CN202903905U - 移动电站便携式综合检测诊断装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种移动电站便携式综合检测诊断装置，包括传感器单元、采集处理单元、无线通讯模块、工控主板，电站电气性能测试模块通过无线通讯电路和USB通讯电路与工控主板通讯，发动机性能测试模块由单片机处理后通过串口与工控主板进行通讯，工控主板上设有传感器单元接口、波形分析模块接口和电压电流采集模块接口。本实用新型是集传感器采集技术、USB无线跳频通讯技术、信息检测与处理技术、嵌入式计算机软硬件技术、虚拟仪器技术、维修理论、电站电子专家系统等于一体，依托软件平台和硬件平台，完成对电气性能和发动机综合性能的诊断、测试、分析和数据管理。

Description

移动电站便携式综合检测诊断装置

技术领域

本实用新型涉及一种检测诊断系统，具体涉及一种电站综合检测诊断装置。

背景技术

移动电站作为野外条件下重要的能源供应源，它的技术状态的好坏直接影响受电设备效能。当前移动电站维修设备复杂、智能化程度低、通用性实用性不高、机动性差等问题比较突出，而且随着新型高技术移动电站入市，其技术越来越先进，具有的功能越来越强，系统构成的复杂性和集成度越来越高。但与新型移动电站相适应的综合性、系统性的移动电站保障检测设备尚属空白。

发明内容

针对上述问题，本实用新型提出一种移动电站便携式综合检测诊断装置，本实用新型依托软件平台和硬件平台，能够完成电站电气性能和发动机综合性能的诊断、测试、分析和数据管理。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：移动电站便携式综合检测诊断装置，包括传感器单元、采集处理单元、无线通讯模块、工控主板，

传感器单元至少包括三相电压电流传感器、缸压传感器、油压传感器、齿轮传感器、柴油标志缸传感器、汽油标志缸传感器、次级高压传感器、电流传感器、正时灯传感器，

采集处理单元至少包括电站电气性能测试模块、发动机性能测试模块、波形分析模块、电压电流采集模块，

电站电气性能测试模块包括三相电压电流取样衰减变换电路和三相电能计量电路模块，三相电能计量电路模块采用芯片U04 ATT7022E，

发动机性能测试模块包括缸压信号输入整形放大电路，油压信号输入整形放大电路，齿轮脉冲整形电路，次级高压脉冲采集电路，电瓶电压电流采集电路，汽油标志缸和柴油标志缸整形适配电路，集成AD采样功能的MCU控制采集电路，

无线通讯模块采用USB无线跳频通讯模块，包括微控制器STC89C58、无线通讯电路和USB通讯电路，无线通讯电路采用无线收发芯片NRF2401，USB通讯电路采用PDIUSBD12，

无线通讯电路接收电站电气性能测试模块测量的参数，发送至微控制器STC89C58，微控制器STC89C58控制采集所需要的电量数据并通过USB通讯电路送到工控主板， 

发动机性能测试模块由单片机处理后通过串口与工控主板进行通讯，

工控主板上设有传感器单元接口、波形分析模块接口和电压电流采集模块接口。

电站电气性能测试包括三相电压电流采集电路及三相电压电流取样衰减电路等，通过连接交流电压连接线和交流电流传感器采集电压电流信号，然后经三相电压电流取样衰减电路变换成需要的电压电流信号，进入高精度多功能三相电能计量模块，由微处理器控制采集所需要的电量数据，然后通过无线跳频通讯模块送到工控主板，由应用软件进行电量数据的判断推理，并计算出八项电气性能指标和标准进行对比，然后形成测试诊断报告以排除故障。

三相交流电压信号通过测试夹CZ01进入取样变压器T01，T02，T03取样，再经过衰减电阻进入三相电能计量芯片U04 ATT7022E的电压差动输入通道，三相交流电流信号通过卡式电流传感器I01，I02，I03，I04取样，再经过对地10欧电阻将电流信号变换为电压信号进入三相电能计量芯片U04 ATT7022E的电流差动输入通道，U04 ATT7022E 是一颗多功能高精度的三相电能专用计量芯片，适用于三相三线和三相四线应用。集成了 7 路二阶 sigma-delta ADC、参考电压电路以及所有功率、能量、有效值、功率因数及频率测量的数字信号处理等电路，能够测量各相以及合相的有功功率、无功功率、视在功率、有功能量及无功能量，同时还能测量各相电流、电压有效值、功率因数、相角、频率等参数，充分满足三相复费率多功能电能表的需求。支持全数字域的增益、相位校正，瞬时有功、无功功率信息，可直接进行误差校正。通过SPI 接口与单片机U01 STC89C52之间进行计量及校表参数的传递，单片机U01 STC89C52将测量的各相以及合相的有功功率、无功功率、视在功率、有功能量及无功能量，各相电流、电压有效值、功率因数、相角、频率等参数通过无线讯芯片U02 NRF2401或USB通讯芯片U03 PDIUSBD12送到工控主板由应用软件进行分析处理并计算出八项电气性能指标。

发动机性能测试包括缸压信号输入整形放大电路，油压信号输入整形放大电路，齿轮脉冲整形电路，次级高压脉冲采集电路，电瓶电压电流采集电路，汽油标志缸和柴油标志缸整形适配电路，集成AD采样功能的MCU控制采集电路等。通过连接不同的传感器，调用不同的应用程序和对应的测试数据库，完成对发动机性能各测试项目的信号采集，检测诊断，并形成测试诊断报告以排除故障。

缸压传感器测试发动机的气缸压力和涡轮增压压力，油压传感器测试柴油发动机高压油管中的燃油压力来获取高压油泵的供油波形以及喷油器的开启油压和关闭油压，采集到的信号一路经W01平衡电位器至可变增益放大器U07 AD620放大,再经过U05A LF412二次放大，一路直接进入U01 12C5A16S2单片机AD取样，另一路经过比较器U09 LM393至U04A 4538整形形成脉冲至单片机提供转速采集信号。齿轮传感器感应发动机飞轮的齿脉冲来提供转速信号，传感器信号经过U03B LF412放大至U06A 4538整形形成脉冲信号至单片机提供转速采集信号。次级高压传感器通过电容感应方式提取汽油机分缸高压线或中央高压线的点火电压和信号波形，电瓶电压传感器测试发动机起动电压，电瓶电流传感器测试发动机起动电流，分别经过相应的电阻衰减电路至U01 12C5A16S2单片机AD取样。汽油标志缸传感器感应汽油机高压点火脉冲来提供转速和标志缸信号，经运放U11 LM2904放大整形形成标志缸信号至U01 12C5A16S2单片机。柴油标志缸传感器采用外卡感应柴油发动机高压油管中的燃油脉动信号获取发动机喷油波形、转速和标志缸信号。信号经LM383四级放大调整形成波形、转速和标志缸信号至U01 12C5A16S2单片机。正时灯控制电路通过控制正时灯，测试发动机的喷油提前角，将正时灯接好后，起动发动机并稳定在某一转速，按住正时灯闪光键正时灯开始闪烁，将闪烁光对准飞轮壳或机体前端面上的固定指针，调节正时灯上的“＋”“－”按键，使飞轮或曲轴皮带盘上的标记逐渐与固定指针对齐，通过U01 12C5A16S2单片机对“＋”“－”按键的采集控制算出喷油提前角。

USB无线跳频通讯模块包括微控制器STC89C58，NRF2401芯片和PDIUSBD12芯片，NRF2401是单芯片无线收发芯片，工作于2.4GHz～2.5GHz频率段。芯片包括一个完全集成的频率合成器，功率放大器，晶体振荡器和调制器。发射功率和工作频率等工作参数可以很容易的通过3线SPI端口完成。极低的电流消耗，在-5dBm的输出功率时仅为10.5mA，在接收模式时仅为18mA。PDIUSBD12是一款性价比很高的USB器件。它通常用作微控制器系统中实现与微控制器进行通信的高速通用并行接口。它还支持本地的DMA传输。 所具有的低挂起功耗连同LazyClock输出可以满足使用ACPI、OnNOW和USB电源管理的要求。低的操作功耗可以应用于使用总线供电的外设。由微控制器STC89C58，NRF2401芯片和PDIUSBD12芯片组成的USB无线跳频通讯模块，固件程序采用直接扩频序列、交互式网状分时通讯模式，辐射功率1mW—10 mW，通信数据通过特殊加密和内置了CRC纠检错硬件电路和协议，使得数据传输安全稳定可靠。 

对电站和发动机检测诊断的步骤为：

a、将系统、虚拟检测设备、后台数据库初始化，选择待测电站，如需添加新的待测电站，可添加该待测电站的数据库，设置电站参数，进行电气性能检测和发动机性能检测；

b、电气性能检测：将电气性能检测电缆一端连接电站测试端，一端连接电气性能测试模块，测试模块开关置于“电站”，启动交流发电机，选择发动机类别、标定电压、标定频率和负载，选择测量项目，点击诊断系统“开始测量”即开始按照设置好的参数进行测试，

空载指标测量：使设备处于空载状态，启动虚拟仪器采集数据，电站电气性能测试模块将数据转换为所需指标，

稳态指标测量：连接待测发动机，启动虚拟仪器采集数据，电站电气性能测试模块将数据转换为所需指标，

瞬态指标测量：连接待测发动机，启动虚拟仪器采集数据，测量空载数据，至少加载20%、50%、75%、100%，测量相应数据，电站电气性能测试模块将数据转换为所需指标，

测试完成后保存测量结果，形成测量报表；

c、发动机性能检测：选择发动机类别，设定发动机缸数、飞轮齿数、测功上限和下限、转动惯量、测试转速、充电系数和效率系数，选择测量项目，按所选测量项目流程完成测量，包括发动机起动性能检测、发动机动力性能检测、发动机喷油性能检测、缸压检测、正时灯检测、点火性能检测，

发动机起动性能检测：通过观察起动电流波形分析各缸的相对缸压，对蓄电池电压、起动和充电进行测试，选择测试项目，启动虚拟仪器电流传感器，采集并计算相应参数：蓄电池电压、起动电压、最大压降、起动电流、起动转速，以及蓄电池内阻、充电电压、充电电流、充电转速，显示各项参数的波形，

蓄电池电压测试：发动机熄火后连接电流传感器，选择蓄电池电压测试，开始测量，显示各项参数的波形，

起动测试：发动机熄火后连接电流传感器和电压夹，选择起动测试，开始测量，系统进入等待状态，连续起动发动机，当系统状态显示红色，停止起动，测试结束，显示各项参数的波形，

充电测试：发动机熄火后连接电流传感器、电压夹、柴油标志缸传感器、汽油标志缸传感器，发动机熄火时先测一次蓄电池电压然后起动发动机并稳定专属，选择充电测试，开始测量，显示各项参数的波形，

发动机动力性能检测：包括无负荷测功和缸贡献率的检测，选择测试项目，选择转速源：标志缸信号、蓄电池充电信号或齿轮信号，启动虚拟仪器，采集并计算参数：实时转速、加速时间、平均功率、最大功率、最大扭矩、最高转速、最低转速，显示各项参数的波形，

无负荷测功：发动机熄火后连接传感器，若选择“蓄电池充电信号”做转速源，则不需要连接传感器；若选择“标志缸信号”做转速源，则需要连接柴油标志缸传感器或汽油标志缸传感器；若选择“齿轮信号”做转速源，则需要连接齿轮传感器，开始测量，发动机在怠速时，急速将油门开到最大，发动机转速急速上升，当转速超过测功上限设定值时测试结束，将油门回位，

缸贡献率：发动机熄火后连接传感器，发动机起动后稳定在某一转速下，开始测量，

发动机喷油性能检测：通过柴油标志缸传感器连接到喷油器附近的油管，感应喷油时产生的高频振动信号，对喷油均匀性进行检测，通过油压传感器对喷油压力进行检测, 启动虚拟示波器、依次采集各缸喷油波形信息，并在屏幕上对各缸波形进行对比，启动虚拟仪器柴油标志缸传感器，采集并计算参数：转速、单次峰值、开启油压和关闭油压，

喷油均匀性检测:将柴油标志缸传感器连接到喷油器附近的油管上，感应喷油时产生的高频振动信号，开始测量，依次采集各缸喷油波形信息，并在屏幕上对各缸波形进行对比，选择至少一个缸进行测试，测试完毕后可选择多缸波形合成比较进行诊断，

喷油压力检测:发动机熄火后连接油压传感器和柴油标志缸传感器，开始测量，

缸压检测：对气缸压缩压力和缸压法提前角进行检测，选择测试项目，调用虚拟示波器、依次采集各缸缸压波形信息，并在屏幕上对各缸波形进行对比，用虚拟仪器缸压传感器采集并计算参数：最高缸压、峰值缸压、起动转速、动态转速、缸压提前角，

通过缸压传感器精确感应气缸压力值，并对气缸压缩过程的波形进行处理，取出每次的峰值，即峰值缸压，并将最高的峰值保留，即最高缸压，在发动机熄火后连接缸压传感器进行测量。

正时灯检测：预设提前角，分别在高、中、低三种转速下，用虚拟仪器正时灯传感器和柴油标志缸传感器，采集转速和提前角，

连接柴油标志缸传感器和正时灯，开始测量，起动发动机使发动机稳定在某一转速，按住正时灯闪光键，正时灯开始闪烁，将闪烁光对准飞轮壳或机体前端面上的固定刻度，调节正时灯，使飞轮或曲轴皮带盘上的标记逐渐与固定指针对齐，保存当前提前角和转速并跳转至下一转速进行测试。

点火性能检测：启动虚拟仪器次级高压传感器和汽油标志缸传感器，采集次级高压、转速、缸期。

连接次级高压传感器和汽油标志缸传感器，发动机起动后，显示次级点火信号波形，缸期表示将所有缸都做功一次的周期除以缸数。

本实用新型的有益效果是：本实用新型是集传感器采集技术、USB无线跳频通讯技术、信息检测与处理技术、嵌入式计算机软硬件技术、虚拟仪器技术、维修理论、电站电子专家系统等于一体的对电站性能和柴油、汽油发动机综合性能的专用检测设备，依托软件平台和硬件平台完成电气性能和发动机综合性能的诊断、测试、分析和数据管理等功能。为电站的动态健康监测、亚健康追踪、故障诊断、维修养护效果检定提供了快速、简捷的测试手段,作为设备管理、检定、维修保养的必备工具，广泛适应于发动机电站、汽车、工程机械、农业机械、船舶以及军事装备的生产、管理、应用、检测、维修、保养、科研、教学等各个领域。

附图说明

下面结合附图对本实用新型进行辅助说明：

图1是本实用新型实施例电站电气性能测试模块的结构框图；

图2是本实用新型实施例发动机性能测试模块的结构框图；

图3为本实用新型实施例电站电气性能检测流程图；

图4为本实用新型实施例电站电气性能空载指标检测流程图；

图5为本实用新型实施例电站电气性能稳态指标检测流程图；

图6为本实用新型实施例电站电气性能瞬态指标检测流程图；

图7为本实用新型实施例发动机性能检测流程图；

图8为本实用新型实施例发动机起动性能检测流程图；

图9为本实用新型实施例发动机动力性能检测流程图；

图10为本实用新型实施例发动机喷油性能检测流程图；

图11为本实用新型实施例发动机缸压性能检测流程图；

图12为本实用新型实施例发动机正时灯性能检测流程图；

图13为本实用新型实施例发动机点火性能检测流程图；

具体实施方式

a、将系统、虚拟检测设备、后台数据库初始化，选择待测电站，如需添加新的待测电站，可添加该待测电站的数据库，设置电站参数，进行电气性能检测和发动机性能检测；

b、电气性能检测：将电气性能检测电缆一端连接电站测试端，一端连接电气性能测试模块，测试模块开关置于“电站”，启动交流发电机，选择发动机类别、标定电压、标定频率和负载，选择测量项目，点击诊断系统“开始测量”即开始按照设置好的参数进行测试，

空载指标测量：使设备处于空载状态，启动虚拟仪器采集数据，电站电气性能测试模块将数据转换为所需指标，

稳态指标测量：连接待测发动机，启动虚拟仪器采集数据，电站电气性能测试模块将数据转换为所需指标，

瞬态指标测量：连接待测发动机，启动虚拟仪器采集数据，测量空载数据，至少加载20%、50%、75%、100%，测量相应数据，电站电气性能测试模块将数据转换为所需指标，

测试完成后保存测量结果，形成测量报表；

c、发动机性能检测：选择发动机类别，设定发动机缸数、飞轮齿数、测功上限和下限、转动惯量、测试转速、充电系数和效率系数，选择测量项目，按所选测量项目流程完成测量，包括发动机起动性能检测、发动机动力性能检测、发动机喷油性能检测、缸压检测、正时灯检测、点火性能检测，

发动机起动性能检测：通过观察起动电流波形分析各缸的相对缸压，对蓄电池电压、起动和充电进行测试，选择测试项目，启动虚拟仪器电流传感器，采集并计算相应参数：蓄电池电压、起动电压、最大压降、起动电流、起动转速，以及蓄电池内阻、充电电压、充电电流、充电转速，显示各项参数的波形，

蓄电池电压测试：发动机熄火后连接电流传感器，选择蓄电池电压测试，开始测量，显示各项参数的波形，

起动测试：发动机熄火后连接电流传感器和电压夹，选择起动测试，开始测量，系统进入等待状态，连续起动发动机，当系统状态显示红色，停止起动，测试结束，显示各项参数的波形，

充电测试：发动机熄火后连接电流传感器、电压夹、柴油标志缸传感器、汽油标志缸传感器，发动机熄火时先测一次蓄电池电压然后起动发动机并稳定专属，选择充电测试，开始测量，显示各项参数的波形，

发动机动力性能检测：包括无负荷测功和缸贡献率的检测，选择测试项目，选择转速源：标志缸信号、蓄电池充电信号或齿轮信号，启动虚拟仪器，采集并计算参数：实时转速、加速时间、平均功率、最大功率、最大扭矩、最高转速、最低转速，显示各项参数的波形，

无负荷测功：发动机熄火后连接传感器，若选择“蓄电池充电信号”做转速源，则不需要连接传感器；若选择“标志缸信号”做转速源，则需要连接柴油标志缸传感器或汽油标志缸传感器；若选择“齿轮信号”做转速源，则需要连接齿轮传感器，开始测量，发动机在怠速时，急速将油门开到最大，发动机转速急速上升，当转速超过测功上限设定值时测试结束，将油门回位，

缸贡献率：发动机熄火后连接传感器，发动机起动后稳定在某一转速下，开始测量，

发动机喷油性能检测：通过柴油标志缸传感器连接到喷油器附近的油管，感应喷油时产生的高频振动信号，对喷油均匀性进行检测，通过油压传感器对喷油压力进行检测, 启动虚拟示波器、依次采集各缸喷油波形信息，并在屏幕上对各缸波形进行对比，启动虚拟仪器柴油标志缸传感器，采集并计算参数：转速、单次峰值、开启油压和关闭油压，

喷油均匀性检测:将柴油标志缸传感器连接到喷油器附近的油管上，感应喷油时产生的高频振动信号，开始测量，依次采集各缸喷油波形信息，并在屏幕上对各缸波形进行对比，选择至少一个缸进行测试，测试完毕后可选择多缸波形合成比较进行诊断，

喷油压力检测:发动机熄火后连接油压传感器和柴油标志缸传感器，开始测量，

缸压检测：对气缸压缩压力和缸压法提前角进行检测，选择测试项目，调用虚拟示波器、依次采集各缸缸压波形信息，并在屏幕上对各缸波形进行对比，用虚拟仪器缸压传感器采集并计算参数：最高缸压、峰值缸压、起动转速、动态转速、缸压提前角，

通过缸压传感器精确感应气缸压力值，并对气缸压缩过程的波形进行处理，取出每次的峰值，即峰值缸压，并将最高的峰值保留，即最高缸压，在发动机熄火后连接缸压传感器进行测量。

正时灯检测：预设提前角，分别在高、中、低三种转速下，用虚拟仪器正时灯传感器和柴油标志缸传感器，采集转速和提前角，

连接柴油标志缸传感器和正时灯，开始测量，起动发动机使发动机稳定在某一转速，按住正时灯闪光键，正时灯开始闪烁，将闪烁光对准飞轮壳或机体前端面上的固定刻度，调节正时灯，使飞轮或曲轴皮带盘上的标记逐渐与固定指针对齐，保存当前提前角和转速并跳转至下一转速进行测试。

点火性能检测：启动虚拟仪器次级高压传感器和汽油标志缸传感器，采集次级高压、转速、缸期。

连接次级高压传感器和汽油标志缸传感器，发动机起动后，显示次级点火信号波形，缸期表示将所有缸都做功一次的周期除以缸数。 

Claims (1)

1.移动电站便携式综合检测诊断装置，其特征在于：包括传感器单元、采集处理单元、无线通讯模块、工控主板，

传感器单元至少包括三相电压电流传感器、缸压传感器、油压传感器、齿轮传感器、柴油标志缸传感器、汽油标志缸传感器、次级高压传感器、电流传感器、正时灯传感器，

采集处理单元至少包括电站电气性能测试模块、发动机性能测试模块、波形分析模块、电压电流采集模块，

电站电气性能测试模块包括三相电压电流取样衰减变换电路和三相电能计量电路模块，三相电能计量电路模块采用芯片U04 ATT7022E，

发动机性能测试模块包括缸压信号输入整形放大电路，油压信号输入整形放大电路，齿轮脉冲整形电路，次级高压脉冲采集电路，电瓶电压电流采集电路，汽油标志缸和柴油标志缸整形适配电路，集成AD采样功能的MCU控制采集电路，

无线通讯模块采用USB无线跳频通讯模块，包括微控制器STC89C58、无线通讯电路和USB通讯电路，无线通讯电路采用无线收发芯片NRF2401，USB通讯电路采用PDIUSBD12，

无线通讯电路接收电站电气性能测试模块测量的参数，发送至微控制器STC89C58，微控制器STC89C58控制采集所需要的电量数据并通过USB通讯电路送到工控主板， 

发动机性能测试模块由单片机处理后通过串口与工控主板进行通讯，工控主板上设有传感器单元接口、波形分析模块接口和电压电流采集模块接口。

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