對振動和噪聲發(fā)動機瞬時轉(zhuǎn)速測量的研究分析

張瀟文

摘 要：轉(zhuǎn)速是發(fā)動機最重要性能參數(shù)之一，汽車實際運行中其轉(zhuǎn)速存在一定變化規(guī)律，波動轉(zhuǎn)速蘊含豐富信息，可綜合反映汽車發(fā)動機實時工作狀況，基于此需通過轉(zhuǎn)速判斷發(fā)動機性能具有重要實際意義。文章就振動和噪聲信號為依據(jù)進行發(fā)動機轉(zhuǎn)速測量研究，從振動和噪聲中提取有效信息，并設計一種將振動和造成信號作為測量依據(jù)的轉(zhuǎn)速測量計，作為后續(xù)相關(guān)研究參考。

關(guān)鍵詞：振動；噪聲；發(fā)動機；瞬時轉(zhuǎn)速；測量

1 振動和噪聲法測轉(zhuǎn)速概述

科學研究表明振動和噪聲與發(fā)動機轉(zhuǎn)速間存在一定關(guān)系，基于此可將其振動和噪聲作為依據(jù)進行發(fā)動機轉(zhuǎn)速測量依據(jù)。汽車發(fā)動機工作過程中氣缸內(nèi)壓力處于動態(tài)變化中。氣缸活塞往復運動以及曲軸旋轉(zhuǎn)形成的慣性力存在周期性函數(shù)關(guān)系，同時這些慣性力也是產(chǎn)生噪聲和振動的關(guān)鍵所在，因此通過噪聲和振動測量發(fā)動機轉(zhuǎn)速具有一定理論依據(jù)。通過生噪聲和振動測量發(fā)動機轉(zhuǎn)速過程中可發(fā)現(xiàn)發(fā)動機內(nèi)部異常情況，一舉多得。在實際設計過程中可采集發(fā)動機缸蓋處的振動信息及噪聲信息，并將采集到的信息進行比對處理，得出信息處理結(jié)果。從可行性和有效性上看利用振動和噪聲進行發(fā)動機轉(zhuǎn)速信息測量不僅具有一定精度，且在操作上快速方便。將振動和噪聲作為測量依據(jù)不僅可提升測量結(jié)果可靠性，還可為后續(xù)測量做足準備，如在缺少轉(zhuǎn)速計或無法獲得轉(zhuǎn)速信號情況下便可通過振動和噪聲進行轉(zhuǎn)速分析。

2 振動和噪聲測量發(fā)動機瞬時轉(zhuǎn)速系統(tǒng)方案

前文已經(jīng)敘述通過振動和噪聲進行汽車發(fā)動機信號測量具有一定可行性，且可通過該種方式判斷發(fā)動機性能現(xiàn)狀。實際設計中要求振動和噪聲測量系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、便于攜帶、精度高等特點，因此在設計中需結(jié)合單片機或DSP作為控制程序，本文研究的振動和噪聲測量系統(tǒng)選取合適數(shù)字處理器作為設計基礎，系統(tǒng)測量方案流程見圖1。

2.1 傳感器的選型

傳感器是收集信號的重要裝置，振動和噪聲測量發(fā)動機瞬時轉(zhuǎn)速系統(tǒng)中，完整傳感器裝置組成圖見圖2。根據(jù)實際情況其組成存在一定差異。如對于精度要求不高的傳感器裝置其中間裝置可相應減少，對精度較高的傳感器裝置可在中間添加某些環(huán)節(jié)。

傳感器對振動和噪聲信號收集與發(fā)動機工作過程中輸出信號與汽車位移、速度、加速度等有一定關(guān)系。汽車發(fā)動機振動信號頻率帶在傳感器量測極限范圍內(nèi)，因此實際測量中應結(jié)合汽車發(fā)動機性能與工作實際情況進行選擇。例如本文研究振動和噪聲測量系統(tǒng)時經(jīng)過對比、篩選最終確定傳感器為接觸式傳感器ZD-24，該傳感器自身外圍電路可對收集信號進行預處理，其中包括信號放大處理，因此使用該傳感器無需添加信號放大器。ZD-24傳感器具有片狀磁體裝置，可吸附于磁性物質(zhì)上，可促使其探頭與發(fā)動機缸蓋緊密連接于一起。發(fā)動機主體結(jié)構(gòu)為鐵質(zhì)材料，因此使用該傳感器可確保傳感器與發(fā)動機有效接觸。ZD-24傳感器在測量過程中其探頭測量方向與振動方向平行，當被測物體出現(xiàn)振動和噪聲等情況時傳感器可隨之振動，安裝于傳感器探頭內(nèi)敏感元件便可有效感知振動，產(chǎn)生電信號，經(jīng)電路被輸出。

2.2 安裝點選取

測點選擇與測量質(zhì)量息息相關(guān)，與后續(xù)測量處理工作有重要關(guān)系。作為信號收集核心點，安裝點是提取振動和噪聲信號的窗口。選擇安裝點時需遵循兩個原則，其一是充分反映被測對象實際狀況，且信號穩(wěn)定，對發(fā)動機故障信息較為敏感；其二是安裝點便于安裝測試，且不會對發(fā)動機運行造成影響，通過對發(fā)動機各部分進行研究分析發(fā)現(xiàn)缸蓋及機身部位較為敏感，對比機身和缸蓋部位發(fā)現(xiàn)，這兩個部位信號接收結(jié)果存在一定不同，缸蓋部位傳感器更易接收到發(fā)動機運行信號，信息量更為豐富，因此可將安裝點選取在缸蓋部位。

2.3 振動信號分析方法

汽車發(fā)動機缸蓋傳感器受到振動和噪聲信號影響會收集到相關(guān)信息，對分析結(jié)果有用的信息受到多種因素干擾，因此需要對收集到的信號進行分析處理。信號分析主要指將收集到的信號進行有效解讀，得出需要的結(jié)果，在分析過程中可將收集到的信號看作多種單個信號的分量之和，可通過分量組成情況考察信號特征。信號處理主要指將一個信號加工成另一個信號的過程。信號測量過程中需要將信號分析和信號處理結(jié)合起來，在信號收集后需要分析信號組成，提取有效信息，在實際測量過程中可通過頻域內(nèi)分析方法、時域內(nèi)分析方法等進行信息分析。

由于汽車發(fā)動機振動和噪聲收集過程中具有一定隨機性，無法對其進行人為掌控，因此受到傳感器精度限制，振動及噪聲信號較為復雜，頻帶分布寬，且振動信號和噪聲信號與有用信號相關(guān)性較小，在實際分析中可找到結(jié)合振動信號和噪聲信號的周期性，強化信號分析作用，相較于其他濾波方法，相關(guān)分析具有簡單便捷、準確性較高特點，可有效提升收集信息任意頻段噪聲，快速得出結(jié)果。

3 結(jié)束語

發(fā)動機轉(zhuǎn)速是其綜合性能重要組成部分，測量發(fā)動機轉(zhuǎn)速對汽車發(fā)動機研究有重要推動作用。轉(zhuǎn)速變化存在一定規(guī)律，測量發(fā)動機瞬時轉(zhuǎn)速獲得相關(guān)參數(shù)已經(jīng)成為判斷發(fā)動機性能及故障檢測重要手段。通過檢測發(fā)動機振動和噪聲可有效檢測發(fā)動機瞬時轉(zhuǎn)速，從而獲得有效信息。在發(fā)動機上安裝傳感器及數(shù)據(jù)分析裝置，并結(jié)合科學的數(shù)據(jù)處理方式獲取有用信息，從而獲得發(fā)動機瞬時轉(zhuǎn)速有效信息。

參考文獻

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