一種便攜式車載柴油機電站性能檢測裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種便攜式車載柴油機電站性能檢測裝置，包括儀器本體、外接電源以及用于采集車載柴油機電站性能參數的傳感器；儀器本體包括便攜式工業控制計算機、數據采集卡以及信號調理板，傳感器設置在車載柴油機電站上，傳感器的信號輸出端連接到信號調理板上。本實用新型在車載柴油機電站的外表面上安裝傳感器，簡化了傳統傳感器的安裝方式，同時使用工業控制計算機，方便攜帶，可就車檢測；本實用新型將傳感器采集到的信號傳遞給便攜式工業控制計算機進行處理，把信號處理分析理論和數據采集技術相結合，運用于車載柴油機電站的性能檢測，實現了檢測裝置的小型化、便攜化。
【專利說明】一種便攜式車載柴油機電站性能檢測裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于性能檢測領域，具體涉及一種便攜式車載柴油機電站性能檢測裝置。
【背景技術】
[0002]車載柴油機電站是特種車輛執行任務時的動力源，由柴油機、變速箱和直流發電機三部分組成，其工作狀態是特種車輛能否執行任務的重要決定因素之一。對車載柴油機電站的各組成部分進行性能檢測和分析評估，有利于及時發現其運行隱患，防止突發性事故發生，提高電站運行的安全性、可靠性及經濟性。現有的柴油機電站性能檢測裝置不能實現就車檢測，同時其傳感器安裝復雜，裝置體積過大，不便于攜帶。
實用新型內容
[0003]本實用新型的目的在于解決現有車載柴油機電站性能檢測裝置功能不全面、傳感器安裝復雜、不能實現就車檢測以及裝置體積過大的問題，提供一種便攜式車載柴油機電站性能檢測裝置。
[0004]為實現上述目的，本實用新型所采用的技術方案是:包括儀器本體、外接電源以及用于采集車載柴油機電站性能參數的傳感器；儀器本體包括便攜式工業控制計算機、數據采集卡以及信號調理板，傳感器安裝在車載柴油機電站上，傳感器的信號輸出端連接到信號調理板上。
[0005]上述的便攜式工業控制計算機上設置有兩個ISA槽，數據采集卡和信號調理板分別插在一個ISA槽內，信號調理板的信號輸出端通過數據線接至數據采集卡的信號輸入接口上。
[0006]上述的傳感器包括啟動電流電壓測量傳感器、柴油機轉速傳感器、曲軸上止點傳感器、缸蓋振動傳感器、變速箱振動傳感器、AVL外卡油壓傳感器、變速箱油溫傳感器以及直流發電機輸出電流電壓測量傳感器。
[0007]上述的啟動電流電壓測量傳感器為套裝在啟動電路的正極連線上的互感式電流電壓傳感器；所述的直流發電機輸出電流電壓測量傳感器套裝在發電機輸出線路的正極連線上。
[0008]上述的油壓傳感器為固定在高壓油管上的AVL外卡油壓傳感器。
[0009]上述的柴油機轉速傳感器和曲軸上止點傳感器均安裝在柴油機的飛輪殼上。
[0010]上述的缸蓋振動傳感器安裝在缸蓋上。
[0011]上述的變速箱振動傳感器安裝在變速箱的側面。
[0012]上述的變速箱油溫傳感器放置入變速箱的油液中。
[0013]與現有技術相比，本實用新型具有以下有益效果:
[0014]本實用新型在車載柴油機電站的外表面上安裝傳感器，簡化了傳統傳感器的安裝方式，同時使用工業控制計算機，方便攜帶，可就車檢測；本實用新型將傳感器采集到的信號傳遞給便攜式工業控制計算機進行處理，把信號處理分析理論和數據采集技術相結合，運用于車載柴油機電站的性能檢測，實現了檢測裝置的小型化、便攜化。
[0015]進一步的，本實用新型設置有采集多種信號的傳感器，使檢測分析儀能夠方便、準確的對車載柴油機電站中蓄電池容量、供油系工作狀態、各缸發火狀態、整機功率輸出性能、變速箱工作狀態、發電機輸出電能質量進行評定，可避免重大事故的發生，提高車載電站運行的安全性、可靠性和經濟性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1為本實用新型的結構組成示意圖。
[0017]其中，I為儀器本體；2為傳感器。
【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖對本實用新型作進一步詳細的說明:
[0019]參見圖1，本實用新型包括儀器本體1、外接電源以及用于采集車載柴油機電站性能參數的傳感器2 ;儀器本體包括便攜式工業控制計算機、數據采集卡以及信號調理板，傳感器2安裝在車載柴油機電站上，所有傳感器均連接到信號調理板上相應的信號輸入接口上；便攜式工業控制計算機上設置有兩個ISA槽，數據采集卡和信號調理板分別插在一個ISA槽內，信號調理板的信號輸出端通過數據線連接到數據采集卡的信號輸入接口上。
[0020]傳感器包括啟動電流電壓測量傳感器、柴油機轉速傳感器、曲軸上止點傳感器、缸蓋振動傳感器、變速箱振動傳感器、油壓傳感器、變速箱油溫傳感器以及直流發電機輸出電流電壓測量傳感器；傳感器將采集到的信號通過信號調理板以及數據采集卡傳遞給便攜式工業控制計算機，通過便攜式工業控制計算機對柴油機的性能進行分析與評估。
[0021 ] 其中，啟動電流電壓測量傳感器為套裝在啟動電路的正極連線上的互感式電流電壓傳感器，直流發電機輸出電流電壓測量傳感器套裝在發電機輸出線路的正極連線上，油壓傳感器為固定在高壓油管上的AVL外卡油壓傳感器，柴油機轉速傳感器和曲軸上止點傳感器安裝在柴油機的飛輪殼上，缸蓋振動傳感器安裝在缸蓋上，變速箱振動傳感器安裝在變速箱側面，變速箱油溫傳感器放置在變速箱的油液中。
[0022]本實用新型的工作過程及原理:
[0023]本實用新型包括儀器本體、傳感器和外接電源等部分。儀器本體由便攜式工業控制計算機、數據采集卡、信號調理板及信號接口組成；傳感器包括啟動電流電壓測量傳感器、柴油機轉速傳感器、曲軸上止點傳感器、缸蓋振動傳感器、變速箱振動傳感器、變速箱油溫傳感器和直流發電機輸出電流電壓測量傳感器。各傳感器均通過信號接口與信號調理板連接，信號調理板對傳感器輸出信號進行放大、濾波和電平轉換后接入數據采集卡，便攜式工業控制計算機按照檢測步驟和要求控制數據采集卡采集各傳感器信號后，啟動數據分析與評估功能模塊，可實現對蓄電池剩余電量狀態、供油系統工作狀態、柴油機各缸發火狀態、柴油機整機動力性能、變速箱運轉狀態以及直流發電機的輸出電能質量進行評估，為車載柴油機電站的維護保障提供決策參考。
[0024]對柴油機電站進行性能檢測前，先對采樣參數和診斷參數進行設置，采樣參數主要包括啟動電流閾值和電瓶工作閾值設置、測試缸缸號設定。啟動電流閾值是開啟采樣的信號閾值，因為啟動系統數據測試時啟動的具體時間不可預知，為了可靠采集到啟動電流和電壓信號，裝置利用電流閾值作為開啟中斷采樣的觸發信號，電瓶工作電壓是指電瓶能可靠使用的最低閾值電壓。
[0025]啟動電流和電壓的波形反映了蓄電池的剩余電量以及劣化程度，通過對啟動電流和啟動電壓的分析可得出對蓄電池剩余電量的評價，提示用戶及時處理蓄電池，避免因蓄電池的原因影響整個系統的正常工作。啟動信號在啟動開始瞬間和啟動結束瞬間存在一個大的躍變，利用小波包分解算法可快速高效的檢測出信號起始時間點，在此基礎上提取出峰值電流、穩態電流、測前端電壓、啟動過程電壓最小值、測后端電壓，動態內阻系數和啟動時長等多個參數。以標準蓄電池容量與劣化程度分析方法得出的結果作為輸出，以上述提取的參數作為輸入，建立一個三層BP神經網絡對所提取參數進行診斷分析可得出對蓄電池容量和劣化程度的評價結果。
[0026]供油壓力波的變化可以有效反映供油系統的狀態，因此診斷儀通過采集外卡油壓信號和上止點信號對供油狀況進行分析。為了準確的反映供油系的狀態，診斷系統對一次采樣采集到的多周期供油信號計算時域同步平均信號，時域同步平均消除了混雜在信號中的部分噪聲，提高了信號的信噪比。對時域同步平均信號提取出油壓峰值系數、供油量系數、平均轉速、轉速波動率和噴油提前角等具備明顯物理意義的統計參數，除此之外，根據信號的沖擊特點，進一步提取信號在時域中的最大值、最小值、有效值、平均幅值、峭度指標、脈沖指標、裕度指標和波峰指標這八個系數，其中，前四個為統計量類參數，主要是對信號進行幅值域分析，用來計算信號的變化、波動大小以及能量分布規律；后四個為信號的無量綱指標，主要是對信號的運行狀態進行監測，當運行狀態變化時，這些無量綱指標將會有明顯的變化，其中峭度指標、脈沖指標和裕度指標主要對脈沖類故障比較敏感。為了取得較好的分析效果，檢測裝置針對信號波形本身提取了上述八個特征參數，同時使用它們，兼顧對故障的敏感性和穩定性。根據提取出的這些參數，在一定變化范圍內跟存儲在數據庫中的正常狀況下的測試數據進行對比，可對燃油噴射系統的性能和失火故障進行診斷。另外，根據油壓脈動信號可以計算出柴油機的即時平均轉速，其原理是每兩個油壓峰值之間的時間即為柴油機完成一個工作循環(飛輪轉兩圈)的時間，因此計算此間隔時間即可得出柴油機的即時平均轉速。
[0027]柴油機運行過程中，由于其內部各運動部件的摩擦、撞擊，以及氣缸內燃燒產生的沖擊等激勵都會以振動的形式，通過機體向外傳播。對于缸蓋振動信號來說，它包括周期振動、沖擊振動和隨機振動等模態，是由一序列頻率、幅值差別較大的瞬態響應所組成，但有實際影響的只是燃燒氣體力和氣門落座沖擊力。當柴油機出現某種故障時，相應的激勵力響應信號在作用時間和能量強度等方面將發生變化，這是柴油機缸蓋振動信號的一個最基本特性。另外，實際測試表明不同的整循環周期間的信號具有波動特性，表現在時間、頻率成分和振動強度等各方面。根據上述缸蓋振動信號的特點，檢測裝置利用改進小波包算法對振動信號進行分析，使用循環診斷量作為診斷參數。改進小波包算法克服了原算法中存在的頻率混疊現象，使分解序列的自然排列順序與頻帶的線性劃分順序一一對應，這是使用循環診斷量參數的前提條件。循環診斷量是利用不同沖擊發生的時間點以及頻譜存在差異的特點以小波包能量為診斷參數。得到循環診斷量參數后，診斷程序使用歐氏貼近度計算當前參數與標準模式間的距離，根據擇近原則判別當前檢測對象的歸屬類別。[0028]柴油機任何故障都可能反映在最大功率的下降上，所以功率是最能夠反映柴油機整機性能狀態的指標。本裝置采用無外載測功法檢測柴油機的做功性能，其原理是，當柴油機與傳動系統脫開，并將柴油機急速加速至節流閥最大開度，此時柴油機將達到空載最大轉速，在加速過程中柴油機的輸出功率，都用于克服本身的慣性力矩，而慣性力矩是與轉動慣量及轉速有關的。由于某一柴油機的轉動慣量為一定值，這樣就可通過測量兩個指定轉速間的柴油機加速時間而計算出平均功率，根據任兩個相鄰上止點信號之間的采樣點數和采樣速率可以推算出轉速，在轉速隨時間變化曲線上截取轉速上升段某兩個轉速之間的信號求出相應的加速時間，在已知加速時間和平均功率對應關系以及平均功率和最大功率間修正系數的情況下就可進一步求出無外載測功功率數值。修正系數可通過臺架試驗或其它方法進行測定。
[0029]變速箱由主動軸、從動軸、齒輪、電磁離合器和殼體等組成，其作用是將柴油機的動力傳送給發電機、液壓系統油泵。作為系統中的重要傳動部件，變速箱的正常工作對整臺設備的順利運行起著重要的作用，其性能的好壞對整臺設備工作性能有很大的影響，所以對其進行監測和診斷同樣有著非常重要的意義。檢測裝置通過采集變速箱振動信號，以對變速箱故障診斷最為科學、有效的“三譜二時域”綜合診斷法為基礎對變速箱振動信號進行分析。“三譜”是指原始頻譜、解調頻譜和細化頻譜，“二時域”是指原始時域和包絡時域。
[0030]直流發電機測試的對象是運行在各載荷下的發電機輸出電壓電流變化波形。檢測裝置提取整定電壓、整定電流、電壓調整率、整定調壓精度、紋波電壓、電壓波動率以及對應的電流變化率。如果發電機無輸出(在柴油機正常工作的情況下)，則可能存在勵磁連線開路和控制印刷板調壓單元損壞，排除方法是首先檢查線路連線是否正確，然后檢查控制印刷板調壓單元的各路輸出是否正常。如果檢測參數表明過壓不保護，則可能的故障原因為反饋電壓未接入或繼電器損壞。如果未過壓但保護，則說明過壓保護工作點過低或過壓單元損壞，應該重調過壓保護工作點或者更換過壓單元。如果正常負載下電壓過低，則表明限流工作點過低，應該重調限流工作點。直流發電機系的故障診斷方法為簡單閾值對比法，當上述參數在正常工作閾值范圍內視為直流發電機系工作正常，否則視為不正常。
[0031]本實用新型包括數據采集、分析評定和信息管理三個部分，通過采集各路傳感器信號，提取特征參數，與正常運行信號進行比對，實現對蓄電池、柴油機供油系、柴油機各缸發火性能、柴油機動力性能、變速箱工作狀態以及直流發電機輸出電能質量的分析和評定。信息管理部分用于設置參數，管理數據和顯示打印等功能。
[0032]本實用新型通過監測啟動電流變化，準確捕獲了柴油機啟動過程中的啟動電流和電壓信號，并從該信號中提取出了電流峰值、穩態電流值、測前端電壓、電壓最小值、測后端電壓、動態內阻系數和啟動時長等參數，根據這些參數可對蓄電池的剩余電量進行評價。
[0033]本實用新型通過同步測量上止點信號和外卡油壓傳感器信號，對多個周期的供油信號進行了周期截取，并利用時域同步平均算法進行處理，得到了反應供油系工作狀態的單周期油壓波動曲線，從中提取出噴油提前角和油壓系數等相關指標，對柴油機的供油系工作狀況進行評定。
[0034]本實用新型通過測量柴油機在空載時轉速隨油門開度急變所產生的波動曲線，計算出柴油機的輸出功率，對柴油機的整機功率輸出性能進行評定。
[0035]本實用新型通過測量變速箱主軸振動信號和變速箱油溫信號，利用“三譜二時域”信號分析手段對變速箱的工作狀態進行分析和評定。
【權利要求】
1.一種便攜式車載柴油機電站性能檢測裝置，其特征在于:包括儀器本體(I)、外接電源以及用于采集車載柴油機電站的性能參數的傳感器(2);儀器本體包括便攜式工業控制計算機、數據采集卡以及信號調理板，傳感器(2)安裝在車載柴油機電站上，傳感器(2)的信號輸出端連接到信號調理板上；所述的便攜式工業控制計算機上設置有兩個ISA槽，數據采集卡和信號調理板分別插在一個ISA槽內，信號調理板的信號輸出端通過數據線接至數據采集卡的信號輸入接口上；所述的傳感器包括啟動電流電壓測量傳感器、柴油機轉速傳感器、曲軸上止點傳感器、缸蓋振動傳感器、變速箱振動傳感器、油壓傳感器、變速箱油溫傳感器以及直流發電機輸出電流電壓測量傳感器。
2.根據權利要求1所述的便攜式車載柴油機電站性能檢測裝置，其特征在于:所述的啟動電流電壓測量傳感器為套裝在啟動電路的正極連線上的互感式電流電壓傳感器；所述的直流發電機輸出電流電壓測量傳感器套裝在發電機輸出線路的正極連線上。
3.根據權利要求2所述的便攜式車載柴油機電站性能檢測裝置，其特征在于:所述的油壓傳感器為固定在高壓油管上的AVL外卡油壓傳感器。
4.根據權利要求2所述的便攜式車載柴油機電站性能檢測裝置，其特征在于:所述的柴油機轉速傳感器和曲軸上止點傳感器均安裝在柴油機的飛輪殼上。
5.根據權利要求2所述的便攜式車載柴油機電站性能檢測裝置，其特征在于:所述的缸蓋振動傳感器安裝在缸蓋上。
6.根據權利要求2所述的便攜式車載柴油機電站性能檢測裝置，其特征在于:所述的變速箱振動傳感器安裝在變速箱的側面。
7.根據權利要求2所述的便攜式車載柴油機電站性能檢測裝置，其特征在于:所述的變速箱油溫傳感器放置入變速箱的油液中。
【文檔編號】G01M15/05GK203572656SQ201320429258
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2013年7月18日 優先權日:2013年7月18日
【發明者】姚良, 李艾華, 成曙, 王濤, 王新軍, 蔡艷平 申請人:中國人民解放軍第二炮兵工程大學