CN113339135A - 一种发动机爆震监听器及其运行方法 - Google Patents

Abstract

一种发动机爆震监听器及其运行方法，属于发动机试验技术领域。发动机爆震监听器包括监听模块、第一爆震传感器、第二爆震传感器、四根双芯屏蔽线和ECU，第一爆震传感器和第二爆震传感器，均通过两根双芯屏蔽线同时连接ECU和监听模块，其中，第一爆震传感器和第二爆震传感器，用于在发动机发生爆震时，向ECU和监听模块发送爆震信号；ECU，用于对所述爆震信号进行处理；监听模块，用于将爆震信号加以缓冲、放大并分离出有效的爆震信号，进行播放。本发明的监听器能够有效抑制噪声，提高信噪比，充分过滤无效的音频信号，实现低噪声、高清晰度的发动机爆震监听，能够有效降低听觉疲劳，提高工作效率。

Description

一种发动机爆震监听器及其运行方法

技术领域

本发明涉及一种发动机爆震监听器及其运行方法，属于发动机试验技术领域。

背景技术

发动机爆震也称爆燃，是一种非正常的燃烧过程，严重的爆震极易造成发动机损坏，爆震的中心频率范围在5kHz～15kHz频段，处于人耳可闻的声频范围，在发动机试验过程中，工程师及试验人员需要对发动机爆震进行监听以便于及时调整标定数据，避免发动机发生损坏。目前爆震进行监听会采取两种方式，第一种方式是使用铜管连接到缸体的适当位置(靠近活塞运动的上止点)，然后将铜管引入控制室来监听爆震，由于目前发动机的结构越来越紧凑，一般不会为爆震监听设计专用的连接位置，此方式又是硬连接，因此不易找到合适的装配位置，普遍存在干涉，装配困难等问题；第二种方式是使用发动机电喷系统之外的一个独立的爆震传感器，装配到缸体适宜位置上，然后连接到一个有源音箱上来放大监听爆震，这种方式同样不容易找到适合的装配位置，而且由于爆震传感器属于压电元件，输出阻抗很高，与普通的有源音箱的输入阻抗严重不匹配，有源音箱音频信号又是非平衡输入形式，非常容易通过连接导线引入干扰，所以信噪比较差；另外由于爆震信号的频段是在5KHz以上，有源音箱的频响范围是20Hz-20KHz，通过爆震传感器传来的信号里面有很多发动机的其它无用噪声也被音箱放出来，容易引起听觉疲劳，所以设计发明一种能够解决上述问题的发动机爆震监听器，非常有必要。

发明内容

本发明的目的是提出一种发动机爆震监听器及其运行方法，以解决现有技术存在的上述问题。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种发动机爆震监听器，所述发动机爆震监听器包括监听模块、第一爆震传感器、第二爆震传感器、四根双芯屏蔽线和ECU，所述第一爆震传感器和第二爆震传感器，均通过两根双芯屏蔽线同时连接所述ECU和监听模块，其中，

所述第一爆震传感器和第二爆震传感器，用于在发动机发生爆震时，向所述ECU和监听模块发送爆震信号；

所述ECU，用于对所述爆震信号进行处理；

所述监听模块，用于将爆震信号加以缓冲、放大并分离出有效的爆震信号，进行播放。

进一步的是，四根双芯屏蔽线的屏蔽层均接地至GND。

进一步的是，监听模块包括第一路差分输入-缓冲电路、第二路差分输入-缓冲电路、混合-放大电路、二阶高通滤波电路和功率放大模块，第一爆震传感器和第二爆震传感器分别通过一根双芯屏蔽线连接第一路差分输入-缓冲电路和第二路差分输入-缓冲电路，第一路差分输入-缓冲电路和第二路差分输入-缓冲电路均连接混合-放大电路，混合-放大电路通过二阶高通滤波电路连接功率放大模块。

进一步的是，功率放大模块的输出端分别连接有第一扬声器和第二扬声器。

进一步的是，所述发动机爆震监听器还包括充电器，所述监听模块还包括充电控制模块、锂电池BT1、电池状态指示电路和电源切换开关，所述充电控制模块连接所述锂电池BT1，所述锂电池的正极和所述充电器的正极均连接所述电源切换开关的常闭、常开触点，所述电源切换开关的极点连接至所述功率放大模块内部的电源开关的Vin+端，功率放大模块内部的电源开关的ON端同时连接至监听器内部的所有电路及电池状态指示电路。

进一步的，发动机爆震监听器还包括音量电位器，音量电位器与功率放大模块的电源开关联动，用于调整音量输出大小。

一种发动机爆震监听器的运行方法，所述运行方法包括以下步骤：

S1、充电器连接至220V交流电，充电器输出的5V直流电源通过监听模块中的充电控制模块为锂电池BT1充电，通过电源切换开关选择所述发动机爆震监听器的工作电源是使用内部的锂电池还是外部的充电器；

S2、监听模块内部的功率放大模块的电源开关同音量电位器旋钮联动，顺时针旋转音量电位器旋钮，功率放大模块的电源闭合，电源切换开关所选择的电源正极被接通至监听模块内部的所有电路及电池状态指示电路，电池状态指示电路的LED发光二极管被点亮，发动机爆震监听器开始工作，继续旋转音量电位器旋钮即调整发动机爆震监听器的音量大小；在电源切换开关所选择的电源是锂电池且电池电压低于3V时，电池状态指示电路LED发光二极管不亮，即表明锂电池是处于低电量状态，需要充电；

S3：第一爆震传感器和第二爆震传感器的输出信号分别以差分输入的方式输入至两路差分输入、缓冲电路；

S4：两路差分输入、缓冲电路的输出信号输出至混合、放大电路，经过加法运算并放大，输出至二阶高通滤波电路，低于5KHz的信号被衰减，高于5KHz的有用信号有效通过滤波器输出至功率放大模块，推动两个扬声器发声，实现监听。

本发明相对于现有技术的有益效果是：

本发明的一种发动机爆震监听器使用方便，能有效抑制噪声，提高信噪比，充分过滤无效的音频信号，实现低噪声、高清晰度的发动机爆震监听，能有效降低听觉疲劳，提高工作效率。此监听器可以直接并联到发动机电喷控制系统的爆震传感器线路上，对爆震传感器输出至ECU的信号不会产生影响，由于不需要使用额外的爆震传感器，避免了加装额外的爆震传感器或爆震监听铜管找不到合适位置安装的问题。

附图说明

图1是本发明的一种发动机爆震监听器的系统连接运行示意图；

图2是本发明的一种发动机爆震监听器的结构示意图；图中10表示音量电位器及电源开关；11表示电源选择开关；12表示充电器接口；13表示充电指示灯；14表示电池指示灯；

图3是本发明的一种发动机爆震监听器的电路图；

图4是本发明的电路板顶面的印刷线路及元件分布示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

具体实施方式一：如图1所示，本实施方式披露了一种所述发动机爆震监听器，包括监听模块、第一爆震传感器、第二爆震传感器、四根双芯屏蔽线和ECU，所述第一爆震传感器和第二爆震传感器，均通过两根双芯屏蔽线同时连接所述ECU和监听模块，其中，

所述第一爆震传感器和第二爆震传感器，用于在发动机发生爆震时，向所述ECU和监听模块发送爆震信号；

所述ECU，用于对所述爆震信号进行处理；

所述监听模块，用于将爆震信号加以缓冲、放大并分离出有效的爆震信号，进行播放。

进一步的是，四根双芯屏蔽线的屏蔽层均接地至GND。

具体的，所述已安装于发动机上的第一爆震传感器通过双芯屏蔽线连接至ECU，同时通过另一根双芯屏蔽线连接至监听模块内部的第一路差分输入-缓冲电路；已安装于发动机上适当位置的第二爆震传感器通过双芯屏蔽线连接至ECU，同时通过另一根双芯屏蔽线连接至监听模块内部的第二路差分输入、缓冲电路，以上所述双芯屏蔽线的屏蔽层均接地至GND。如果发动机只有一个爆震传感器时则按上述方式只连接该传感器至任意一路差分输入-缓冲电路即可。

进一步的是，监听模块包括第一路差分输入-缓冲电路、第二路差分输入-缓冲电路、混合-放大电路、二阶高通滤波电路和功率放大模块，第一爆震传感器和第二爆震传感器分别通过一根双芯屏蔽线连接第一路差分输入-缓冲电路和第二路差分输入-缓冲电路，第一路差分输入-缓冲电路和第二路差分输入-缓冲电路均连接混合-放大电路，混合-放大电路通过二阶高通滤波电路连接功率放大模块。

进一步的是，功率放大模块的输出端分别连接有第一扬声器和第二扬声器。

进一步的是，所述发动机爆震监听器还包括充电器，所述监听模块还包括充电控制模块、锂电池BT1、电池状态指示电路和电源切换开关，所述充电控制模块连接所述锂电池BT1，所述锂电池的正极和所述充电器的正极均连接所述电源切换开关的常闭、常开触点，所述电源切换开关的极点连接至所述功率放大模块内部的电源开关的Vin+端，功率放大模块内部的电源开关的ON端同时连接至监听器内部的所有电路及电池状态指示电路。

进一步的是，发动机爆震监听器还包括音量电位器，所述音量电位器与功率放大模块的电源开关联动，用于调整音量输出大小。

具体实施方式二：本实施方式披露了一种发动机爆震监听器的运行方法，所述运行方法包括以下步骤：

S1、充电器连接至220V交流电，充电器输出的5V直流电源通过监听模块中的充电控制模块为锂电池BT1充电，通过电源切换开关选择所述发动机爆震监听器的工作电源是使用内部的锂电池还是外部的充电器；一般短时间应用或用于整车试验时可使用内部的锂电池，长期工作或电池亏电时可切换至外部的充电器供电，仅使用内部的锂电池供电更有利于降低噪声，获得更清晰的监听效果；

S2、监听模块内部的功率放大模块的电源开关同音量电位器旋钮联动，顺时针旋转音量电位器旋钮，功率放大模块的电源闭合，电源切换开关所选择的电源正极被接通至监听模块内部的所有电路及电池状态指示电路，电池状态指示电路的LED发光二极管被点亮，发动机爆震监听器开始工作，继续旋转音量电位器旋钮即调整发动机爆震监听器的音量大小；在电源切换开关所选择的电源是锂电池且电池电压低于3V时，电池状态指示电路LED发光二极管不亮，即表明锂电池是处于低电量状态，需要充电；

S3：第一爆震传感器和第二爆震传感器的输出信号分别以差分输入的方式输入至两路差分输入、缓冲电路；由于使用的是差分输入方式，内部的运算放大器有良好的抑制共模信号的作用，提高了信噪比，使输入信号的噪声得到了有效的控制；同时由于这部分电路采用了兆欧级别的输入电阻，对爆震传感器的输出信号几乎无衰减，起到良好的缓冲隔离和阻抗变换作用，监听模块的接入对爆震传感器输出至ECU的信号不会产生影响，不需要使用额外的爆震传感器，也不存在找不到合适的装配位置的问题；

S4：两路差分输入、缓冲电路的输出信号输出至混合、放大电路，经过加法运算并放大，输出至二阶高通滤波电路，低于5KHz的信号被衰减，高于5KHz的有用信号有效通过滤波器输出至功率放大模块，推动两个扬声器发声，实现低噪声、高清晰度的发动机爆震监听，能够有效降低听觉疲劳。

具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式一中的一种发动机爆震监听器的结构作出的进一步说明，所述发动机爆震监听器的结构如图2所示。

所述发动机爆震监听器结构包括上壳体7、电路板8和下壳体9三部分，三部分通过孔一1、孔二2、孔三3、孔四4，用4个M3螺钉连接固定在一起，两个小型扬声器音箱 (包括扬声器音响一5和扬声器音响二6)固定于下壳体9的左右两侧，两个小型扬声器音箱与电路板8通过线束连接，声音通过两侧面的开孔网格外放。

具体实施方式四：本实施方式是对具体实施方式一中的一种发动机爆震监听器的电路原理图作出的进一步说明，所述监听器的电路原理图如图3所示，该监听器电路元件包括功率放大模块GF1、扬声器SP1、扬声器SP2、轨至轨四运放IC1、航空插头JP1、航空插头JP2、充电控制模块CHARGE1、锂电池BT1、双刀双掷按钮开关S1、LED发光二极管D3、二极管D1、二极管D2、电阻R1～R14、无极电容C1～C7、无极电容C9、无极电容C10、无极电容C12、无极电容C13、电解电容C8、电解电容C11。

所述充电控制模块CHARGE1的+Vin端同时连接至刀双掷按钮开关S1的两个常闭触点，充电控制模块CHARGE1的-Vin端、B-端、锂电池BT1的负极同时接地至GND，充电控制模块CHARGE1的B+端、锂电池BT1的正极同时连接至刀双掷按钮开关S1的两个常开触点，双刀双掷按钮开关S1的两个极点同时连接至功率放大模块GF1的Vin+端，功率放大模块GF1的ON端同时连接至轨至轨四运放IC1的4脚(正电源输入脚)、电解电容C8的正极、电阻R14的一端、电阻R16的一端，电阻R16的另一端连接二极管D1 的正极，二极管D1的负极连接二极管D2的正极，二极管D2的负极连接LED发光二极管D3的正极，LED发光二极管D3的负极接地至GND，电解电容C8的负极接地至GND 轨至轨四运放IC1的11脚(负电源输入脚)接地至GND。

所述航空插头JP1的3脚连接至无极电容C1的一端，无极电容C1的另一端连接电阻R4的一端，电阻R4的另一端同时连接至电阻R2的一端和运放IC1D的同相输入端，电阻R2的另一端同时连接至电阻R6的一端、运放IC1B的同相输入端、电阻R13的一端、电阻R14的另一端、电阻R15的一端、电解电容C11的正极、无极电容C10的一端，电阻R15的另一端、电解电容C11的负极、无极电容C10的另一端同时接地至GND。

所述航空插头JP1的2脚连接至无极电容C2的一端，无极电容C2的另一端连接电阻R3的一端，电阻R3的另一端同时连接至电阻R1的一端和运放IC1D的反相输入端，电阻R1的另一端同时连接运放IC1D的输出端和无极电容C12的一端，无极电容C12的另一端连接至电阻R9的一端，电阻R9的另一端同时连接至运放IC1B的反相输入端、电阻R11的一端、无极电容C5的一端和电阻R10的一端。

所述航空插头JP2的3脚连接至无极电容C3的一端，无极电容C3的另一端连接电阻R8的一端，电阻R8的另一端同时连接至电阻R6的另一端和运放IC1C的同相输入端。

所述航空插头JP2的2脚连接至无极电容C4的一端，无极电容C4的另一端连接电阻R7的一端，电阻R7的另一端同时连接至电阻R5的一端和运放IC1C的反相输入端，电阻R5的另一端同时连接运放IC1C的输出端和无极电容C13的一端，无极电容C13的另一端连接至电阻R10的另一端。

所述电阻R11的另一端同时连接至运放IC1B的输出端、无极电容C5的另一端和无极电容C7的一端，无极电容C7的另一端同时连接至电阻R12的一端和无极电容C6的一端，无极电容C6的另一端同时连接至电阻R13的另一端和运放IC1A的同相输入端，运放IC1A的反相输入端同时连接至运放IC1A的输出端、电阻R12的另一端和无极电容 C9的一端，无极电容C9的另一端同时连接至功率放大模块GF1的7脚和9脚，功率放大模块GF1的VSS端、航空插头JP1的4脚、航空插头JP1的1脚、航空插头JP2的1 脚、航空插头JP2的1脚同时接地至GND。功率放大模块GF1的3、4脚连接至扬声器 SP1，功率放大模块GF1的1、2脚连接至扬声器SP2。

具体实施方式五：本实施方式是对具体实施方式一中的一种发动机爆震监听器的电路运行原理及印刷电路板设计作出的进一步说明，所述一种发动机爆震监听器的电路原理图如图3所示，电路板顶面的印刷线路及元件分布示意图如图4所示。

该监听器的电路板采用双面布线设计，底面未布线的部分采用大面积敷铜接地至GND填充，以起到良好的抗干扰的作用。

运放IC1采用轨至轨四通道运放，该运放可在低至2.7V的电压下正常工作，其中运放IC1D、IC1C及其周围的阻容元件组成两路差分输入方式的缓冲电路，运算放大器采用差分输入方式，有良好的抑制共模信号的作用，提高了信噪比，使输入信号的噪声得到了有效的控制；同时由于这部分电路采用了兆欧级别的输入电阻，可起到良好的缓冲隔离和阻抗变换作用。

运放IC1B及其周围的阻容元件组成混合、放大电路，对输入的两路爆震监听信号进行加法运算，将两路信号混合成一路，该电路有一定的放大增益，对爆震监听信号进一步放大。

运放IC1A及其周围的阻容元件组成二阶高通滤波电路，其截止频率为4.8KHz，阻带衰减特性的斜率为40dB/10oct，使低于5KHz的信号被有效衰减，高于5KHz的有用信号能有效通过滤波器输出至功率放大模块，推动两个扬声器发声，实现低噪声、高清晰度的发动机爆震监听，有效降低听觉疲劳。

外部的充电器输出的5V直流电源通过监听器的充电模块上的Micro USB接口接入充电模块，为锂电池BT1充电，该充电使用手机充电器即可，方便易得。

充电控制模块含有充电状态指示灯，红色表示正在充电，绿色为充电结束，充电模块上最大充电电流为1A，充电停止电压为4.2V，满足锂电池充电要求。

功率放大模块内部采用双通道D类功放芯片，适宜电源电压范围为2.5V-5.5V，在连接4Ω扬声器负载的情况下，音频输出功率可达2x3W，满足爆震监听的需要。

以上仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围，并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种发动机爆震监听器，其特征在于，所述发动机爆震监听器包括监听模块、第一爆震传感器、第二爆震传感器、四根双芯屏蔽线和ECU，其特征在于，所述第一爆震传感器和第二爆震传感器，均通过两根双芯屏蔽线同时连接所述ECU和监听模块，其中，

所述第一爆震传感器和第二爆震传感器，用于在发动机发生爆震时，向所述ECU和监听模块发送爆震信号；

所述ECU，用于对所述爆震信号进行处理；

所述监听模块，用于将爆震信号加以缓冲、放大并分离出有效的爆震信号，进行播放。

2.根据权利要求1所述的一种发动机爆震监听器，其特征在于，所述四根双芯屏蔽线的屏蔽层均接地至GND。

3.根据权利要求1所述的一种发动机爆震监听器，其特征在于，所述监听模块包括第一路差分输入-缓冲电路、第二路差分输入-缓冲电路、混合-放大电路、二阶高通滤波电路和功率放大模块，所述第一爆震传感器和第二爆震传感器分别通过一根双芯屏蔽线连接所述第一路差分输入-缓冲电路和第二路差分输入-缓冲电路，所述第一路差分输入-缓冲电路和第二路差分输入-缓冲电路均连接所述混合-放大电路，所述混合-放大电路通过所述二阶高通滤波电路连接所述功率放大模块。

4.根据权利要求3所述的一种发动机爆震监听器，其特征在于，所述功率放大模块的输出端分别连接有第一扬声器和第二扬声器。

5.根据权利要求4所述的一种发动机爆震监听器，其特征在于，所述发动机爆震监听器还包括充电器，所述监听模块还包括充电控制模块、锂电池BT1、电池状态指示电路和电源切换开关，所述充电控制模块连接所述锂电池BT1，所述锂电池的正极和所述充电器的正极均连接所述电源切换开关的常闭、常开触点，所述电源切换开关的极点连接至所述功率放大模块内部的电源开关的Vin+端，功率放大模块内部的电源开关的ON端同时连接至监听器内部的所有电路及电池状态指示电路。

6.根据权利要求5所述的一种发动机爆震监听器，其特征在于，所述发动机爆震监听器还包括音量电位器，所述音量电位器与功率放大模块的电源开关联动，用于调整音量输出大小。

7.一种权利要求6所述的发动机爆震监听器的运行方法，其特征在于，所述运行方法包括以下步骤：

S1、充电器连接至220V交流电，充电器输出的5V直流电源通过监听模块中的充电控制模块为锂电池BT1充电，通过电源切换开关选择所述发动机爆震监听器的工作电源是使用内部的锂电池还是外部的充电器；

S2、监听模块内部的功率放大模块的电源开关同音量电位器旋钮联动，顺时针旋转音量电位器旋钮，功率放大模块的电源闭合，电源切换开关所选择的电源正极被接通至监听模块内部的所有电路及电池状态指示电路，电池状态指示电路的LED发光二极管被点亮，发动机爆震监听器开始工作，继续旋转音量电位器旋钮即调整发动机爆震监听器的音量大小；在电源切换开关所选择的电源是锂电池且电池电压低于3V时，电池状态指示电路LED发光二极管不亮，即表明锂电池是处于低电量状态，需要充电；

S3：第一爆震传感器和第二爆震传感器的输出信号分别以差分输入的方式输入至两路差分输入、缓冲电路；

S4：两路差分输入、缓冲电路的输出信号输出至混合、放大电路，经过加法运算并放大，输出至二阶高通滤波电路，低于5KHz的信号被衰减，高于5KHz的有用信号有效通过滤波器输出至功率放大模块，推动两个扬声器发声，实现监听。

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