CN221174672U - 一种发动机转速检测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种发动机转速检测装置，包括信号检测单元和转速计量单元，信号检测单元基于放大滤波模块处理电压信号；放大滤波模块具有运算放大器，第一滤波电路包括依次连接在运算放大器第一输入正极上的第二电阻和第一电阻，第一电阻与第一电容并联，第一电阻与第一电容均与接收端连接，接收来自光电转换模块的电压信号；第二滤波电路包括并联的第三电阻和第二电容，第三电阻和第二电容一端连接在运算放大器的第一输出极上，另一端分别与运算放大器的第一输入负极和第四电阻连接，第四电阻接地，运算放大器的第一输出极与第二输入正极连接；电压比较器包括分别连接在运算放大器第二输入负极上的第五电阻和第六电阻，第五电阻连接VCC端。
Description
技术领域
本实用新型涉及电子电路技术领域，具体为一种发动机转速检测装置。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本实用新型相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
转速检测在多种机械设备的运动中有着广泛的运动，以发动机转速检测为例，常见的发动机转速检测方式是通过测量曲轴的转速来确定的，需要在曲轴上加装各类传感器，利用传感器内部电路来获取转速信号。
此类传感器工作时，通常会采集脉冲的个数或者脉冲宽度来输出发动机的转速信息，而受限于电路结构，此类传感器通常只能检测所采集的脉冲个数或者脉冲宽度，采集单一物理量的方式存在局限性，容易受到外界干扰使得采集的数据不准确，此时检测转速信息的准确性将无法保证。
实用新型内容
为了解决上述背景技术中存在的技术问题，本实用新型提供一种发动机转速检测装置，在装置的放大滤波模块中加入两个滤波电路，能够更好的滤除高频干扰，从而提升转速信息检测的准确性。
为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
本实用新型的第一个方面提供一种发动机转速检测装置，包括信号检测单元和转速计量单元，信号检测单元基于传感器获取发动机的转速信息，转换为电压信号后基于放大滤波模块处理电压信号，发送给转速计量单元得到转速检测结果；
其中，放大滤波模块具有运算放大器，运算放大器分别连接第一滤波电路、第二滤波电路和电压比较器；
第一滤波电路包括依次连接在运算放大器第一输入正极上的第二电阻和第一电阻，第一电阻与第一电容并联，第一电阻与第一电容均与接收端连接，接收来自光电转换模块的电压信号；
第二滤波电路包括并联的第三电阻和第二电容，第三电阻和第二电容一端连接在运算放大器的第一输出极上，另一端分别与运算放大器的第一输入负极和第四电阻连接，第四电阻接地，运算放大器的第一输出极与第二输入正极连接；
电压比较器包括分别连接在运算放大器第二输入负极上的第五电阻和第六电阻，第五电阻连接VCC端，第六电阻接地。
进一步的，运算放大器的第二输出级连接输出端，用于输出经滤波和放大后的信号。
进一步的，运算放大器的电源端分别连接VCC端和第三电容，第三电容接地。
进一步的，传感器为反射式光纤传感器，朝向发动机的叶片布置，将发动机叶片的转动信息转换为激光的光强变化。
进一步的，还具有与转速计量单元连接的主控单元，转速计量单元测得的转速发送给主控单元。
进一步的，主控单元包括分别与供电模块相连的显示模块、通信模块、存储模块。
进一步的，转速计量单元包括微处理器，微处理器连接放大滤波模块的输出端，接收放大滤波处理后的信号，将测得的转速结果发送给主控单元。
进一步的，微处理器上连接晶振单元形成时钟计数器对信号计数。
进一步的，转速计量单元间隔设定周期输出发动机的转速信息。
进一步的，信号检测单元基于传感器将发动机的转动信息转换为光强变化，光强变化基于光电转换模块转换为电压信号，电压信号基于放大滤波模块过滤噪声信号并放大其中的转速信号，转速信号基于模数转换模块转换为数字信号，并发送给转速计量单元输出测得的转速。
与现有技术相比，以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：
从光电转换模块出来的电压信号经输入端经第一电阻和第一电容形成的第一滤波电路吸收高频噪声后，进入运算放大器处理，经第一输出极输入到第二电容和第三电阻形成的第二滤波电路再一次滤除高频干扰，同时配合运算放大器第二输入负极引入的电压比较器，经过多次滤波能够将所需的转速信号提取出来，进而更好的滤除高频干扰，从而提升转速信息检测的准确性。
附图说明
构成本实用新型的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。
图1是本实用新型提供的转速检测装置整体结构示意图；
图2是本实用新型提供的转速检测装置结构示意图；
图3是本实用新型提供的转速检测装置中转速计量单元工作流程图；
图4是本实用新型提供的转速检测装置中放大滤波模块电路原理图；
图5是本实用新型提供的转速检测装置中转速计量单元电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本实用新型提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本实用新型所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
正如背景技术中所描述的，现有技术中的转速检测装置受限于电路结构，通常只能检测所采集的脉冲个数或者脉冲宽度等单一的物理量，由于存在局限性，信号在采集和传输期间容易受到外界环境的影响，使得而采集的数据不准确，从而导致输出的转速信息的准确性无法保证。
因此，以下实施例给出一种发动机转速检测装置，在装置的放大滤波模块中加入两个滤波电路，能够更好的滤除高频干扰，从而提升转速信息检测的准确性。
除非另有说明，以下实施例中的第一管脚、第二管脚等类似描述，均分别对应1脚、2脚，同样的，第一电阻对应电阻R1或R1，第一电容对应C1或电容C1。
如图1所示，一种发动机转速检测装置，包括：
信号检测单元，对采集到的光纤信号进行转换、放大和滤波处理，将光信号转换为数字信号送至转速计量单元。
转速计量单元，根据检测到的数字信号运用测频、测周法计算发动机转速。
主控单元，对发动机转速进行显示、存储和传输。
如图2所示，信号检测单元包括：
反射式光纤传感器，将发动机叶片的转动信息转换为激光的光强变化，便于检测。
光电转换模块，将光纤传感器的接收到的光信号转化为电压信号，光信号的强弱对应着电压信号幅值大小。
放大滤波模块，用于对光电转换之后的电压信号进行滤除杂散的噪声信号和谐波信号处理，并进一步放大处理。
模数转换模块，用于将模拟电信号转换为数字脉冲信号，便于后续程序处理。
主控单元包括：
显示模块，用于显示测得的发动机转速信号和运行状态及告警信息。
通信模块，通过232/485方式，实现与外部系统的数据交互。例如将转速信息输出到发动机控制器、安装发动机的车辆、飞机等设备的控制台上。
存储模块，对测得的发动机转速数据进行备份存储，以防数据丢失。
供电模块，将9～36V的直流电压变换为5V和3.3V直流电压，5V供给信号检测单元，3.3V供给转速计量单元和主控单元。
按键模块，用于实现人机交互。
装置运用测频、测周法相结合的方式计算发动机转速。测周法适合对低频信号的检测，而测频法适合对高频信号的检测，程序中设有转速分界点ω0，当测得的当前转速ω＜ω0时以测周法计算转速，即在一个脉冲信号周期内，频率为f0的高速时钟计数器计数值为M0，可计算脉冲周期为T0＝M0/f0，则转速为当转速ω＞ω0时系统以测频法计算转速，即在1S内检测到M1个脉冲信号，发动机转动一圈会产生m1个脉冲信号，则可计算出1S内发动机的平均转速为/>转速ω的单位为r/min。
装置运用高速时钟计数器对脉冲信号进行计数。
装置计算发动机转速的周期为1S。
装置的主控单元MCU可以为STM32L431RCT6。
装置的转速计量单元MCU可以为STM32L010F4P6。
装置的光电转换模块所用的光电转换器件可以为OPT101芯片。
装置的放大滤波模块所用的运算放大器可以为TLC27L2C。
装置的显示模块可以是128*64的LCD。
装置的主控单元与转速计量单元通过串口相连接。
本实施例中，如图3所示，转速计量单元执行的程序开始执行时是会循环判断1秒钟定时中断是否发生。中断发生转速计量单元运用测频测周法计算发动机转速，并对此转速进行判断来确定下一秒转速计算的方式。当大于分界转速时，开启计数器对检测到的脉冲信号进行计数，下一秒会运用测周法对发动机转速进行计算；反之，当小于分解转速时，开启高速时钟定时器，对单个脉冲信号进行计时，连续开启20次定时器，并对得到的20个数据进行求平均值，下一秒会根据此平均值运用测频法对对发动机转速进行计算。
转速计量单元执行的程序为现有技术，具体的数据处理过程本实施例不做详细赘述。
本实施例中，如图2所示，反射式光纤传感器发出的激光光斑照射在发动机扇叶上，随着发动机扇叶的转动，光纤传感器接收到的光信号会呈现强弱变化，此信号在光电转换模块被转换成电压信号。光电转换模块采用的光电转换芯片可以为OPT101，作用为输入的光强越强，该芯片输出的电压越大，光强与电压呈线性关系，拟合关系为：U＝1.001I-0.112，其中U为输出电压，I为输入光强。
放大滤波模块对杂散的噪声信号和谐波信号进行剔除，将得到的电压信号放大至0.5V～5V之间，此电压信号是模拟信号，不能被转速计量单元120直接所用，需要再经过模数转换模块115将模拟信号转换成数字信号。
如图4所示的放大滤波模块电路原理图，以型号TLC27L2C的运算放大器为例：
运算放大器U1的1脚与5脚连接，1脚分别连接在第三电阻R3和第二电容C2的一端，第三电阻R3和第二电容C2的另一端连接在一起并分别与运算放大器U1的2脚和第四电阻R4的一端连接，第四电阻R4的另一端接地；
运算放大器U1的3脚依次连接第二电阻R2和第一电阻R1，第一电阻R1与第一电容C1并联，第一电阻R1与第一电容C1均与接收端连接，接收来自光电转换模块的信号；
运算放大器U1的4脚接地；
运算放大器U1的6脚分别连接第五电阻R5和第六电阻R6，第五电阻R5与VCC端连接，第六电阻R6接地；
运算放大器U1的7脚连接输出端，将经过放大滤波后的信号输出到转速计量单元中；
运算放大器U1的8脚分别连接VCC端和第三电容C3，第三电容C3接地。
从光电转换模块出来的信号经输入端(IN)经R1、C1组成的滤波电路由U1的3脚进入运算放大器，R1、C1能够有效地吸收高频噪声，R3、C2组成的电路也可以很好地滤除高频干扰，信号从U1的1脚输出进入5脚，U1的5、6脚和R5、R6构成了电压比较器，U1的7脚输出的信号通过输出端(OUT)送入转速计量单元作进一步计算处理。
本实施例中，运算放大器U1的型号为型号TLC27L2C的，各引脚对应关系如下：
1脚对应第一输出极，2脚对应第一输入负极，3脚对应第一输入正极，4脚对应GND，5脚对应第二输入正极，6脚对应第二输入负极，7脚对应第二输出极，8脚对应VDD。
转速计量单元120根据检测到的脉冲信号通过测频测周法计算发动机转速，通过串口将数据传送给主控单元130，完成转速数据的显示、存储和交互。
如图5所示的转速计量单元电路原理图，以型号为STM32L010F4P6的微处理器为例：
微处理器U11的11脚连接放大滤波模块的输出端(OUT)，接收放大滤波处理后的信号，并根据此信号结合测频-测周法进行发动机转速计算，通过6脚和7脚将计算结果发送给主控单元。
微处理器U11的11脚还连接电容C13，电容C13接地；
微处理器U11的5脚和16脚连接在一起，并分别与VCC端和电容C14连接，电容C14接地；
微处理器U11的2脚连接电容C11，3脚连接电容C10，电容C10和电容C11的一端接地，另一端分别与晶振Y1的两端连接；
微处理器U11的1脚(BOOT0脚)连接电阻R11后接地；
微处理器U11的4脚(NRST脚，用于复位)分别连接电阻R12和电容C12，电阻R12连接VCC端，电容C12接地；
微处理器U11的15脚(VSS脚)接地。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种发动机转速检测装置，包括信号检测单元和转速计量单元，信号检测单元基于传感器获取发动机的转速信息，转换为电压信号后基于放大滤波模块处理电压信号，发送给转速计量单元得到转速检测结果，其特征在于，放大滤波模块具有运算放大器，运算放大器分别连接第一滤波电路、第二滤波电路和电压比较器；
所述第一滤波电路包括依次连接在运算放大器第一输入正极上的第二电阻和第一电阻，第一电阻与第一电容并联，第一电阻与第一电容均与接收端连接，接收来自光电转换模块的电压信号；
所述第二滤波电路包括并联的第三电阻和第二电容，第三电阻和第二电容一端连接在运算放大器的第一输出极上，另一端分别与运算放大器的第一输入负极和第四电阻连接，第四电阻接地，运算放大器的第一输出极与第二输入正极连接；
所述电压比较器包括分别连接在运算放大器第二输入负极上的第五电阻和第六电阻，第五电阻连接VCC端，第六电阻接地。
2.如权利要求1所述的一种发动机转速检测装置，其特征在于，所述运算放大器的第二输出级连接输出端，用于输出经滤波和放大后的信号。
3.如权利要求1所述的一种发动机转速检测装置，其特征在于，所述运算放大器的电源端分别连接VCC端和第三电容，第三电容接地。
4.如权利要求1所述的一种发动机转速检测装置，其特征在于，所述传感器为反射式光纤传感器，朝向发动机的叶片布置，将发动机叶片的转动信息转换为激光的光强变化。
5.如权利要求1所述的一种发动机转速检测装置，其特征在于，还具有与转速计量单元连接的主控单元，转速计量单元测得的转速发送给主控单元。
6.如权利要求5所述的一种发动机转速检测装置，其特征在于，所述主控单元包括分别与供电模块相连的显示模块、通信模块、存储模块。
7.如权利要求1所述的一种发动机转速检测装置，其特征在于，所述转速计量单元包括微处理器，微处理器连接放大滤波模块的输出端，接收放大滤波处理后的信号，将测得的转速结果发送给主控单元。
8.如权利要求7所述的一种发动机转速检测装置，其特征在于，所述微处理器上连接晶振单元形成时钟计数器对信号计数。
9.如权利要求1所述的一种发动机转速检测装置，其特征在于，所述转速计量单元间隔设定周期输出发动机的转速信息。
10.如权利要求1所述的一种发动机转速检测装置，其特征在于，所述信号检测单元基于传感器将发动机的转动信息转换为光强变化，光强变化基于光电转换模块转换为电压信号，电压信号基于放大滤波模块过滤噪声信号并放大其中的转速信号，转速信号基于模数转换模块转换为数字信号，并发送给转速计量单元输出测得的转速。
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