CN112901546B - 电控硅油风扇性能间接测量方法及装置 - Google Patents

电控硅油风扇性能间接测量方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种电控硅油风扇性能间接测量方法及装置，通过测试电控硅油风扇内部运动部件的振动量，间接评价硅油风扇的啮合和分离特性，装置结构简单，测量过程中不需要占用台架资源，也可本地测试，节约了时间成本。本发明针对现有故障件测试中的问题，通过驱动电控硅油风扇内部的部件运动，并测试振动加速度的值，进行风扇性能判定，避免了直接测试风扇啮合、分离时间及滑差率等参数，不需要配合电机测试，不需要大型测试设备，在故障现场即可测试，避免了风扇返厂的物流成本和周转周期，也避免了故障风扇的丢失以及额外物流损耗；本发明小巧易携带，无需专门的测试台架，降低了风扇的检测成本。

Description

电控硅油风扇性能间接测量方法及装置
技术领域
本发明涉及一种电控硅油风扇的测试，具体涉及一种电控硅油风扇性能间接测量方法及装置。
背景技术
目前商用车市场上给发动机散热，大多使用硅油风扇，包括电控和温控硅油风扇两种，其中电控硅油风扇的使用量更大。
在售后市场上，风扇的故障数量极多，常规检测电控硅油风扇功能主要通过测试其工作的啮合、分离时间及滑差率等参数，上述参数的测试往往需要额外配合电机进行；因此许多故障电控硅油风扇无法进行现场测试，需要返回风扇生产商处测试，物流成本较高，周转时间长；同时周转中，会出现故障件丢失或发生额外损坏情况；在生产商处检测时，一般需要模拟发动机转速，从而需要专门的测试台架，一般价格昂贵、占地面积大、检测成本较高；随着国六标准普以及商用车的发动机转速越来越高，硅油风扇测试中需要电机的转速也不断提高，测试台架结构和功能也要求要求越来越复杂，台架的升级换代也增加了检测成本。
发明内容
为解决以上问题，本发明提供一种电控硅油风扇性能间接测量方法及装置，通过测试电控硅油风扇内部运动部件的振动量，间接评价硅油风扇的啮合和分离特性，装置结构简单，测量过程中不需要占用台架资源，也可本地测试，节约了时间成本。
本发明采用的技术方案是：一种电控硅油风扇性能间接测量方法，其特征在于：包括以下步骤：
a、确认零点值与报警限值
零点值为背景加速度级X0，将振动加速度传感器放置在未工作状态下的待测电控硅油风扇附近，周围不允许传递至被测样件X0+10db以上的无关振动源，以避免背景加速度级X0测试不准；待环境状态稳定后，振动加速度传感器测定的振动加速度作为背景加速度级X0；
报警限值为待测电控硅油风扇正常工作状态下，性能合格时的最低加速度级X1；
b、设置测试参数，包括：零点值、报警限值和采样周期；
c、通过振动加速度传感器测量当前测量环境状态下待测电控硅油风扇未工作状态时的瞬时振动加速度级X2，当X2降低到背景加速度级X0时，开始测试；
d、向待测电控硅油风扇发射PWM电压信号，电控硅油风扇内部形成电磁场，并通过电磁感应驱动控制阀杆振动，通过振动加速度传感器测量此时待测电控硅油风扇的振动加速度级的等效均方根X3，若等效均方根X3达到报警限值，则待测电控硅油风扇的功能正常；若等效均方根X3不能达到报警限值，则待测电控硅油风扇的功能不正常。
一种电控硅油风扇性能间接测量装置，其特征在于：包括PWM发射装置、振动加速度传感器、连接线束和仪器主机，
PWM发射装置用于发射不同占空比，不同频率的PWM信号在电控硅油风扇内部形成电磁场，并通过电磁感应，驱动电控硅油风扇内部金属制的控制阀杆振动；
振动加速度传感器用于测试环境振动加速度，通过连接线束与仪器主机相连；
仪器主机对瞬时振动加速度值进行运算处理，得到等效均方根，并依据等效均方根判断故障风扇的性能。
作为优选，该装置还包括报警灯和蜂鸣器，报警灯为三色报警灯，当黄色闪烁时，表示待测电控硅油风扇周围环境已经稳定，可以开始测试；绿色闪烁时，表示测试结果合格，待测电控硅油风扇功能正常；红色闪烁时，表示测试结果不合格，同时蜂鸣器工作，以提醒操作人员。
进一步的，该装置还包括单独给报警灯供电的电源适配器。
进一步的，仪器主机包括按键/屏幕模块、MCU芯片、电源模块、存储器、报警驱动模块和调制/采集模块；
按键/屏幕模块用于操作人员输入参数和读取测试结果，是人机交互的模块；
MCU芯片用于采集振动加速度传感器的测试数据，进行数据调制，可驱动报警灯，激活按键和显示功能，并与存储器间进行数据读取和写入工作，并存储整个测试流程中的程序；
电源模块用于给仪器主机中的各模块供电；
存储器用于存储测试结果，并可以通过外接端口导出测试数据；
报警驱动模块用于驱动报警器的闪烁动作，同时接受报警器信号；
调制/采集模块用于将振动加速度传感器测试的物理振动信号转换为相应的电压电信号，并通过采集和调制转换为MCU芯片的可处理离散数字信号。
作为优选，振动加速度传感器为六面正方体结构，其中五个面是敏感面，用于测试环境加速度；另外一面上有线束接口，用于连接仪器主机；五个敏感面中有三个面为光滑面，适用于测量点面为平面时测试；另外两个面上设有三个定位镶块，适用于不规则曲面的测试。
作为优选，仪器主机背面有移动式盖板，能内置电池。
本发明取得的有益效果是：
1、传统电控硅油风扇的故障检测是采用直接检测风扇转速的方式：通过电动机模拟发动机输入转速，辅助以PWM控制信号，从而测试风扇的啮合与分离时间，啮合与分离转速等参数，借以评价风扇啮合与分离等工作状态是否正常；本发明采用间接测量的方法：通过硅油离合器内控制阀杆，在不同占空比的PWM信号下，通过加速度级的不同来确认控制阀杆的工作状态，然后通过控制阀杆的状态判定离合器工作状态是否正常。测试原理独特，操作简单，测试结果准确率高，能大部分覆盖传统的故障检测结果。
2、传统电控硅油风扇的功能检查需要专门台架：包括设备供电部分，带动风扇旋转的电动机部分，操作人员使用的工业级电脑及上位机软件，防止测试过程中硅油风扇过热的冷却系统，风扇高速旋转时的人员保护装置，风扇旋转时导流部分等，结构较复杂，使用成本和维护成本相当高；本发明的结构较为简单、小巧、测试方便、使用维护成本较低。
3、传统电控硅油风扇的功能检查一般在风扇原生产商处，故障件需要首先从故障地点返回生产商处，一般需要大量人力、物流及时间成本；本发明小巧易携带，实现了现场检测故障风扇，从而不需要返厂复测，节约了人力、物流及时间成本。
4、传统电控硅油风扇的测试台架，因需要模拟发动机的输入转速，因此随着需求的发动机输入转速的提高，面临需要不断更新换代，设备成本会不断增加，而本发明采用间接测试，脱离了这种成本不断增加的情况。
本发明避免了电控硅油风扇的拆解分析，而通过控制阀杆的测试，快速确认风扇内部故障模式，当面对大批量故障样件的拆解分析时，可节约巨大的人力和时间成本。
附图说明
图1为本发明的测量装置的连接示意图；
图2为振动加速度传感器外形结构示意图；
图3为本发明的测量方法的原理图；
图4为本发明的硬件模块框图；
附图标记：1.1、PWM发射装置；1.2、待测电控硅油风扇；1.3、振动加速度传感器；1.4、连接线束；1.5、仪器主机；1.6、报警灯；1.7、电源适配器；4.1、按键/屏幕模块；4.2、MCU芯片；4.3、电源模块；4.4、存储器；4.5、报警驱动模块；4.6、调制/采集模块。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作更进一步的说明。
如图1-4所示，本发明的一种电控硅油风扇性能间接测量装置，包括PWM发射装置1.1(台湾TC2269型)、振动加速度传感器1.3(杭州爱华AWA14400型)、连接线束1.4、仪器主机1.5(杭州爱华AWA6256B+型)、报警灯1.6(派特莱三色报警灯)和便可携带电源1.7(GVE冠羽达220V交流转5V直流电源适配器)，PWM发射装置1.1用于发射不同占空比，不同频率的PWM信号在电控硅油风扇内部形成电磁场，并通过电磁感应，驱动电控硅油风扇内部金属制的控制阀杆振动；依据不同型号的电控硅油风扇，操作人员可通过PWM发射装置1.1，发射不同占空比，不同频率的PWM信号，使电控硅油风扇内阀杆的振动达到最大，便于测试。
振动加速度传感器1.3用于测试环境加速度，通过连接线束1.4与仪器主机1.5相连；本实施例中，振动加速度传感器1.3为六面正方体结构，其中五个面是敏感面，用于测试环境加速度；另外一面上有线束接口，用于连接仪器主机1.5；五个敏感面中有三个面为光滑面，适用于测量面为平面时测试；另外两个面上设有三个定位镶块，适用于不规则曲面的测试。本发明中的待测电控硅油风扇1.2使用振动加速度传感器1.3的镶块面进行测试。
仪器主机1.5对瞬时振动加速度值进行运算处理，得到等效平均值，并依据平均值判断故障风扇的性能。仪器主机1.5包括显示屏及操作按键，显示屏可以显示测试结果，便于操作人员随时查看；同时操作人员可通过按键进行一系列操作，包括：修改测试过程中的参数，导出历史测试的结果，改变数据显示方式等。主机背面有移动式盖板，可内置电池。
本实施例中，仪器主机1.5包括按键/屏幕模块4.1、MCU芯片4.2、电源模块4.3、存储器4.4、报警驱动模块4.5和调制/采集模块4.6，按键/屏幕模块4.1用于操作人员输入参数和读取测试结果，是人机交互的模块；MCU芯片4.2用于采集振动加速度传感器1.3的测试数据，进行数据调制，可驱动报警灯，激活按键和显示功能，并与存储器4.4间进行数据读取和写入工作，并存储整个测试流程中的程序；电源模块4.3用于给仪器主机1.5中的各模块供电；存储器4.4用于存储测试结果，并可以通过外接端口导出测试数据；报警驱动模块4.5用于驱动报警器的闪烁动作，同时接受报警器信号；调制/采集模块4.6用于将振动加速度传感器1.3测试的物理振动信号转换为相应的电压信号，并通过采集和调制转换为MCU芯片4.2的可处理离散数字信号。
报警灯1.6为三色报警灯，当黄色闪烁时，表示待测电控硅油风扇1.2周围环境已经稳定，可以开始测试；绿色闪烁时，表示测试结果合格，待测电控硅油风扇1.2功能正常；红色闪烁时，表示测试结果不合格，同时蜂鸣器工作，以提醒操作人员。电源适配器1.7可单独给1.6供电。
本发明的一种电控硅油风扇性能间接测量方法，其特征在于：包括以下步骤：
a、确认零点值与报警限值
零点值为背景加速度级X0，只要测试位置不变，零点值是相同的；测试时需将振动加速度传感器1.3带镶块的敏感面(测量面)放置在静止地点，周围不允许有其他的振动源(不允许传递至被测样件X0+10db以上的无关振动源)，以避免背景加速度级X0测试不准；稳定后通过仪器主机1.5中的按键/屏幕模块4.1读出值，并由测试人员将值输入MCU芯片4.2中；
报警限值为待测电控硅油风扇正常工作状态下，性能合格时的最低加速度级X1；确认零点值后，可结合电控硅油风扇振动加速度的历史“偏差值”进行“报警限值”设定(报警限值＝零点值+“偏差值”)，同样，当测试环境及电控硅油离合器种类不变，该报警限值就一直有效，该报警限值通过按键/屏幕模块4.1读出值，并由测试人员将值输入MCU芯片4.2中；
b、设置测试参数
测试开始前必须设置的值包括零点值和报警限值，设置时需要调用MCU芯片4.2中的参数设定程序，并配合按键/屏幕模块4.1的提示，由操作人员输入；其他测试参数，例如采样周期等，也可通过同样的方式，输入MCU芯片4.2中；MCU芯片4.2具有断电保护功能，只要不重新输入参数，将一直使用最后一次的设定的参数；
c、将振动加速度传感器1.3中带定位镶块的一面，放置在待测电控硅油风扇1.2外壳体正中央位置，电控硅油风扇的控制阀杆就位于外壳体中央的正下方；此时控制阀杆不振动，振动加速度传感器1.3将测试出此时的振动加速度的瞬时值X2，通过线束1.4，进入仪器主机1.5中的调制/采集模块4.6模块，将瞬时值的物理信号转变为电压信号，随着环境的稳定，振动加速度传感器1.3反馈的瞬时值将不断减小并趋近于MCU芯片4.2中预设零点值，当二者相同时(X2达到背景加速度值X0时)，MCU芯片4.2将驱动报警模块4.5，此时报警灯1.6闪黄光，表示随时可以开始测试；
d、操作人员通过PWM发射装置1.1向待测电控硅油风扇1.2发射合适该款风扇的PWM信号，电控硅油风扇内部形成电磁场，并通过电磁感应驱动控制阀杆振动(最好使阀杆振动达到最大以便于后期测试)，通过振动加速度传感器1.3测量此时待测电控硅油风扇的振动加速度的瞬时值X3，并通过线束1.4，进入仪器主机1.5中的调制/采集模块4.6模块，将瞬时值的物理信号转变为电压信号，并通过计算变化将瞬时值转变为等效平均值(设定在一个采样周期内)，等效平均值X3能够达到MCU芯片4.2中预设的报警限值，报警灯1.6闪绿光，说明当前阀杆振动加速度级合格，即待测电控硅油风扇功能正常；反之，若一个周期内，反馈的等效均方根X3无法达到MCU芯片4.2中预设的报警限值，报警灯1.6闪红光，说明当前阀杆出现故障，无法正常运动，即待测电控硅油风扇功能不正常：并伴有蜂鸣。测试结果可自动存储，并可通过U盘读取
测试完毕后，关闭PWM发射装置1.1中的PWM输入，将振动加速度传感器1.3放置到下一个待测电控硅油风扇上，准备下一轮测试，重复上述步骤。测试结果将按照时间顺序自动保存并写入仪器主机1.5中的存储器4.4中，只需要简单的传输设备，即可将数据导出。
本发明针对现有故障件测试中的问题，通过驱动电控硅油风扇内部的部件运动，并测试振动加速度的值，进行风扇性能判定，避免了直接测试风扇啮合、分离时间及滑差率等参数，不需要配合电机测试，不需要大型测试设备，在故障现场即可测试，避免了风扇返厂的物流成本和周转周期，也避免了故障风扇的丢失以及额外物流损耗；本发明小巧易携带，无需专门的测试台架，降低了风扇的检测成本；本发明另辟蹊径，不直接测试风扇的运行参数，而是采用间接测试振动加速度的方法，避免了测试台架的升级换代的成本。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要结构特征。本发明不受上述实例的限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (1)

1.一种电控硅油风扇性能间接测量方法，其特征在于：包括以下步骤：
a、确认零点值与报警限值；
零点值为背景加速度级X0，将振动加速度传感器放置在未工作状态下的待测电控硅油风扇附近，周围不允许有传递至被测样件X0+10db以上的无关振动源，以避免背景加速度级X0测试不准；待环境状态稳定后，振动加速度传感器测定的振动加速度作为背景加速度级X0；
报警限值为待测电控硅油风扇正常工作状态下，性能合格时的最低加速度级X1；
b、设置测试参数，包括：零点值、报警限值和采样周期；
c、通过振动加速度传感器测量当前测量环境状态下待测电控硅油风扇未工作状态时的瞬时加速度级X2，当X2降低到背景加速度级X0时，开始测试；
d、向待测电控硅油风扇发射PWM电压信号，电控硅油风扇内部形成电磁场，并通过电磁感应驱动控制阀杆振动，通过振动加速度传感器测量此时待测电控硅油风扇的瞬时加速度级的等效均方根X3，若等效均方根X3达到报警限值，则待测电控硅油风扇的功能正常；若等效均方根X3不能达到报警限值，则待测电控硅油风扇的功能不正常。
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