CN205539035U - 柴油机瞬时转速测量仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种柴油机瞬时转速测量仪，包括检测单元和中央处理单元，还包括显示单元，所述检测单元包括转速传感器和第一脉冲整形单元，所述中央处理单元包括中央处理器、高速频率测量单元和显示接口；所述转速传感器输出端连接所述第一脉冲整形单元输入端，所述第一脉冲整形单元输出端连接所述高速频率测量单元输入端，所述高速频率测量单元输出端连接所述中央处理器输入端，所述中央处理器输出端连接显示接口与所述显示单元连接。该柴油机瞬时转速测量仪结构简单，操作方便，智能化程度高，转速计算结果准确度高。

Description

柴油机瞬时转速测量仪

技术领域

本实用新型涉及柴油机转速测量领域，具体涉及一种具有气缸熄火故障诊断功能的柴油机瞬时转速测量仪。

背景技术

柴油机作为最常用的动力机械设备，广泛应用于石油矿场、固定发电、铁路牵引、工程机械等领域以及军车、坦克、军舰、船舶等的动力系统，一旦发生故障往往会造成停工生产、设备损坏甚至人员伤亡，带来巨大的经济损失和社会负面影响。因此对柴油机运行状态进行实时监测和快速故障定位显得十分必要。

目前柴油机故障诊断方法主要包括：振动分析法、铁谱分析法、性能参数法、瞬时转速法等等。基于振动分析的柴油机故障诊断方法，通常都是采集缸盖上的振动信号再经过时域分析、频域分析、时频分析等信号处理技术找出故障特征对柴油机进行诊断，但振动传感器不好安装，信号处理方法复杂，不易仪表实现。铁谱分析法需取样柴油机润滑油进行油液成分分析，耗时较长，只能离线进行。性能参数法根据柴油机的功率、油压、温度、压缩压力、爆发压力、扭矩、尾气等有关参数的检测进行故障诊断，测量参数多，检测困难，诊断算法复杂，不易在线实现。

由于柴油机是一种往复式运动机械，柴油机的瞬时转速呈现有规律的波动，其中蕴含了丰富的柴油机工作状态信息，且转速信号容易测取，适用于气缸熄火故障判别，因此利用智能信息处理技术，检测柴油机瞬时转速信息并对柴油机进行状态监测和故障诊断具有重要意义。

自20世纪80年代以来，利用瞬时转速信号，也称为曲轴角振动信号，进行柴油机故障诊断取得了很大进展。常用方法包括转速波形分析、气缸压力估计反演等。国际上，意大利博洛尼亚大学、美国福特汽车公司、美国印第安纳州普度大学、英国莱斯特大学交通学院等科研人员对于瞬时转速在判断柴油机各缸做功状况(工作不均匀性或压缩不均匀性)和诊断柴油机故障缸方面的研究比较深入，而且在利用瞬时转速信号推算气缸内压力变化方面也有所建树。

在国内，华中科技大学、武汉交通科技大学、大连海事大学以及西南交通大学等高校也在研究基于瞬时转速信号进行柴油机故障诊断的方面有所成就，并且发展了多种故障诊断分析方法。转速波形分析法是直接利用瞬时转速的波形进行柴油机故障特征值的提取，具有可直接提取参数、计算量小、较通用而且不涉及柴油机结构参数等优点，缺点是：提取的特征参数并非无量纲量，不好判断故障阈值；有时对故障的敏感程度不同，对故障判断和定位带来困难。气缸压力估计反演法虽然可以反演推算出缸内压力、扭矩波动等，但是在实际建模过程中比较复杂，用于反演的数据量和计算量太大，还必须包含整个柴油机的相关结构参数，实际应用困难。

实用新型内容

为了克服上述现有技术中存在的缺陷，本实用新型的目的是提供一种转速测量准确、智能化程度高的柴油机瞬时转速测量仪。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种柴油机瞬时转速测量仪，包括检测单元和中央处理单元，还包括显示单元，所述检测单元包括转速传感器和第一脉冲整形单元，所述中央处理单元包括中央处理器、高速频率测量单元和显示接口；

所述转速传感器输出端连接所述第一脉冲整形单元输入端，所述第一脉冲整形单元输出端连接所述高速频率测量单元输入端，所述高速频率测量单元输出端连接所述中央处理器输入端，所述中央处理器输出端通过显示接口与所述显示单元连接；

所述转速传感器检测飞轮转速，并将该转速信息发送至所述第一脉冲整形单元进行整形处理后输入至所述高速频率测量单元，通过中央处理器进行运算处理得到柴油机的瞬时转速并根据瞬时转速完成气缸熄火故障判断，并将结果发送给显示单元进行显示。

该柴油机瞬时转速测量仪的转速传感器将高速运转的飞轮转动信号转换成正弦信号，通过第一脉冲整型单元，得到规则方波，方波进入高速频率测量单元，通过中央处理器运算和平滑滤波后，得到柴油机的瞬时转速。并且中央处理器通过该瞬时转速可判断该柴油机的气缸是否熄火，当气缸熄火时，此时的瞬时转速将与正常工作时的转速明显不同，从而判断出该柴油机的气缸是否存在熄火故障。该实用新型结构简单，操作方便，智能化程度高，计算结果准确度高、故障预测精度高。

进一步的，所述检测单元还包括上止点信号检测传感器和第二脉冲整形单元，所述上止点信号检测传感器输出端连接所述第二脉冲整形单元输入端，所述第二脉冲整形单元通过所述中央处理单元的I/O接口与所述中央处理器连接；

当所述上止点信号检测传感器与飞轮上止点处的磁铁位置相对时，所述上止点信号检测传感器输出位置信号，通过第一脉冲整形单元处理后，输入至所述中央处理单元中。

上止点信号检测传感器及第二脉冲整形单元的设置，为中央处理单元提供了开始计算的信号，当上止点信号检测传感器与飞轮上止点处的磁铁位置相对时，上止点信号检测传感器会输出位置信号给中央处理单元，提示此时柴油机第一缸工作，中央处理单元从此时开始记录并计算飞轮瞬时转速。

进一步的，所述显示单元包括LED弧形光栅、LED数码管和故障指示灯。

LED弧形光栅和LED数码管用于表示瞬时转速，其中LED弧形光栅以图形形式表示，而LED数码管则以具体数据表示，两种显示方法使瞬时转速表达更加直观，故障指示灯用于显示故障诊断结果。

进一步的，还包括输入单元，所述输入单元输出端通过所述中央处理单元的I/O接口向中央处理单元输入飞轮齿数。针对不同的柴油机，其飞轮齿数不一样，设置了输入单元后，可以针对不同的柴油机进行瞬时转速的测量。

进一步的，所述中央处理器为16位DSPIC30F系列单片机。采用具有DSP的单片机，使得计算速度更快，准确度也更高，能更好地完成系统的参数设置、通信、数据存储管理、瞬时转速计算及气缸熄火故障诊断。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本实用新型的原理框图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

如图1所示，本实用新型提供了一种柴油机瞬时转速测量仪，包括检测单元、中央处理单元和显示单元，检测单元包括转速传感器、第一脉冲整形单元、上止点信号检测传感器和第二脉冲整形单元，中央处理单元包括中央处理器、高速频率测量单元和显示接口，显示单元包括LED弧形光栅、LED数码管和故障指示灯。

转速传感器输出端连接第一脉冲整形单元输入端，第一脉冲整形单元输出端连接高速频率测量单元输入端，高速频率测量单元输出端连接中央处理器输入端，中央处理器输出端通过显示接口与显示单元连接。上止点信号检测传感器输出端连接第二脉冲整形单元输入端，第二脉冲整形单元通过中央处理单元的I/O接口与中央处理器连接。

柴油机的起动机带动飞轮旋转，从而启动发动机，因此通过测量飞轮的转速来得到柴油机的瞬时转速。

本实施方式中，转速传感器选用电磁式转速传感器，上止点信号检测传感器选用霍尔传感器。当上止点信号检测传感器与飞轮上止点处的磁铁位置相对时，上止点信号检测传感器输出位置信号给到中央处理单元，提示此时柴油机第一缸工作，中央处理单元从此时开始记录并计算飞轮瞬时转速。在测量过程中，转速传感器检测飞轮转速，将高速转动的飞轮转动信号转换成正弦信号，并将该正弦信号发送至第一脉冲整形单元进行整形处理成规则方波后发送至高速频率测量单元，通过中央处理器进行运算和平滑滤波处理后得到柴油机的瞬时转速，具体的运算方法采用现有的方法，中央处理器根据瞬时转速和上止点信号完成气缸熄火故障判断，例如，当瞬时转速波动的峰峰值、瞬时转速峰值和谷值超出阈值范围为故障，通过计算从上止点信号开始的异常瞬时转速波形位置判断熄火气缸的位置，然后中央处理器将结果发送给显示单元进行显示。

中央处理单元上可设置通信接口，该通信接口通过CAN总线或RS-485总线连接到上一级柴油机监控仪表箱或监控计算机上，将该柴油机瞬时转速仪检测及计算所得的结果发送至上一级柴油机监控仪表箱或监控计算机中。

本实施例中，该柴油机瞬时转速仪还设置有辅助电源，为显示单元和中央处理单元供电。中央处理器选用16位DSPIC30F系列单片机，并使用UC/OS-II嵌入式操作系统，提高了中央处理单元的信息处理能力，确保能够实时进行瞬时转速计算和故障诊断。

作为本实施例的优选方案，该柴油机瞬时转速仪还包括输入单元，输入单元输出端通过中央处理单元的I/O接口向中央处理单元输入飞轮齿数。该输入单元由两个“+1”和“-1”按键组成，负责飞轮齿数的输入，针对不同的柴油机，其飞轮齿数不一样，输入的飞轮齿数也不一样。这样使得该柴油机瞬时转速仪能适用于不同的柴油机进行瞬时转速的测量。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种柴油机瞬时转速测量仪，包括检测单元和中央处理单元，其特征在于，还包括显示单元，所述检测单元包括转速传感器和第一脉冲整形单元，所述中央处理单元包括中央处理器、高速频率测量单元和显示接口；

所述转速传感器输出端连接所述第一脉冲整形单元输入端，所述第一脉冲整形单元输出端连接所述高速频率测量单元输入端，所述高速频率测量单元输出端连接所述中央处理器输入端，所述中央处理器输出端通过显示接口与所述显示单元连接；

所述转速传感器检测飞轮转速，并将该转速信息发送至所述第一脉冲整形单元进行整形处理后输入至所述高速频率测量单元，通过中央处理器进行运算处理得到柴油机的瞬时转速并根据瞬时转速完成气缸熄火故障判断，并将结果发送给显示单元进行显示。

2.根据权利要求1所述的柴油机瞬时转速测量仪，其特征在于，所述检测单元还包括上止点信号检测传感器和第二脉冲整形单元，所述上止点信号检测传感器输出端连接所述第二脉冲整形单元输入端，所述第二脉冲整形单元通过所述中央处理单元的I/O接口与所述中央处理器连接；

当所述上止点信号检测传感器与飞轮上止点处的磁铁位置相对时，所述上止点信号检测传感器输出位置信号，通过第一脉冲整形单元处理后，输入至所述中央处理单元中。

3.根据权利要求1所述的柴油机瞬时转速测量仪，其特征在于，所述显示单元包括LED弧形光栅、LED数码管和故障指示灯。

4.根据权利要求1所述的柴油机瞬时转速测量仪，其特征在于，还包括输入单元，所述输入单元输出端通过所述中央处理单元的I/O接口向中央处理单元输入飞轮齿数。

5.根据权利要求1所述的柴油机瞬时转速测量仪，其特征在于，所述中央处理器为16位DSPIC30F系列单片机。