CN111121988B - 适用于v型发动机连杆轴瓦的测温装置及测温方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种适用于V型发动机连杆轴瓦的测温装置及测温方法，同一个曲轴档内安装有发送天线、采集器以及两个测温传感器；发送天线分别与测温传感器、采集器通讯连接；所述采集器与测温传感器通讯连接；将测温传感器安装于V型发动机每个连杆大端上，利用测温传感器测量轴瓦的温度；根据测温传感器的谐振频率段的范围将测温传感器分为多类，且各类测温传感器的频率段互不重叠，有效解决了相邻连杆轴瓦温度测量测温传感器间相互干扰的问题；将采集器按照排列的顺序依次工作有效解决了相邻采集器间相互干扰的问题，本发明解决了现有技术中安装要求苛刻的不足，有效实现了V型发动机连杆轴瓦温度测量，且安装方便，测温准确。

Description

适用于V型发动机连杆轴瓦的测温装置及测温方法

技术领域

本发明涉及温度测量技术领域，具体地，涉及一种适用于V型发动机连杆轴瓦的测温装置及测温方法。

背景技术

连杆轴瓦是发动机重要零部件之一，其工作状态的好坏直接影响到发动机性能及运行的安全性，其故障发现不及时将会导致发动机曲轴报废、机体严重变形等后果。对连杆轴瓦温度的直接测量方法主要是利用无线无源的声表面波测温的技术，该技术如图2所示，该测量系统主要包括采集器、发送天线、传感器天线、压电晶体和发射栅体几部分。由采集器控制发送天线发射无线信号至测温传感器，由于外界温度变化导致压电晶体发生变化，测温传感器将经过发射栅条后的无线信号反馈回采集器，采集器对该信息进行解读得到测温传感器处的温度值。

声表面波测温技术分为时延式和谐振式两种，时延式测温通过测算图2所示的发送信号和返回信号之间的延迟时间，该延迟时间与测温传感器处温度的变化具有良好的线性关系；谐振式测温方式依靠采集器发送一固定谐振频率的无线信号至测温传感器，该信号经过测温传感器内部传递后返回一信号至采集器，采集器对该返回信号进行解析处理得到该返回信号的谐振频率的偏移量，该谐振偏移量与测温传感器处温度的变化具有良好的线性关系。两种办法相比，时延式测温往往信号更加稳定，但对发送天线与传感器天线之间的距离要求极高，谐振式测温测量更方便，精度更高，发送天线与传感器天线之间可以选择较远的距离。

目前，应用声表面波测温技术进行连杆轴瓦温度测量的案例还非常少，其中一个主要原因便是柴油机内部复杂的结构和连杆的往复运动，对无线信号的稳定性影响较大，特别是对于V型双列发动机，其内部结构更加复杂，且同一个曲轴档内需要同时安装两个连杆轴瓦测温传感器，对保证测温传感器信号强度的稳定形成了巨大的挑战。

目前，国外仅有康斯伯格海事公司的产品成功被应用，但是该公司产品利用时延式测温方法，对测温传感器和天线之间的安装要求非常高，如图3所示，此外，康斯伯格海事公司的产品要求每个测温传感器都需对应一个天线，这导致其在实机应用过程中安装难度增大，特别是在日益紧凑化的V型机中进行应用，每一档内部都需要安装两个测温传感器和发送天线，并符合图3中的安装要求，实际应用中这是非常困难的。

国内对利用声表面测温技术进行发动机连杆轴瓦温度监测方面，尚处于起步阶段，无稳定成熟的产品进行成功推广和应用，更未有可推广应用于V型发动机的产品。北京化工大学也在一台V型发动机上进行了连杆轴瓦温度测量的研究，但是根据论文显示，其对该技术的应用也处于摸索验证阶段，其他科研院所和大学也对声表面波测温技术进行了研究，但是都未针对V型发动机提出明确的连杆轴瓦温度测量装置和方法。

目前，国内外在利用声表面测温技术进行发动机连杆轴瓦温度监测过程中解决多信号干扰的方案还存在很多的不足，一方面，国外同类产品在安装上具有极高的要求，如康斯伯格海事公司产品由于利用时延式测温方法，对测温传感器与发送天线之间既有距离要求，又有角度要求，同时还对测温传感器与发送天线的轴线距离提出了要求，这在实际应用中，考虑到日益紧凑的发动机结构，其安装难度非常大；另一方面，康斯伯格海事公司的产品每个测温传感器必须对应一个接收天线，进一步增加安装难度，同时增加了设备的成本。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种适用于V型发动机连杆轴瓦的测温装置及测温方法。

根据本发明提供的一种适用于V型发动机连杆轴瓦的测温装置，同一个曲轴档内安装有采集器、发送天线以及两个测温传感器；

所述发送天线分别与测温传感器、采集器通讯连接；

所述采集器与测温传感器通讯连接。

优选地，所述测温传感器与发送天线的距离小于0.5m。

优选地，所述采集器上设置有射频信号接口；

所述发送天线通过射频信号接口与采集器电连接。

优选地，所述测温传感器的谐振频率段在424MHz到442MHz之间；

将所述测温传感器分为多类，且各类测温传感器的频率段互不重叠；

每类测温传感器对应一个频率段。

优选地，所述测温传感器分为12类，测温传感器按照频率段从低到高依次标记为S01、S02、……、S12；

所述同一曲轴档内安装的两个测温传感器的频率段不能为相邻的频率段。

优选地，每两个相邻的曲轴档内安装的四个测温传感器中，其中，任意两个测温传感器的频率段不相邻。

优选地，所述测温传感器包括传感器芯片以及传感器天线；

所述传感器天线安装有相匹配的电感或电容。

优选地，对所述不同的曲轴档内的采集器进行排序，标记为1、2、3、……、n；

所述不同的曲轴档内的采集器按照排列顺序依次进行工作，避免不同的曲轴档内的采集器在同一时间段内工作造成干扰。

优选地，还包括控制端；

所述控制端与采集器通讯连接。

根据本发明提供的一种适用于V型发动机连杆轴瓦的测温方法，采用所述的适用于V型发动机连杆轴瓦的测温装置，包括如下步骤：

步骤一：将测温传感器安装于V型发动机每个连杆大端上，利用测温传感器对连杆轴瓦温度进行测量；根据所述测温传感器的谐振频率段的范围将所述测温传感器分为多类，且各类测温传感器的频率段互不重叠，每类测温传感器对应一个频率段；其中，所述同一曲轴档内安装的两个测温传感器的频率段不能为相邻的频率段，每两个相邻的曲轴档内安装的四个测温传感器中，任意两个测温传感器的频率段不相邻；

步骤二：将每个曲轴档内安装一个发送天线，并将发送天线安装到V型发动机上预设的安装孔内，所述测温传感器与发送天线之间的距离小于0.5m，所述测温传感器与发送天线通讯连接；

步骤三：将发送天线通过线缆与采集器连接，所述采集器与控制端连接，其中，所述不同的曲轴档内的采集器按照排列的顺序依次工作且不在同一时间段内工作。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明解决了现有技术中对测温传感器与发送天线之间安装距离要求苛刻的缺点，且对测温传感器与发送天线没有安装的角度要求、轴线距离要求，安装方便，测温准确。

2、通过对测温传感器按照谐振频率段进行分类的方式有效解决了相邻连杆轴瓦温度测量传感器间相互干扰的问题，实用性强。

3、通过给传感器天线安装相匹配的电感或电容，有效解决了同一曲轴档内测温传感器信号强度的问题。

4、通过将多个采集器排序运行的方式有效解决了相邻采集器间相互干扰的问题。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明的结构示意图；

图2为无线无源声表面波测温技术原理图；

图3为康斯伯格海事公司对测温传感器和天线安装要求示意图；

图4为测温传感器内部信号传递原理图；

图5为A列测温传感器内部天线回波损耗示意图；

图6为B列测温传感器内部天线回波损耗示意图；

图7为V型发动机连杆布置示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

根据本发明提供的一种适用于V型发动机连杆轴瓦的测温装置，如图1所示，同一个曲轴档内安装有两个测温传感器、发送天线以及采集器；所述发送天线分别与测温传感器、采集器通讯连接；所述采集器与测温传感器通讯连接；实际运行中，每个采集器同时处理与A、B两列两个测温传感器的信号信息。

具体地，还包括控制端，所述控制端与采集器通讯连接，采集器采集到的测温信息传输给控制端，通过控制端显示的数据了解整个V型发动机内部的温度变化情况，有利于发动机的保养和维修。

具体地，测温传感器安装于每个连杆大端上，测温传感器底部测温面可直接接触到轴瓦背面，因此该装置可以直接对连杆轴瓦温度进行测量。每个曲轴档内仅需要安装一个发送天线，可以在V型发动机机体上依靠预先加工好的安装孔进行安装，在考虑运行安全性和安装方便性的前提下，对安装距离无严格要求，所述测温传感器与发送天线的距离小于0.5m即可满足要求，因此本发明解决了现有技术中对测温传感器与发送天线之间安装距离要求苛刻的缺点，且对测温传感器与发送天线没有安装的角度要求、轴线距离要求，安装方便，测温准确。

具体地，所述采集器上设置有射频信号接口，所述发送天线通过射频信号接口与采集器电连接，更具体地，所述每一个曲轴档内安装的发送天线通过线缆连接到对应采集器的射频信号接口，采集器通过对发送天线接收到的测温传感器频率信号进行解析，得到测温传感器底部测温面的温度值。

具体地，对于V型发动机，如图7所示，连杆轴瓦测温传感器安装于每根连杆的大端，因此A、B两列连杆上相对应的A、B两个测温传感器之间距离非常近，本发明针对V型发动机的连杆轴瓦测温传感器，所述测温传感器的谐振频率段在424MHz到442MHz之间，将所述测温传感器分为多类，且各类测温传感器的频率段互不重叠；每类测温传感器对应一个频率段。

具体地，在一个优选例中，所述测温传感器分为12类，每类测温传感器的频率段互不重叠，测温传感器按照频率段从低到高依次标记为S01、S02、……、S12；所述同一曲轴档内安装的两个测温传感器的频率段不能为相邻的频率段；同时为防止V型发动机中多个测温传感器同时运行时，相邻测温传感器之间的相互干扰，本连杆轴瓦温度测量装置在测温传感器安装排序上需保证同一曲轴档内的测温传感器类型间隔大于1，即同一曲轴档内一个测温传感器为S04，则在该曲轴档内另外一个测温传感器只能从除S03和S05之外的9种测温传感器中选择。

更进一步地，为避免测温传感器之间的相互干扰，每两个相邻的曲轴档内安装的四个测温传感器中，任意两个测温传感器的频率段不能为相邻的频率段，有效保证相邻缸连杆轴瓦温度测量传感器之间不会发生相互干扰，通过对测温传感器按照谐振频率段进行分类的方式有效解决了相邻连杆轴瓦温度测量传感器间相互干扰的问题，实用性强。

具体地，本连杆轴瓦温度测量装置在V型发动机同一曲轴档内，一个发送天线对应A、B两列两个测温传感器，由于V型发动机结构的原因，A列连杆大端比B列连杆大端更接近机体壁面，导致B列测温传感器距离发送天线距离大于A列测温传感器距离发送天线的距离，因此A列测温传感器信号往往比较容易实现较好的信号强度，但是A列测温传感器信号强度过强又可能对B列测温传感器造成干扰。测温传感器内部信号传递关系如图4所示，所述测温传感器包括传感器芯片以及传感器天线，当传感器芯片的谐振频率与传感器天线谐振频率匹配较好时，才能够保证信号传递效率更高，测温传感器信号更好，在一个优选例中，所述传感器天线安装有相匹配的电感或电容，通过在传感器天线匹配合适的电感或者电容来提高信号传递效率。

进一步地，当测温传感器信号传递效率提高时，会导致信号有效带宽的减小，本发明对A、B两列传感器天线通过匹配合适的电感和电容，使A、B两列测温传感器内部的传感器天线的回波损耗曲线存在一定差异，A列测温传感器内部的传感器天线回波损耗绝对值更小，信号传递效率低，但是信号频带更宽，更容易达到稳定的信号；B列测温传感器内部的传感器天线回波损耗绝对值更大，信号传递效率更高，信号强度更好，但是信号频带更窄。针对A、B两列连杆上应用时的传感器内部天线回波损耗调整方案如图5、图6所示，通过合适的匹配，A列测温传感器内部传感器天线在有效范围范围内回波损耗的绝对值都在5dB左右，如图5所示，应用该方案的A列测温传感器信号强度远弱于B列测温传感器，但是由于在V型发动机内部A列连杆大端与机体壁面较近，因此也能够满足其信号强度的要求，并且不会对B列测温传感器信号造成干扰。

更进一步地，通过合适的匹配，B列测温传感器内部传感器天线在有效范围内存在回波损耗值达到20dB的一段范围，如图6所示，在该频率段内测温传感器传递效率较高，能够保证测温传感器有较好的信号强度，同时由于实际运行中距离接收天线较远，在保证自身信号的前提不会对A列测温传感器造成干扰。但是该方案导致测温传感器内部传感器天线有效频带的缩减，在实际应用中通过调整有效频段的具体适用范围来实现与传感器芯片谐振频的匹配，有效解决了同一曲轴档内测温传感器信号强度的问题。

具体地，由于采集器在接收测温传感器反馈的温度信号的同时，还具备向外发射信号的功能，因此当该装置在V型发动机上应用时，便存在采集的信号被相邻采集器接收导致信号错乱，因此本连杆轴瓦温度测量的装置在程序上使多个采集器按照顺序进行轮流工作，有效防止不同采集器间的相互干扰。

进一步地，对所述不同的曲轴档内的采集器进行排序，标记为1、2、3、……、n；所述不同的曲轴档内的采集器按照排序的顺序进行工作，避免不同的曲轴档内的采集器在同一时间段内工作造成干扰。连杆轴瓦温度测量装置在首次启动运行后，会根据采集器的物理ID进行排序，将其编号为1到n(n为实际的采集器数量)，然后从采集器1到采集器n，每个采集器依次运行，在当前采集器运行时，其他采集器都处于待机状态不进行信号的接收和发送，有效防止相邻采集器之间的相互干扰。通过将多个采集器排序运行的方式有效解决了相邻采集器间相互干扰的问题。

具体实施例：

利用本方案，对某型12缸V型发动机的各缸连杆轴瓦温度进行测量，测温传感器一共分为12类，共分为12个测温传感器类型，每个类型的测温传感器都有自己固定的谐振频率点，并进行了合理的频段分布，测温传感器安装排序如下：

按照上表的安装明细，将12个不同类型的测温传感器安装到对应缸连杆大端，将发送天线安装到机体内壁面靠近A列连杆大端的位置。同时安装6个采集器，按照表中序号修改采集器的地址。

A列测温传感器内部天线通过电感、电容的匹配，使其有效频带覆盖12个测温传感器的谐振频率范围，但是信号强度较弱，在实际运行时，依靠A列更加靠近机体壁面的优势，使其与发送天线距离更近，从而保证信号稳定可靠。

B列测温传感器内部天线通过电感、电容的匹配，使其在有效频带内存在信号强度非常强的一部分频带，然后通过将B列测温传感器谐振频率与该部分频带的匹配，即使B列测温传感器与发送天线较远，也能实现B列测温传感器信号的稳定可靠。

首次启动该V型发动机连杆轴瓦稳定测量装置时，采集器按照设定好的序号进行连续工作，成功实现对各缸连杆轴瓦温度的测量。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (4)

1.一种适用于V型发动机连杆轴瓦的测温装置，其特征在于，同一个曲轴档内安装有采集器、发送天线以及两个测温传感器；

所述发送天线分别与测温传感器、采集器通讯连接；所述采集器与测温传感器通讯连接；

所述测温传感器与发送天线的距离小于0.5m；

所述采集器上设置有射频信号接口；所述发送天线通过射频信号接口与采集器电连接；

所述测温传感器的谐振频率段在424MHz到442MHz之间；将所述测温传感器分为多类，且各类测温传感器的频率段互不重叠；每类测温传感器对应一个频率段；

所述测温传感器分为12类，测温传感器按照频率段从低到高依次标记为S01、S02、……、S12；所述同一曲轴档内安装的两个测温传感器的频率段不能为相邻的频率段；

每两个相邻的曲轴档内安装的四个测温传感器中，其中，任意两个测温传感器的频率段不相邻；

对不同的曲轴档内的采集器进行排序，标记为1、2、3、……、n；所述不同的曲轴档内的采集器按照排列顺序依次进行工作，避免不同的曲轴档内的采集器在同一时间段内工作造成干扰。

2.根据权利要求1所述的适用于V型发动机连杆轴瓦的测温装置，其特征在于，所述测温传感器包括传感器芯片以及传感器天线；所述传感器天线安装有相匹配的电感或电容。

3.根据权利要求1所述的适用于V型发动机连杆轴瓦的测温装置，其特征在于，还包括控制端；所述控制端与采集器通讯连接。

4.一种适用于V型发动机连杆轴瓦的测温方法，其特征在于，采用权利要求1至3任一项所述的适用于V型发动机连杆轴瓦的测温装置，包括如下步骤：

步骤一：将测温传感器安装于V型发动机每个连杆大端上，利用测温传感器对连杆轴瓦温度进行测量；根据所述测温传感器的谐振频率段的范围将所述测温传感器分为多类，且各类测温传感器的频率段互不重叠，每类测温传感器对应一个频率段；其中，所述同一曲轴档内安装的两个测温传感器的频率段不能为相邻的频率段，每两个相邻的曲轴档内安装的四个测温传感器中，任意两个测温传感器的频率段不相邻；

步骤二：将每个曲轴档内安装一个发送天线，并将发送天线安装到V型发动机上预设的安装孔内，所述测温传感器与发送天线之间的距离小于0.5m，所述测温传感器与发送天线通讯连接；

步骤三：将发送天线通过线缆与采集器连接，所述采集器与控制端连接，其中，所述不同的曲轴档内的采集器按照排列的顺序依次工作且不在同一时间段内工作。

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