CN111638058A - 一种装甲装备发动机便携式检测诊断仪及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种装甲装备发动机便携式检测诊断仪，包括：电源模块；以及数字信号处理模块，其与所述电源模块相连接，用于模拟量的实时处理、标定、参数计算；微控制器模块，其与所述电源模块和数字信号处理模块相连接，用于对模拟量的计算和处理。本发明还公开了一种装甲装备发动机便携式检测诊断仪的检测方法，包括如下步骤：步骤1、采集转速信号、振动加速度信号、流量信号、温度信号、进气压力信号、进气阻力信号、废气压力信号、供油压力信号、起动电流和起动电压；步骤2、以转速信号为触发，对其它信号进行整周期截取，根据各类信号的特征值或指标进行状态检测和故障诊断，能够根据车辆的多种参数对发动机的故障进行检测和判断。

Description

一种装甲装备发动机便携式检测诊断仪及其检测方法

技术领域

本发明涉及装甲装备检测技术领域，更具体的是，本发明涉及一种装甲装备发动机便携式检测诊断仪及其检测方法。

背景技术

随着科学技术的发展，装甲装备的技术复杂程度不断增强，使得装备的保障任务更加艰巨。在对装备进行维修、故障判别过程中要求检测仪器不仅能够单独测量某个量，更希望它们之间能够互相通讯，实现资源共享，从而完成对被测量系统的综合分析、评估，得出正确的判断。

发动机作为装甲装备的动力装置，其技术状态对于整个车辆的性能具有重要的影响。因此实施发动机的有效监测，及时发现并排除故障，对于维护发动机的良好工作状态具有重要意义。12150L系列发动机是装甲装备中配备较为广泛的一种机型，为大功率风冷柴油机。但是12150L系列发动机在检测维修时缺少专业的检测仪表，在检测时维修人员需要参考维修手册进行故障判断。显然这并不适合野外条件下装备维修的特点。

目前针对装甲装备已开发出不同功能及形式的检测仪，其中主要的两种检测仪是“发动机检测仪”和“基于工控机的发动机检测仪”。但是这两种检测仪基本上都存在共同的缺点：不完全适合12150L系列发动机的数据采集、分析和故障诊断。其中，“发动机检测仪”是作为一种独立仪器存在，不能够充分利用计算机的资源，不能做到与计算机的互联，不适应网络化分析要求，而且不具有完善的故障诊断功能。“基于工控机的发动机检测仪”也具有类似的问题。为此开发适合12150L系列发动机特点的可独立使用又可以与计算机互联的便携式检测诊断系统具有重要的意义。

另外基于12150L系列发动机的便携式检测诊断系统的研究，可以对开发适应野外条件下装备性能快速分析诊断的便携式系统进行必要的探索，为综合便携式网络化智能平台的开发奠定技术基础和知识储备。

发明内容

本发明的目的是设计开发了一种装甲装备发动机便携式检测诊断仪，以DSP和微处理器结合构成数据采集控制器，并作为数据处理终端，实现对12150L系列发动机的多参数的数据采集和处理，并将处理结果实时传递到微处理器；微处理器将结果传递给LCD显示屏或将结果通过USB接口传递给上位计算机，同时该CPU还负责键盘扫描和控制DSP工作，实现了对装甲装备发动机的便携式检测。

本发明的另一个目的是设计开发了一种装甲装备发动机便携式检测诊断仪的检测方法，能够通过对发动机转速、振动加速度、燃油流量、起动电流、起动电压、排气温度、进气压力、进气阻力、废气压力和供油压力的测量，对发动机的故障进行检测和判断。

本发明提供的技术方案为：

一种装甲装备发动机便携式检测诊断仪，包括：

电源模块；以及

数字信号处理模块，其与所述电源模块相连接，用于模拟量的实时处理、标定、参数计算；

微控制器模块，其与所述电源模块和数字信号处理模块相连接，用于对模拟量的计算和处理；

其中，所述微控制器模块包括：

微处理器；

电子盘，其与所述微处理器相连接；

显示器，其与电源模块和微处理器相连接；

I/O扩展器，其与所述微处理器和所述信号调理模块相连接；

键盘，其与所述I/O扩展器相连接；

外部控制器，其与所述微处理器可断开的连接；

实时时钟，其与所述微处理器相连接；

三路定时/计数器，其与所述微处理器和信号调理模块相连接，所述三路定时/计数器的两路用来测速，另外一路为所述信号调理模块提供时钟基准。

优选的是，还包括：

信号调理模块，其与所述电源模块和数字信号处理模块相连接，用于对所述发动机的多种参数信号的放大、滤波和整形。

优选的是，所述电源模块、数字信号处理模块和微控制器模块通过内部总线相连接。

优选的是，所述电源模块包括蓄电池和交流电源。

优选的是，所述数字信号处理器模块包括：

DSP芯片，其与所述微处理器相连接；

模数转换器，其与所述信号调理模块和DSP芯片相连接；

数模转换器，其与所述信号调理模块和DSP芯片相连接；

数据存储器，其与所述DSP芯片相连接。

优选的是，所述数字信号处理模块和微控制器模块通过HPI接口相连接。

优选的是，还包括：

发动机转速传感器，其检测端与发动机飞轮的轮齿相对设置；

振动传感器，其固定在发动机机体上；

流量传感器，其设置在输油泵与高压油泵之间的供油管路中；

温度传感器，其检测端设置在发动机排烟口内；

第一压力传感器，其设置在发动机进气道的检查孔上，用于进气压力的检测；

第二压力传感器，其设置空气滤清器和蜗轮增压器之间的发动机进气道上，用于进气阻力的检测；

第三压力传感器，其设置在曲轴箱通气管上，用于废气压力的检测；

第四压力传感器，其设置在输油泵与高压油泵之间的供油管路中，用于供油压力的检测；

电流传感器，其检测端设置在蓄电池的输出电缆正线上；

电压传感器，其检测端与车辆的蓄电池接线端子相连接；

其中，所述发动机转速传感器、振动传感器、流量传感器、温度传感器、第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、第四压力传感器、电流传感器和电压传感器均与所述信号调理模块相连接。

优选的是，所述模拟量包括：发动机转速、机体振动、燃油流量、供油压力、进气压力、进气阻力、曲轴箱废气压力、气缸压缩压力、排气温度、起动电流和起动电压。

一种装甲装备发动机便携式检测诊断仪的检测方法，使用所述的装甲装备发动机便携式检测诊断仪，包括如下步骤：

步骤1、采集转速信号、振动加速度信号、流量信号、温度信号、进气压力信号、进气阻力信号、废气压力信号、供油压力信号、起动电流和起动电压；

步骤2、以转速信号为触发，对其他信号进行整周期截取，根据各类信号的特征值或指标进行状态检测和故障诊断；

其中，所述故障诊断标准为：

振动特征值低于机体振动标准值，流量特征值低于燃油流量标准值，排气温度特征值低于排气温度标准值，进气压力特征值低于进气压力标准值，进气阻力特征值高于进气阻力标准值，废气压力特征值高于废气压力标准值，供油压力特征值低于供油压力标准值，起动电流特征值低于一个周期内的起动电流平均值的10％，起动电压特征值低于起动电压标准值；

振动特征值满足：

式中，V_rms为振动特征，N为采样点数，V_bi为振动加速度值；

所述振动加速度值满足：

V_bi＝V_i×S；

式中，V_i为第i次采集的振动加速度信号，S为振动传感器的灵敏度；

流量特征值满足：

式中，Q_m为流量特征值，Q_i为第i次采集的流量信号；

所述第i次采集的流量信号满足：

Q_i＝0.00010113f+0.0012059；

式中，f为动态流量传感器输出的频率信号；

起动电流特征值为一个周期内的电流信号根据发动机的气缸数进行等分后的各段峰值；

起动电压特征值为蓄电池的端电压；

排气温度特征值、进气压力特征值、进气阻力特征值和废气压力特征值均为一个周期内的信号均值。

优选的是，所述机体振动标准值为15.0-25.0g，所述燃油流量标准值为3.5-4.0ml/s，所述排气温度标准值为75.0-78.0℃，所述进气压力标准值为30.0-37.0KPa，所述进气阻力标准值为4.0-4.5KPa，所述废气压力标准值为20.0-25.0KPa，所述供油压力标准值为60.0-65.0KPa，所述起动电压标准值为23V。

本发明所述的有益效果：

本发明设计开发的一种装甲装备发动机便携式检测诊断仪，以DSP和微处理器结合构成数据采集控制器，并作为数据处理终端，实现对发动机的多参数的数据采集和处理，并将处理结果实时传递到微处理器；微处理器将结果传递给LCD显示屏或将结果通过USB接口传递给上位计算机，同时该CPU还负责键盘扫描和控制DSP工作，实现了对装甲装备发动机的便携式检测，采用模块化结构设计，能够方便的实现硬件系统的故障分析和定位。

本发明设计开发的一种装甲装备发动机便携式检测诊断仪的检测方法，能够通过对发动机转速、振动加速度、燃油流量、起动电流、起动电压、排气温度、进气压力、进气阻力、废气压力和供油压力的测量，对发动机的故障进行检测和判断。

附图说明

图1为本发明所述的一种针对装甲装备发动机便携式检测诊断仪的结构原理图。

图2为本发明所述的电源模块的控制电路框图。

图3为本发明所述的微处理器模块的控制电路框图。

图4为本发明所述的为电子盘与单片机的接口电路示意图。

图5为本发明所述的数字信号处理器模块的控制电路框图。

图6为本发明所述的为ADC与DSP芯片的接口电路示意图。

图7为本发明所述的单片机与DSP芯片的接口电路示意图。

图8为本发明所述的为HPI接口内部逻辑示意图。

图9为本发明所述的转速信号调理模块的电路结构图。

图10为本发明所述的流量信号调理模块的电路结构图。

图11为本发明所述的振动加速度信号调理模块的电路结构图。

图12为本发明所述的一种针对装甲装备发动机便携式检测诊断仪的整体连接结构示意图。

图13为本发明所述的发动机机体振动加速度信号示意图。

图14为本发明所述的发动机燃油流量信号示意图。

图15为本发明所述的加速过程转速曲线示意图。

图16为本发明所述的发动机起动电流信号示意图。

图17为本发明所述的起动电压信号示意图。

图18为本发明所述的排气温度信号示意图。

图19为本发明所述的进气压力信号示意图。

图20为本发明所述的进气阻力信号示意图。

图21为本发明所述的废气压力信号示意图。

图22为本发明所述的供油压力信号示意图。

具体实施方式

下面结合对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

如图1所示，本发明提供的一种装甲装备发动机便携式检测诊断仪主要用于12150L系列发动机的检测诊断。所述检测诊断仪主要由电源模块110、内部总线120、数字信号处理(DSP)模块130、微处理器模块140、扩展I/O模块150、存储模块160、显控模块170、通讯模块180和信号调理模块190构成，数据通信方式采用内部总线设计，系统状态的显示、数据采集和分析结果由按键显控模块170显示，由通讯模块180实现所述检测诊断仪与通用计算机181相连，实现数据上传和在通用计算机181控制下进行数据采集。

其中，所述检测诊断仪的所有模块的功能如下：DSP模块130和微处理器模块140采用8位内部总线互联，同时内部总线120还为所有模块提供数据通道，内部总线120由微处理器模块140管理，通过地址编码对各功能模块和DSP模块130进行访问；电源模块110负责为检测诊断仪提供足够的电力供应，该模块能够实现两种供电方式：交流供电或内置的电瓶供电，实现自动供电形式切换(优先采用交流供电)，并且在电源模块中内置充电器，外接电源时可自动为电平充电；DSP模块130为检测诊断仪的核心模块，内部集成DSP、A/D、D/A、扩展RAM、电压基准源以及线性稳压器等单元电路，主要实现模拟量的采集、实时处理、标定、参数计算等功能；通讯模块180主要是通过USB接口实现检测诊断仪能够和通用计算机181相连，在通用计算机181控制下对数据的动态分析和诊断；扩展I/O模块150主要实现定时、计数和数字I/O等方面的功能，可用来完成发动机系统的测频、测速以及开关量检测等方面的应用；微处理器模块140实现对检测诊断仪的控制、计算和处理等任务，是系统的控制核心；存储模块160主要是通过电子盘在功能上实现对采集的数据储存或将通用计算机181通过USB传输的数据保存起来；显控模块170主要实现检测诊断仪作为独立设备使用时，系统状态的显示和分析结果的显示，以及通过键盘控制整个检测诊断仪的运行；信号调理模块190采用独立形式设计，能够根据发动机参数测量的特点，实现对信号必要的放大、滤波和整形。

如图2所示，本发明所述的电源模块110包括蓄电池119b和交流电源119a，在本实施例中，蓄电池119b为6V蓄电池，在充满电时可保证使用6小时；交流电源119a为220V交流电，电源模块110内部有自动切换电路114，当两种电源同时有电时，系统自动选择220V交流电源供电；交流电经AC-DC变换电路111变换成6V直流电，然后与蓄电池119b的直流电共同进入自动切换电路114，自动切换电路114输出的6V直流电再进入第一DC-DC电路116变换出±15V的直流电，再经第一线性稳压器115产生供各模块使用的低纹波±12V直流电压，连通到振动传感器、流量传感器、电流传感器和电压传感器；另一路6V直流电经第二DC-DC电路117产生+24V的直流电压供给第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器和第四压力传感器，自动切换电路114输出的6V直流电压经第二线性稳压器112产生稳定的+5V电压经滤波后供给单片机141和DSP芯片137，另一路直流电压经第三线性稳压器113产生一路5V直流电压供给显控模块170。

如图12所示，本发明提供的一种装甲装备发动机便携式检测诊断仪还包括多个传感器200，具体包括：发动机转速传感器201、振动传感器202、流量传感器203、温度传感器、第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、第四压力传感器、电流传感器和电压传感器(图中均未示出)。

其中，发动机转速传感器201的检测端与发动机飞轮的轮齿相对设置；在本实施例中，发动机转速传感器201选择电磁式转速传感器，电磁式传感器对环境条件要求不高，能在-150～+90℃的温度下工作，不影响测量精度，也能在油、水雾、灰尘等条件下工作；在另一种实施例中，转速测量时直接使用车载转速传感器，拔下转速传感器接头，然后将检测诊断仪转速接头与车载转速传感器相连；发动机转速作为检测诊断仪采集的触发信号，用于采集发动机在一个工作周期内的其它信号；振动传感器202通过强力磁铁固定在发动机机体上，用以监测发动机的振动强度；在本实施例中，振动传感器202采用YD-36型压电加速度传感器；流量传感器203设置在输油泵与高压油泵之间的供油管路中；在本实施例中，振动传感器采用CLG-4型涡轮式流量计；温度传感器的检测端设置在发动机排烟口内；在本实施例中，温度传感器采用热敏电阻传感器；第一压力传感器，其设置在车辆进气道的检查孔上，用于进气压力的检测；第二压力传感器，其设置空气滤清器和蜗轮增压器之间的车辆进气道上，用于进气阻力的检测；第三压力传感器，其设置在曲轴箱通气管上，用于曲轴箱废气压力的检测；第四压力传感器，其设置在输油泵与高压油泵之间的供油管路中，用于供油压力的检测；在本实施例中，第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器和第四压力传感器均为CEMPX7HV2GSM2型压阻式压力传感器，该传感器与变送器为一体；电流传感器，其检测端设置在蓄电池119b的输出电缆正线上，起动电流测量时电流传感器夹持在蓄电池119b的输出电缆正线上，使其从电流传感器的导磁环中间穿出，保证电流方向与电流传感器上的标识箭头方向一致；电压传感器的检测端与车辆的蓄电池119b接线端子相连接；如表一所示，为本发明所述的检测诊断仪检测参数体系评判标准：

表一 检测诊断仪检测参数体系评判标准

如图3所示，所述微处理器模块140包括：微处理器137、锁存器142、译码器143、电子盘160、I/O扩展器150、键盘172、随机存取存储器146、实时时钟173、三路定时/计数器144、显示接口171和通讯模块180，其中，在本实施例中微处理器137为8位单片机，单片机的P0口作为数据总线，电子盘160、I/O扩展器150、随机存取存储器146和三路定时/计数器144均通过数据总线与单片机相连接，因为系统进行数据采集和分析运算时要占用大量内存空间，所以扩展了一片RAM芯片作为随机存取存储器146；在单片机上具有USB接口，用于连接外部控制器，显示接口171用于连接显示器，键盘172通过I/O扩展器150与微处理器137相连接；由于单片机在访问外部设备和外部RAM时采用总线式输出方式，为了将地址和数据信息区分开，在P0口外加装锁存器142，将地址信息的低八位锁存后输出；译码器143进行地址译码，三路定时/计数器144，其中两路用来测速，一路用来输出固定分频的方波信号，提供时钟基准；实时时钟173为系统的运行提供时间基准；如图4所示，为电子盘160与单片机的接口电路示意图，在本实施例中，电子盘160为Flash电子盘，具体的连接方式为：Flash电子盘直接通过八根数据总线挂接到单片机的数据总线上，再加上三根地址线以及两根片选线即可。

如图5所示，DSP模块130包括：扩展存储器132、线性稳压器133、模数转换器(ADC)134、数模转换器(DAC)135和DSP芯片137，其中，在本实施例中DSP芯片137为16位定点DSP芯片TMS320VC5402PGA100，ADC134为14位串行接口A/D，如图6所示，为ADC134与DSP芯片137的接口电路示意图。扩展存储器132、ADC134和DAC135均通过线性稳压器133与DSP芯片137相连接，因此，DSP芯片137最小系统只扩展了一个外部RAM和串行ADC134和DAC135，构成了一个完善的数据采集和分析系统。因为采用了单片机控制整个系统得运行，这样不仅大大简化了DSP芯片137及其外围电路的设计，同时也解放了DSP芯片137，使DSP芯片137可以全速执行运算任务。

如图7所示，在本发明中所述的单片机通过HPI接口131与DSP芯片137相连接，从而管理DSP芯片137的运行，包括程序下载以及DSP自举、DSP运行控制和结果读取等，单片机P0口作为数据总线通过电平转换145直接接HPI接口131的数据总线，单片机扩展总线采用复用方式，P0口通过锁存器142产生低8位地址线，AD0接HR/W，作为读写控制线；AD1接HBIL，做为字节辨识；AD2，AD3分别接HCNL1和HCNL0，负责对HPI内部三个寄存器寻址，高四位地址线A12-A15接3-8译码器74HC138将高32K的地址空间划分为8个部分，取其中的一个片选线接HCS；HPI接口131由一个双向8位数据总线和一系列控制信号线构成，如图8所示，为HPI接口131内部逻辑示意图，一个16位的字分成两个字节传输，输入信号HBIL决定了高低字节。通用计算机181与HPI接口131通过三个寄存器通信：地址寄存器HPIA、数据寄存器HPID、控制寄存器HPIC。其中HPIC可由主机和DSP访问，HPIA和HPID只能由主机访问。

如表二所示，HPI8引脚功能。

表二 HPI8引脚功能

单片机对DSP芯片137的读写通过地址映射的方式进行，如表三所示，为地址分配表。

表三 在主机系统中定义HPI寄存器

HPI的自动累加模式提供了便捷的数据访问方式，当HCNTL0＝1而HCNTL1＝0时，启动该模式，在每次HPI的读写中HPIA自动累加。在地址自动累加的模式中，每读取一个数据后，HPIA后加一，而每写一个数据，HPIA先加一，所以在向指定地址写数据时应将目的地址(hpi_add)设置为hpi_add-1。

用地址自动累加方式从HPI读数据到本地数组hpi_data_bak的程序段：

unsigned int hpi_data_bak[]；

//从DSP读出数据

void read_hpi(unsigned int hpi_add,unsigned int hpi_data_longth)

{

char*hp；

unsigned int si；

XBYTE[HPIC1W]＝0x0；

XBYTE[HPIC2W]＝0x0；

XBYTE[HPIA1W]＝hpi_add/256；

XBYTE[HPIA2W]＝hpi_add％256；

hp＝&hpi_data_bak；

for(si＝0；si<hpi_data_longth；si++)

{

*(hp+2*si)＝XBYTE[HPIDA1R]；

*(hp+2*si+1)＝XBYTE[HPIDA2R]；

}

}

用地址自动累加方式将本地数组hpi_data_bak中的数据写到DSP中的程序段如下：

//向DSP内部RAM写数据

void write_hpi(unsigned int hpi_add,unsigned int hpi_data_longth)

{

unsigned int si；

char*hp；

XBYTE[HPIC1W]＝0x0；

XBYTE[HPIC2W]＝0x0；

XBYTE[HPIA1W]＝hpi_add/256；

XBYTE[HPIA2W]＝hpi_add％256-1；

hp＝&hpi_data_bak；

for(si＝0；si<hpi_data_longth；si++)

{

XBYTE[HPIDA1W]＝*(hp+2*si)；

XBYTE[HPIDA2W]＝*(hp+2*si+1)；

}

}

如图12所示，本发明所述的检测诊断仪中的多种传感器200，涉及转速、压力、温度、流量、振动、电压、电流等信号的测量。在这些信号中，有的不需要调理可直接进行A/D转换，而有的传感器输出信号需要进一步进行调理和转换，其中，需要进行调理的传感器信号包括转速信号、动态流量信号和振动加速度信号。

其中，如图9所示，为转速信号调理模块的电路结构图，通过电源模块110提供+12V供电，自带5V稳压电路，发动机转速传感器201将信号输入，内置施密特触发器191和反相器192电路，负责发动机转速传感器201输出信号的整形，并为发动机转速传感器201提供+5V直流电源，转速信号调理模块与发动机转速传感器201接口为Φ8三芯螺纹航空插座，转速信号调理模块的输出可以直接驱动数字电路，可作为数据采集器数字通道的触发信号，也可以接入ADC134电路进行转速信号的分析，转速信号调理模块中的相位选择开关用来设定转速信号的有效沿。

如图10所示，为流量信号调理模块的电路结构图，流量信号调理模块通过电源模块110提供±12V电源供电，输出0到-12V电压信号，电压值正比于流量值，与传感器接口为L-8同轴联接器，信号放大电路193将CLG-4型流量传感器203输出的±1V的频率信号放大到相应幅值然后经LM211构成的施密特触发器191整形成规则的方波信号(该频率与流量成正比)，最后经F/V变换器194转换成电压信号，通过滤波器195处理后将电压信号输出至ADC134电路处理。

如图11所示，为振动加速度信号调理模块的电路结构图，振动加速度信号调理模块通过电源模块110提供±12V电源供电，采用电荷放大器197与积分器199相结合的结构形式。每个模块集成三路电荷放大器197，通频带为3Hz～3KHz，可以将振动振动传感器202输出的电荷量转换为电压量，再经过积分输出满量程为±10V的振动速度信号。振动加速度信号调理模块与振动振动传感器202接口为L-5同轴联接器。

如图12所示，为本发明所述的整体连接结构示意图，多种传感器200通过信号调理模块190连接到ADC134或脉冲输入电路，将多种传感器200输入的信号传输到DSP芯片137中，再通过HPI接口131将信号传输至微处理器137中，实现对12150L系列发动机的多参数的数据采集和处理，并将处理结果实时传递到微处理器模块140；微处理器模块140将结果传递给连接在显示接口171的LCD显示屏或将结果通过通讯模块180传递给通用计算机181，同时微处理器模块140还负责键盘172扫描和控制DSP芯片137工作，所有硬件电路通过集成优化设计，全部安装到便携式检测仪主机箱中，即检测仪内集成了除各参数传感器外所有的硬件电路。

在另一种实施例中，ADC134采用8通道14位串行接口A/D，型号为TLC3578；DAC135采用双通道12位D/A转换器，用于信号回放；发动机转速传感器201采用电磁式转速传感器；振动传感器202采用YD-36型压电式振动传感器；流量传感器203采用CLG-4型涡轮流量传感器；第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器和第四压力传感器均采用CEMPX7HV2GSM2型压力传感器；温度传感器采用热敏电阻传感器；嵌入式微处理器137选用的是51系列的单片机，型号为P89C51RD2；电子盘160采用的是SST的ATA-Disk Chip(ADC)，型号为SST58SD064的Flash电子盘；计数器选用的是82C54；DSP芯片137采用16位定点DSP芯片TMS320VC5402PGA100；显示接口171和通讯模块18采用的是PHILIPS的带并行总线USB接口器件PDIUSBD12，与单片机通过并行总线接口；I/O扩展器150采用扩展I/O芯片8255，为26通道扩展I/O口，用于控制程控放大器(PGA)等外部设备。

本发明还提供一种装甲装备发动机便携式检测诊断仪的检测方法，包括如下步骤：

步骤1、采集转速信号、振动加速度信号、流量信号、温度信号、进气压力信号、进气阻力信号、废气压力信号、供油压力信号、起动电流和起动电压；

步骤2、以转速信号为触发，对其他信号进行整周期截取，根据各类信号的特征值进行状态检测和故障诊断。

其中，振动特征值满足：

式中，V_rms为振动特征，即为振动强度信号的有效值，N为采样点数，V_bi为振动加速度值，并且振动加速度值满足：

V_bi＝V_i×S；

式中，V_i为第i次采集的振动加速度信号，即为输出电压值，S为振动传感器的灵敏度。

如图13所示，为振动传感器检测到的发动机机体振动加速度信号。

流量特征值满足：

式中，Q_m为流量特征值，即为流量信号的平均值，Q_i为第i次采集的流量信号，动态流量传感器输出的信号是频率f(Hz)，该传感器输出的频率信号非常微弱，必须经过放大，放大后再经f/V转换成电压信号后输出。输出电压与频率、流量与电压的关系为：

U＝-0.0075f+3.0135(V)；

Q_i＝-0.013484U+0.04184(L/s)；

由此得动态流量传感器输出频率f(Hz)与流量Q(L/min)的关系为：

Q_i＝0.00010113f+0.0012059；

如图14所示，为流量传感器检测到的发动机燃油流量信号。

发动机输出的有效功率和有效转矩，是评价发动机动力性的指标，只要测出发动机在指定转速范围内急加速时的平均加速度，即加速性指标，或测量某一转速时的瞬时加速度，就可以确定发动机输出功率的大小。

发动机转速传感器测得的是电压脉冲信号，采用傅立叶变换或者谱分析得到信号采样频率，由此，得到发动机转速：

式中，n_i为第i次采集的发动机转速，f为信号采样频率(Hz)，k为发动机曲轴旋转一周时间内的采样点数，z为飞轮齿数。

如图15所示，为加速过程转速曲线示意图，加速性指标满足：

式中，a为加速性指标，n₁为发动机加速过程中起始转速，n₂为发动机加速过程中终止转速，Δt为n₁升至n₂的时间。

在本实施例中，n₁＝600r/min，n₂＝2000r/min。

起动电流信号是在发动机倒拖工况(切断燃油，利用起动电机拖动发动机曲轴旋转)下测量，如图16所示，发动机的起动电流在一个工作循环内呈现一定的波动规律：设发动机气缸数为K，则起动电流、电压在一个工作循环内呈现K次波动。这种现象与发动机气缸组密封性有关：当气缸组密封性较好时，活塞在运动过程中阻力大，起动电机作功多，电流较大；反之，电流较小。因此通过对起动电流波动进行分析可对气缸密封性进行判断，在数据分析中，采用将一个工作循环内的电流信号进行K等分，然后分别计算各段的峰值，如某段的峰值过低，则认为该段对应的气缸密封性较差。

如图17所示，为电压传感器检测得到的起动电压信号图，通过测量蓄电池的端电压可获得蓄电池的荷电状态：当蓄电池的电压≥24V时，认为蓄电池的荷电状态为100％，电动势每下降0.16V，荷电状态降低10％，即当蓄电池的端电压为23.6V时，荷电状态为75％；当蓄电池的端电压为23.2V时，荷电状态为50％。

如图18-22所示，分别为排气温度信号、进气压力信号、进气阻力信号、废气压力信号和供油压力信号，该些信号均在发动机空负荷运行工况下测得。在进行特征计算时，均提取其信号均值作为特征值。

如表四所示，为本实施例中的各参数指标检测诊断标准。

表四 各参数指标检测诊断标准

本发明设计开发的装甲装备发动机便携式检测诊断仪，以DSP和微处理器结合构成数据采集控制器，并作为数据处理终端，实现发动机的多参数的数据采集和处理，并将处理结果实时传递到微处理器；微处理器将结果传递给LCD显示屏或将结果通过USB接口传递给上位计算机，同时该CPU还负责键盘扫描和控制DSP工作，实现了对装甲装备发动机的便携式检测，采用模块化结构设计，能够方便的实现硬件系统的故障分析和定位。

本发明设计开发的一种装甲装备发动机便携式检测诊断仪的检测方法，能够通过对发动机转速、振动加速度、燃油流量、起动电流、起动电压、排气温度、进气压力、进气阻力、废气压力和供油压力的测量，对发动机的故障进行检测和判断。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施例。

Claims (10)

1.一种装甲装备发动机便携式检测诊断仪，其特征在于，包括：

电源模块；以及

数字信号处理模块，其与所述电源模块相连接，用于模拟量的实时处理、标定、参数计算；

微控制器模块，其与所述电源模块和数字信号处理模块相连接，用于对模拟量的计算和处理；

其中，所述微控制器模块包括：

微处理器；

电子盘，其与所述微处理器相连接；

显示器，其与电源模块和微处理器相连接；

I/O扩展器，其与所述微处理器和所述信号调理模块相连接；

键盘，其与所述I/O扩展器相连接；

外部控制器，其与所述微处理器可断开的连接；

实时时钟，其与所述微处理器相连接；

三路定时/计数器，其与所述微处理器和信号调理模块相连接，所述三路定时/计数器的两路用来测速，另外一路为所述信号调理模块提供时钟基准。

2.如权利要求1所述的装甲装备发动机便携式检测诊断仪，其特征在于，还包括：

信号调理模块，其与所述电源模块和数字信号处理模块相连接，用于对所述发动机的多种参数信号的放大、滤波和整形。

3.如权利要求2所述的装甲装备发动机便携式检测诊断仪，其特征在于，所述电源模块、数字信号处理模块和微控制器模块通过内部总线相连接。

4.如权利要求3所述的装甲装备发动机便携式检测诊断仪，其特征在于，所述电源模块包括蓄电池和交流电源。

5.如权利要求4所述的装甲装备发动机便携式检测诊断仪，其特征在于，所述数字信号处理器模块包括：

DSP芯片，其与所述微处理器相连接；

模数转换器，其与所述信号调理模块和DSP芯片相连接；

数模转换器，其与所述信号调理模块和DSP芯片相连接；

数据存储器，其与所述DSP芯片相连接。

6.如权利要求5所述的装甲装备发动机便携式检测诊断仪，其特征在于，所述数字信号处理模块和微控制器模块通过HPI接口相连接。

7.如权利要求6所述的装甲装备发动机便携式检测诊断仪，其特征在于，还包括：

发动机转速传感器，其检测端与发动机飞轮的轮齿相对设置；

振动传感器，其固定在发动机机体上；

流量传感器，其设置在输油泵与高压油泵之间的供油管路中；

温度传感器，其检测端设置在发动机排烟口内；

第一压力传感器，其设置在发动机进气道的检查孔上，用于进气压力的检测；

第二压力传感器，其设置空气滤清器和蜗轮增压器之间的发动机进气道上，用于进气阻力的检测；

第三压力传感器，其设置在曲轴箱通气管上，用于废气压力的检测；

第四压力传感器，其设置在输油泵与高压油泵之间的供油管路中，用于供油压力的检测；

电流传感器，其检测端设置在蓄电池的输出电缆正线上；

电压传感器，其检测端与车辆的蓄电池接线端子相连接；

其中，所述发动机转速传感器、振动传感器、流量传感器、温度传感器、第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、第四压力传感器、电流传感器和电压传感器均与所述信号调理模块相连接。

8.如权利要求7所述的装甲装备发动机便携式检测诊断仪，其特征在于，所述模拟量包括：发动机转速、机体振动、燃油流量、供油压力、进气压力、进气阻力、曲轴箱废气压力、气缸压缩压力、排气温度、起动电流和起动电压。

9.一种装甲装备发动机便携式检测诊断仪的检测方法，其特征在于，使用如权利要求1-8所述的装甲装备发动机便携式检测诊断仪，包括如下步骤：

步骤1、采集转速信号、振动加速度信号、流量信号、温度信号、进气压力信号、进气阻力信号、废气压力信号、供油压力信号、起动电流和起动电压；

步骤2、以转速信号为触发，对其他信号进行整周期截取，根据各类信号的特征值进行状态检测和故障诊断；

其中，所述故障诊断标准为：

振动特征值低于机体振动标准值，流量特征值低于燃油流量标准值，排气温度特征值低于排气温度标准值，进气压力特征值低于进气压力标准值，进气阻力特征值高于进气阻力标准值，废气压力特征值高于废气压力标准值，供油压力特征值低于供油压力标准值，起动电流特征值低于一个周期内的起动电流平均值的10％，起动电压特征值低于起动电压标准值；

振动特征值满足：

式中，V_rms为振动特征，N为采样点数，V_bi为振动加速度值；

所述振动加速度值满足：

V_bi＝V_i×S；

式中，V_i为第i次采集的振动加速度信号，S为振动传感器的灵敏度；

流量特征值满足：

式中，Q_m为流量特征值，Q_i为第i次采集的流量信号；

所述第i次采集的流量信号满足：

Q_i＝0.00010113f+0.0012059；

式中，f为动态流量传感器输出的频率信号；

起动电流特征值为一个周期内的电流信号根据发动机的气缸数进行等分后的各段峰值；

起动电压特征值为蓄电池的端电压；

排气温度特征值、进气压力特征值、进气阻力特征值和废气压力特征值均为一个周期内的信号均值。

10.如权利要求9所述的装甲装备发动机便携式检测诊断仪的检测方法，其特征在于，所述机体振动标准值为15.0-25.0g，所述燃油流量标准值为3.5-4.0ml/s，所述排气温度标准值为75.0-78.0℃，所述进气压力标准值为30.0-37.0KPa，所述进气阻力标准值为4.0-4.5KPa，所述废气压力标准值为20.0-25.0KPa，所述供油压力标准值为60.0-65.0KPa，所述起动电压标准值为23V。

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