CN1704760A - 一种汽车发动机转速测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种汽车发动机转速测量装置及方法，包括与传声器组件(1)输出端、显示电路(4)输入端依次连接的模拟处理电路(2)和转换电路(3)，利用传声器组件(1)接收汽车排气口位置的噪声信号，通过模拟处理电路(2)、转换电路(3)，处理成为汽车发动机转速信号或转速数值、噪声信号量值，模拟处理电路(2)中包含有自动控制放大输出电平的多路选择器，保证了测量的大动态范围及测量精度。本发明是一种便携式的仪器装置，具有安全、快速、准确的测量出发动机的转速和噪声的特点，可以对大批量汽车进行转速和噪声的一体化检测，实现对汽车转速、噪音的普查、监视与性能分析研究。

Description

一种汽车发动机转速测量装置及方法

技术领域

本发明涉及一种汽车发动机转速测量装置及方法，特别涉及采用空气动力噪声的特征测量汽车发动机转速的装置和方法。

背景技术

目前汽车装配完毕之后，汽车发动机转速的数值，一般是通过汽车内部的转速表指示的。机动车辆质检部门和车辆研究人员根据这种检测，不能有效了解不同转速下的发动机噪音，也不能通过不同转速下的噪声来研究发动机的工作状况。传统的噪声检测方法，借助声级计测量噪声的数值，不能同时获取汽车发动机的转速值。

在1992年5月6日公开、申请号为91215837.9、名称为《振动式转速仪》的中国专利中，披露了一种改进的转速仪，它利用旋转机器存在旋转离心力产生振动的特征，以振动传感器获得信号，经放大电路、滤波电路、频率选择电路和计数电路，在转速数字显示器上获得机器的转速。该专利通过机械振动信号传感获取转速值，首先要求有一个体现机器振动的平稳表面，还要求仪器必须与被测对象相接触，使测量过程受到很多限制，在汽车装配完毕以后，很难进行汽车发动机转速的测量，也不能同时获得相应转速下的噪声值，无法满足随机、批量的汽车发动机转速和噪声一体化检测的要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题，是通过测量汽车排气噪声的同时，快速获得汽车发动机转速的装置及其方法。

为解决上述技术问题，本发明提出一种汽车发动机转速测量装置，包括传声器组件、显示电路，还包括与传声器组件输出端、显示电路输入端依次连接的模拟处理电路和转换电路，所述转换电路用于将所述传声器组件感应并经模拟处理电路处理的声音信号转换为转速值或转速信号。

所述传声器组件包括传声器和前置放大器；

所述模拟处理电路包括有依次连接的多路选择器、滤波器、整形器，用于对信号进行放大、选择、转换、滤波、整形处理。

所述的多路选择器包括：多个相互串联的放大器，其中第一个放大器的输入端与所述传声器组件相连，最后一个放大器的输出端与多路转换器输入端相连，多个相互串联放大器的输入端分别与多路转换器输入端相连；多个检波器输入端分别与所述多个放大器输入端相连；多个比较器输入端分别与所述多个检波器输出端相连；所述多个比较器的输出端分别与微型处理器的输入端相连；所述微型处理器输出端与所述多路转换器输入控制端相连。

多个比较器的另一输入端还分别与参考电平相连。

所述转换电路包括有模数转换器、数字信号处理器、闪存器、微型处理器、键盘、数据传输接口。所述微型处理器分别与数字信号处理器、键盘、数据传输接口、显示电路相连；所述闪存器与数字信号处理器相连；所述模数转换器连接在模拟处理电路的输出端和数字信号处理器的输入端。转换电路的模数转换器把模拟处理电路输出信号变换为数字信号，并由数字信号处理器采集处理，得到汽车排气噪声声级值和汽车发动机转速值，传送给微型处理器，由微型处理器送至显示电路装置显示。

本发明还从汽车排气噪声中获取转速信息，提出一种汽车发动机转速测量方法，其特征是包括如下步骤：

(A)利用传声器组件接收汽车排气口位置的噪声信号；

(B)将此噪声信号通过模拟处理电路处理成适于后续转换电路处理的信号；

(C)利用转换电路将所述噪声信号转换为汽车发动机转速信号或转速数值。

作为优选，本方法还包括如下特征：

在所述步骤(A)之前还包括步骤(A0)：通过键盘和显示电路装置设定被测汽车的发动机缸数和行程两参数，并选定测量方式，所述测量方式包括单次测量和连续测量两种。

在步骤(C)中将所述噪声信号转换为汽车发动机转速信号或转速数值的方法包括如下步骤：(C1)从噪声信号的时域谱得到其频域谱；(C2)从频域谱中找出发动机噪声基频值f；(C3)提取该频率值，并转化为发动机转速信号或转速值。

在所述步骤(C3)中按下式计算转速：转速＝30τ/(Z·T)，其中，τ是被测汽车发动机每个工作循环的行程数，Z是被测汽车发动机的缸数，T＝1/f，转速的单位为分钟转数，其余物理量单位为国际单位制。

在步骤(A)之后还包括步骤(B’)：根据所获取的噪声信号计算噪声的声级值。

由于模拟处理电路有多级放大，对非接触噪声不同的输入电平，可以自动选择其放大的增益值，控制多路转换器输入端达到要求的数值，保证了测量的大动态范围及测量精度。

该装置不仅可作为专用的汽车噪音、转速测量仪器，实现汽车噪音的普查、监视与性能分析研究，还可替代传统噪音测量仪、分析噪音频谱仪，进行环境监测、故障分析与诊断。本发明是一种便携式的仪器装置，具有安全、快速、准确的测量出发动机的转速和噪声的特点，可以对大批量汽车进行转速和噪声的一体化检测。

附图说明

图1是本发明基本原理方框示意图；

图2是本发明电路方框示意图；

图3是本发明模拟处理电路和转换电路连接图；

图4是本发明模拟电路部分连接原理图；

图5是本发明转换电路部分连接原理图；

图6是本发明方法流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图的具体实施例对本发明作进一步详细的描述。

如图1所示，本发明的一种汽车发动机转速测量装置，包括传声器组件1、显示电路4，还包括与传声器组件1输出端、显示电路4输入端依次连接的模拟处理电路2和转换电路3，所述转换电路3用于将所述传声器组件1感应并经模拟处理电路2处理的声音信号转换为转速值或转速信号。

实施例一：如图2、3所示，传声器组件1包括传声器S0和前置放大器U0，所述前置放大器U0连接在传声器S0输出端和模拟处理电路2的输入端；传声器S0是汽车排气噪声信号进入本发明装置的输入部分，S0可采用测试电容传声器，如型号为AWA14421，灵敏度50mv/Pa，动态范围20～142dB；U0可选用电容传声器前置放大器，如型号为AWA14602，测试范围25～130dB，传输增益0dB。

所述转换电路3包括依次相连的模数转换电路U16、数字信号处理器U17，所述模数转换电路U16输入端与模拟处理电路2的输出端相连；与所述数字信号处理U17相连的闪存器U20是根据声音信号提取转速值或转速信号的装置，所述模拟处理电路2中包含有自动控制放大输出电平的多路选择器。

所述模拟处理电路2中还包括有依次连接的多路选择器、滤波器、整形器，用于对信号进行放大、选择、转换、滤波、整形处理。

图3是本发明模拟处理电路2和转换电路3的连接图，所述模拟处理电路2和转换电路3还包括微型处理器U18；所述自动控制放大输出电平的多路选择器包括：

多路转换器U13；

所述多个相互串联的放大器U1、U2、U3、U4，其中第一个放大器U1的输入端与所述传声器组件1相连，最后一个放大器的输出端U4与所述多路转换器U13信号输入端相连，多个相互串联放大器U1、U2、U3、U4的输入端分别与多路转换器U13输入端相连；

所述多个检波器U5、U6、U7、U8输入端分别与所述多个放大器U1、U2、U3、U4输入端相连；

所述多个比较器U9、U10、U11、U12输入端分别与所述多个检波器U5、U6、U7、U8输出端相连；

所述多个比较器U9、U10、U11、U12的控制信号输出端分别与微型处理器U18的信号输入端相连，所述微型处理器U18输出端与所述多路转换器U13输入控制端相连。

微型处理器U18通过判断比较器U9、U10、U11、U12的输出值，发出控制指令，自动确定某个放大器的输出电平进入多路转换器U13，由多路转换器U13选择对应的信号放大，进入滤波器U14，实现抗混叠低通滤波，再由整形器U15进行电平转换整形，完成信号的模拟处理控制。这种自动选择控制噪声信号增益进入多路转换器U13的方式，特别适应既要测量噪声又要测量发动机转速的场合。自动增益选择控制还可以用模拟方式实现，它适用在不关心噪声的大动态范围，只注重测量发动机转速的场合。

图4是本发明模拟电路部分连接原理图，其中，放大器U1、U2、U3、U4可选用TLE2082；检波器U5、U6、U7、U8可选用TL072；比较器U9、U10、U11、U12可选用LM393；多路转换器U13可选用MAX308；滤波器U14可选用TLE2072；整形器U15可选用TLE2072。图4中SIG1、SIG2、SIG3、SIG4、SIG5端子分别连接到多路转换器U13的输入端；COP1到COP4端子分别连接到图5中所述微型处理器U18输入端；CA0到CA2端子分别连接到图5中所述微型处理器U18输出端；Ain端子连接到图5中所述模数转换器U16输入端；电阻R1、R4、R8、R12分别与相应放大器U1、U2、U3、U4输入端连接；电阻R3、R5、R10、R14分别是相应放大器U1、U2、U3、U4的反馈电阻；电阻R2、R7、R11、R15分别是相应放大器U1、U2、U3、U4的匹配电阻；D1到D8是相应检波器U5、U6、U7、U8的整流二极管；V是所述比较器U9、U10、U11、U12的参考电平；V1是整形器U15的直流参考电平。

图5是本发明转换电路部分连接原理图。如图3和图5所示，所述转换电路3的模数转换器U16把模拟处理电路输出信号变换为数字信号，数字信号由数字信号处理器U17采集并处理，得到汽车排气噪声声级值和汽车发动机转速值，传送给微型处理器U18，由微型处理器U18送至显示电路装置U19显示。包括依次相连的模数转换电路U16、数字信号处理器U17，所述模数转换器U16连接在模拟处理电路2的输出端和数字信号处理器U17的输入端，实现信号的模数转换，可选TLV2548；所述微型处理器U18分别与数字信号处理器U17、输入装置键盘U22、显示电路装置U19、数据传输接口U21相连，可选AT89C51；所述闪存器U20与数字信号处理器U17相连，闪存器U20与数字信号处理器U17可以根据声音信号，完成有关信号计算，获得转速值或转速信号。U17可选用TMS320VC33，U20可选用AM29F040。

键盘U22包括6个功能键，分别是确认键、加数键、减数键、单次测量设定键、连续测量设定键和传输数据键。单次测量和连续测量两种方式分别由单次测量设定键、连续测量设定键设定。被测汽车的发动机缸数和行程两参数由所述加数键、减数键、确认键输入。当需要将测量结果传输到其他设备如微型计算机上时，由数据传输键启动。

如图3和5中所示的显示电路4是显示电路装置U19，U19可选用LCD器件EDM1602B。微型处理器U18接收数字信号处理器U17处理的转速信号，在所述显示电路装置U19上显示，或者通过数据传输接口U21传送到其他设备，U21可选MAX3221。

图6是本发明方法流程示意图，利用上述装置进行发动机转速检测的方法包括如下步骤：

1、通过键盘U22和显示电路装置U19设定被测汽车的发动机缸数和行程两参数，并选定测量方式，所述测量方式包括单次测量和连续测量两种。如果不输入，则本装置自动读取缺省的数据或前次输入的数据，因此本步骤可以省略。

2、利用传声器组件1接收汽车排气口位置的噪声信号；

3、将此噪声信号通过模拟处理电路2处理成适于后续转换电路3处理的信号；

4、利用转换电路3将所述噪声信号转换为汽车发动机转速信号或转速数值，它的基本原理是：从噪声信号的时域谱得到其频域谱；从频域谱中找出发动机噪声基频值f；提取该频率值，并转化为发动机转速信号或转速值。

在所述步骤4中按下式计算转速：转速＝30τ/(Z·T)，其中，τ是被测汽车发动机每个工作循环的行程数，Z是被测汽车发动机的缸数，T＝1/f，转速的单位为分钟转数，其余物理量单位为国际单位制。

由于本装置在测量过程中已获得了噪声信号，由数字信号处理器计算，即可给出噪声信号的声级值，因此在计算发动机转速的同时，获得噪声的声级值，实现一机多用。

上述实施例所提供的汽车转速快速检测方法不接触汽车，距离汽车排气口100cm以内，即可快速测出汽车的发动机转速，反应时间小于1秒。汽车排气噪声声级值和汽车发动机的转速值同时获得。对汽车进行实际测量实验，结果表明其技术参数如下：发动机转速测量范围：30～8000转/分；转速测量误差：±10转/分；噪声测量范围：30～130dB；计权方式：采用A计权修正；声级分辨率0.1dB；声级准确度优于±0.5dB。

实施例二：本例总体构思与实施例一相同，但其模拟处理电路2采用模拟式自动增益控制电路AGC，不需要微型处理器。转换电路3也采用模拟式频谱仪、富氏变换器等配合频率—电压变换器(F-V变换器)，在取得基频频率f值后不需要用公式进行计算，而是用一个经过标定的指针式测量仪进行转速和噪声值的显示。可以获得与实施例一同样的优点和性能指标。

Claims (10)

1、一种汽车发动机转速测量装置，包括传声器组件(1)、显示电路(4)，其特征在于：还包括与传声器组件(1)输出端、显示电路(4)输入端依次连接的模拟处理电路(2)和转换电路(3)，所述转换电路(3)用于将所述传声器组件(1)感应并经模拟处理电路(2)处理的声音信号转换为转速值或转速信号；所述模拟处理电路(2)中包含有自动控制放大输出电平的多路选择器。

2、如权利要求1所述的汽车发动机转速测量装置，其特征在于：所述转换电路(3)包括依次相连的模数转换电路(U16)、数字信号处理器(U17)；所述模数转换电路(U16)输入端与模拟处理电路(2)的输出端相连；与所述数字信号处理(U17)相连的闪存器(U20)是根据声音信号提取转速值或转速信号的装置。

3、如权利要求1或2所述的汽车发动机转速测量装置，其特征在于：还包括微型处理器(U18)；所述自动控制放大输出电平的多路选择器包括：多路转换器(U13)；

多个相互串联的放大器(U1)、(U2)、(U3)、(U4)，其中第一个放大器(U1)的输入端与所述传声器组件(1)相连，最后一个放大器的输出端(U4)与多路转换器(U13)信号输入端相连，多个相互串联放大器(U1)、(U2)、(U3)、(U4)的输入端分别与多路转换器(U13)输入端相连；

多个检波器(U5)、(U6)、(U7)、(U8)输入端分别与所述多个放大器(U1)、(U2)、(U3)、(U4)输入端相连；

多个比较器(U9)、(U10)、(U11)、(U12)输入端分别与多个检波器(U5)、(U6)、(U7)、(U8)输出端相连；多个比较器(U9)、(U10)、(U11)、(U12)的控制信号输出端分别与微型处理器(U18)的信号输入端相连，所述微型处理器(U18)输出端与所述多路转换器(U13)输入控制端相连。

4、如权利要求3所述的汽车发动机转速测量装置，其特征在于：在所述传声器组件(1)和模拟处理电路(2)之间还接有前置放大器(U0)；在所述多路选择器(U13)之后还依次接有滤波器(U14)、信号整形器(U15)。

5、如权利要求2所述的汽车发动机转速测量装置，其特征在于：还包括微型处理器(U18)，所述微型处理器(U18)分别与数字信号处理器(U17)、输入装置键盘(U22)、显示电路装置(U19)或/和数据传输接口(U21)相连；所述闪存器(U20)与数字信号处理器(U17)相连。

6、一种汽车发动机转速测量方法，其特征在于包括如下步骤：

(A)利用传声器组件(1)接收汽车排气口位置的噪声信号；

(B)将此噪声信号通过模拟处理电路(2)处理成适于后续转换电路(3)处理的信号；

(C)利用转换电路(3)将所述噪声信号转换为汽车发动机转速信号或转速数值。

7、如权利要求6所述的汽车发动机转速测量方法，其特征在于：在所述步骤(A)之前还包括步骤(A0)：通过键盘(U22)和显示电路装置(U19)设定被测汽车的发动机缸数和行程两参数，并选定测量方式，所述测量方式包括单次测量和连续测量两种。

8、如权利要求6所述的汽车发动机转速测量方法，其特征在于：在步骤(C)中将所述噪声信号转换为汽车发动机转速信号或转速数值的方法包括如下步骤：

(C1)从噪声信号的时域谱得到其频域谱；

(C2)从频域谱中找出其中特征基频的频率值f，该值即为发动机噪声基频值；

(C3)提取该频率值，并转化为发动机转速信号或转速值。

9、如权利要求8所述的汽车发动机转速测量方法，其特征在于：在所述步骤(C3)中按下式计算转速：转速＝30τ/(Z·T)，其中，τ是被测汽车发动机每个工作循环的行程数，Z是被测汽车发动机的缸数，T＝1/f，转速的单位为分钟转数，其余物理量单位为国际单位制。

10、如权利要求6所述的汽车发动机转速测量方法，其特征在于：在步骤(A)之后还包括步骤(B’)：根据所获取的噪声信号计算噪声的声级值。

Images