源回路接有两个100nF电容和100uF电容组成的去耦电容模块13。
ADC采样模块3采用采样率3Msp的14位采样芯片对解调信号进行采样。因在后续应用中，要求该采样模块能实现实时采集功能，因此对该采样模块的时序控制与采样速率要求要很严格。为减少电路中的电磁干扰，可通过在ADC采样输出端连接静电保护模块11的静电保护芯片提高系统的抗干扰能力。

Claims (8)

1.汽车微波点火阻抗测量模块，其特征在于：包括有入射功率输入端RFIN1、反射功率输入端RFIN2、本地参考射频信号输入端LOCALIN、入射功率检测输出端RFOUT1、反射功率检测输出端RFOUT2、ADC采样输出端ADCOUT、衰减模块（1）、正交解调模块（2）、ADC采样模块（3）、第一检波模块（4）和第二检波模块（5）；所述衰减模块（1）的信号输入端与入射功率输入端 RFIN1、反射功率输入端RFIN2、本地参考射频信号输入端LOCALIN连接，衰减模块（1）的信号输出端与正交解调模块（2）、第一检波模块（4）、第二检波模块（5）的信号输入端连接，第一检波模块（4）、第二检波模块（5）的信号输出端分别与入射功率检测输出端RFOUT1、反射功率检测输出端 RFOUT2连接，正交解调模块（2）的信号输出端与ADC采样模块（3）的信号输入端连接，ADC采样模块（3）的信号输出端与ADC采样输出端ADCOUT连接。
2.根据权利要求1所述的汽车微波点火阻抗测量模块，其特征在于：所述第一检波模块（4）和第二检波模块（5）的电路相同。
3.根据权利要求1所述的汽车微波点火阻抗测量模块，其特征在于：所述入射功率检测输出端RFOUT1、反射功率检测输出端RFOUT2分别连接示波器。
4.根据权利要求1所述的汽车微波点火阻抗测量模块，其特征在于：经过衰减模块（1）衰减后的信号功率在第一检波模块（4）和第二检波模块（5）的检测范围内。
5.根据权利要求1所述的汽车微波点火阻抗测量模块，其特征在于：所述正交解调模块（2）的输入信号为差分信号，正交解调模块（2）中包括有巴伦电压转换模块（12），巴伦电压转换模块（12）用于控制ADC采样模块的采样芯片的工作时间与采样速率。
6.根据权利要求1所述的汽车微波点火阻抗测量模块，其特征在于：所述衰减模块（1）、正交解调模块（2）、ADC采样模块（3）、第一检波模块（4）和第二检波模块（5）的工作频段中均包含 2.4GHz-2.5GHz这一频段范围。
7.根据权利要求1所述的汽车微波点火阻抗测量模块，其特征在于：所述ADC采样模块（3）中的采样芯片至少包含两路差分信号输入端，分别用于采样信号的幅度和相位。
8.根据权利要求1所述的汽车微波点火阻抗测量模块，其特征在于：所述ADC采样模块（3）的电路中还包括有静电保护模块（11）、去耦电容模块（13），静电保护模块（11）包括静电保护芯片，去耦电容模块（13）用于去除高频信号的噪声干扰，去耦电容模块（13）的电路中采用100nF和100uF电容的并联电路来实现去耦。
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