專利名稱：船舶柴油機示功圖測試系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及船舶柴油機，特別是一種船舶柴油機示功圖測試系統(tǒng)。
技術(shù)背景柴油機示功圖蘊含著與柴油機性能相關(guān)的豐富信息，是輪機工程技術(shù)人員進行柴油機 性能監(jiān)測與診斷最重要手段之一，船舶柴油機設(shè)有氣缸壓力測量通道，使示功圖的測量和 缸內(nèi)工作狀態(tài)的監(jiān)測成為可能。目前船舶柴油機主要測量最大爆發(fā)壓力，這并不能完全反 映缸內(nèi)工作過程，難于分析缸內(nèi)狀態(tài)。現(xiàn)有的船舶柴油機示功圖測試系統(tǒng)要么測試控制器需要通過串口與安裝有測試分析 軟件的計算機相連才能進行測試，數(shù)據(jù)存儲不靈活，測試過程不方便；要么通過高速數(shù)據(jù) 采集完成，測試系統(tǒng)的組成復(fù)雜，系統(tǒng)成本高，冗余數(shù)據(jù)存儲大。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、等曲軸轉(zhuǎn)角采樣和測試數(shù)據(jù)方便 存儲的船舶柴油機示功圖測試系統(tǒng)，以克服現(xiàn)有技術(shù)存在的問題。本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是由氣缸壓力傳感器、光電編碼器、信號調(diào) 理模塊、便攜式控制器和內(nèi)置有測試分析軟件的計算機組成，其中裝在柴油機的示功閥 通道上的氣缸壓力傳感器，其通過數(shù)據(jù)線與便攜式控制器的輸入端相連；光電編碼器安裝 在柴油機自由端，對于無法安裝光電編碼器的柴油機，則用兩支磁電式轉(zhuǎn)速傳感器分別測 量上止點和曲軸轉(zhuǎn)角信號；光電編碼器或磁電式轉(zhuǎn)速傳感器，通過數(shù)據(jù)線經(jīng)信號調(diào)理模塊 與便攜式控制器的輸入端相連；便攜式控制器內(nèi)置有用于存儲測試數(shù)據(jù)的閃存。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，主要有以下的優(yōu)點1. 采集數(shù)據(jù)方便采用單片機控制，通過上止點信號和曲軸轉(zhuǎn)角信號的中斷觸發(fā)對 柴油機缸內(nèi)氣體壓力進行等曲軸轉(zhuǎn)角采樣，采集的數(shù)據(jù)既可以根據(jù)用戶的設(shè)定時間長度存 儲在采集控制器的當?shù)亻W存，測量時采集控制器不需要與計算機相連，測量完成后將采集 控制器當?shù)亻W存內(nèi)的數(shù)據(jù)拷貝到安裝有測試分析軟件的計算機中。測試系統(tǒng)留有串行接 口 ，測試時也可以通過串口發(fā)送測試數(shù)據(jù)。2. 節(jié)約人工測試過程只需要1人完成。3. 讀取測試數(shù)據(jù)進行準周期平均，計算各缸指示參數(shù)，監(jiān)測柴油機缸內(nèi)工作狀態(tài)，同 時測試分析軟件具有上止點修正功能，從而能夠確保指示參數(shù)計算的準確。


圖1是本發(fā)明測試系統(tǒng)組成的示意圖。圖2是圖1中便攜式控制器的組成示意圖。 圖3是圖2所示便攜式控制器的工作流程圖。 圖4是本發(fā)明測試分析的流程圖。圖5是本發(fā)明測試系統(tǒng)操作過程示意圖。
具體實施方式
本發(fā)明涉及船舶柴油機，其采用單片機控制的缸內(nèi)氣體壓力等曲軸轉(zhuǎn)角采集，測試數(shù) 據(jù)默認方式保存在當?shù)氐拈W存中，通過測試分析軟件計算船舶柴油機各主要指示參數(shù)，監(jiān) 測缸內(nèi)狀態(tài)的測量裝置。本發(fā)明是一種船舶柴油機示功圖測試系統(tǒng)，由氣缸壓力傳感器、光電編碼器、信號調(diào) 理模塊、便攜式控制器和內(nèi)置有測試分析軟件的計算機組成。如圖l所示氣缸壓力傳感 器用于測量氣缸壓力，其裝在船舶柴油機(簡稱柴油機)的示功閥通道上，并且通過數(shù)據(jù) 線與便攜式控制器的輸入端相連。光電編碼器用于測量上止點信號和曲軸轉(zhuǎn)角信號，安裝 在柴油機fi由端；對于無法安裝光電編碼器的柴油機，則可以在飛輪端使用兩支磁電式轉(zhuǎn) 速傳感器分別測量上止點和曲軸轉(zhuǎn)角倍號。光電編碼器或磁電式轉(zhuǎn)速傳感器，通過數(shù)據(jù)線 經(jīng)信號調(diào)理模塊與便攜式控制器的輸入端相連，信號調(diào)理模塊對光電編碼器或磁電式轉(zhuǎn)速 傳感器的輸出信號進行隔離和電平轉(zhuǎn)換。便攜式控制器控制氣缸壓力的等曲軸轉(zhuǎn)角釆樣， 測試數(shù)據(jù)默認方式保存在便攜式控制器的當?shù)亻W存中，便攜式控制器還留有輸出端通過數(shù) 據(jù)線與計算機相連；測試分析軟件從閃存導(dǎo)出數(shù)據(jù)或通過數(shù)據(jù)線導(dǎo)出測量數(shù)據(jù)進行分析； 計算機對等曲軸轉(zhuǎn)角的氣缸信號進行分析和計算，求出示功圖和主要指示性能指標。圖l 中，符號"……"表示計算機、磁電式轉(zhuǎn)速傳感器可選。所述氣缸壓力傳感器可采用電壓型壓電式氣缸壓力傳感器，該傳感器輸出信號經(jīng)信號 調(diào)理模塊轉(zhuǎn)化后輸入到便攜式控制器。所述光電編碼器采用增量式光電編碼器，它是一種普通的傳感器，與電壓型壓電氣缸壓力傳感器一樣；該光電編碼器輸出的上止點和曲軸轉(zhuǎn) 角信號經(jīng)信號調(diào)理模塊轉(zhuǎn)化為標準的TTL信號也輸入到便攜式控制器；便攜式控制器根 據(jù)上止點和曲軸轉(zhuǎn)角信號的觸發(fā)對氣缸壓力信號進行A/D采樣，采樣點數(shù)根據(jù)用戶設(shè)定 的周期數(shù)自動確定，采樣數(shù)據(jù)存儲在當?shù)亻W存中，也可以選擇通過串口發(fā)送。訃算機則通 過離線方式從當?shù)亻W存獲取數(shù)據(jù)，或者通過串口通信獲取等曲軸轉(zhuǎn)角的氣缸壓力數(shù)據(jù)，然 后繪制示功圖，并且計算柴、油機各缸指示參數(shù)，以評價各缸工作狀態(tài)。所述信號調(diào)理模塊的結(jié)構(gòu)是設(shè)有將磁電式傳感器產(chǎn)生的信號變換為方波信號的過零電壓比較器，以及對變換后的方波信號進行隔離和產(chǎn)生標準的TTL控制信號的光電隔離器。過零電壓比較器與光電隔離器是直接相連的。過零電壓比較器的型號為過零電壓比較芯片LM393。光電隔離器的型號為高速光電隔離芯片6N137。所述便攜式控制器，可以采用C8051F系列單片機，例如采用型號為C8051F120高速 爭片機(簡稱單片機)，并且以所述申片機為控制器，對壓力信號進行等曲軸轉(zhuǎn)角采集。 所述便攜式控制器，其組成及與外圍電路的連接關(guān)系如圖2所示單片機外接122*32點 陣液晶顯示模塊，通過靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲器IDT71V124芯片進行內(nèi)存擴展，測試數(shù)據(jù)通過TTL 轉(zhuǎn)RS232電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232進行閃存數(shù)據(jù)存儲或串口通信(默認方式為閃存)，通過 工t總線接口鍵盤及LED驅(qū)動管理器件ZLG7290芯片連接3X4鍵盤。從光電編碼器或磁 電式轉(zhuǎn)速傳感器輸出的信號，經(jīng)過零電壓比較芯片LM393調(diào)理和高速光電隔離芯片6N137 隔離后的上止點和曲軸轉(zhuǎn)角信號接入到單片機的兩個屮斷端口，從壓力傳感器輸出經(jīng)調(diào)理后的氣缸壓力信號由單片機內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。上述便攜式控制器的工作流程如圖3所示開始工作時，先設(shè)置船舶柴油機的沖程數(shù) 和設(shè)定存儲(發(fā)送)周期數(shù)，軟件根據(jù)沖程數(shù)確定每循環(huán)應(yīng)采樣的點數(shù)，并且根據(jù)存儲(發(fā) 送)周期數(shù)確定每次存儲(發(fā)送)的循環(huán)次數(shù)。輸入當前測量氣缸的缸號后，判斷上止點 的中斷，然后觸發(fā)并判斷曲軸轉(zhuǎn)角中斷，曲軸轉(zhuǎn)角中斷后對氣缸壓力進行一次數(shù)據(jù)采集， 待數(shù)據(jù)采集完成1周期后，數(shù)據(jù)通過串口將數(shù)據(jù)存儲在當?shù)亻W存上(默認方式)或通過串 口發(fā)送，在初始存儲(發(fā)送)次數(shù)為零的基礎(chǔ)上，存儲(發(fā)送)次數(shù)增l，判斷是否完成 設(shè)定的存儲(發(fā)送)次數(shù)，若未完成，則重復(fù)到上止點的中斷步驟直至完成設(shè)定的存儲(發(fā) 送)次數(shù)，完成所有缸的測試后，該便攜式控制器結(jié)束工作。所述計算機，其內(nèi)置的測試分析軟件的流程如圖4所示測試結(jié)束后從便攜式控制器 當?shù)亻W存中導(dǎo)入數(shù)據(jù)(默認方式)，如果在測試過程中，數(shù)據(jù)通過串口通信直接發(fā)送到計 算中，則直接從計算機存儲目錄中直接導(dǎo)入數(shù)據(jù)。獲取的數(shù)據(jù)就是等曲軸轉(zhuǎn)角氣缸壓力數(shù) 據(jù)的采樣信號，如果測試的是純壓縮過程，程序采用純壓縮線法對上止點進行修正，并將 修止的結(jié)果保存到軟件自帶的柴油機數(shù)據(jù)庫中，然后從柴油機數(shù)據(jù)庫中讀出測試柴油機的 基本技術(shù)參數(shù)，根據(jù)發(fā)火順序依次將所有缸壓信號進行相移，確定各缸發(fā)火上止點，使發(fā) 火上止點位于循環(huán)的中心位置，結(jié)合柴油機的結(jié)構(gòu)來繪制各缸示功圖和計算指示參數(shù)，如 指示壓力、爆發(fā)壓力、爆發(fā)壓力相位、指示功、壓縮壓力和膨脹壓力等參數(shù)，計算結(jié)果保 存到數(shù)據(jù)庫中，各缸指示參數(shù)對比分析以圖表的方式進行和顯示，測試結(jié)果最終以word 格式輸出打印。本發(fā)明提供的上述船舶柴油機示功圖測試系統(tǒng)，其對船舶柴油機性能的測試采用包括 以下歩驟的方法(參見圖5):(1) 安裝傳感器，連接電纜，通電后便攜式控制器進行系統(tǒng)自檢；(2) 自檢通過后，在便攜式控制器中確定柴油機的參數(shù)設(shè)置，如沖程數(shù)、曲軸轉(zhuǎn)角 的每周脈沖數(shù)和數(shù)據(jù)保存的周期數(shù)；(3) 開啟氣缸示功閥通道，便攜式控制器根據(jù)上止點和曲軸轉(zhuǎn)角脈沖中斷對氣缸壓 力進行等曲軸轉(zhuǎn)角的信號采集；(4) 在數(shù)據(jù)釆集過程中，便攜式控制器進入測試結(jié)果顯不，顯示當前氣缸壓力的最 大值以幫助用廣判斷測試數(shù)據(jù)的有效件；(5) 確認測試數(shù)據(jù)有效后，等曲軸轉(zhuǎn)角采樣的壓力信號保存在便攜式控制器當?shù)氐拈W存中或通過串n通信發(fā)送；(6) 存儲或發(fā)送完中后，按步驟G)進行下一缸的測試，直至完成所有缸的測試；(7) 所有缸的測試完成后，要對數(shù)據(jù)進行計算分析；數(shù)據(jù)分析以前，需要在柴油機 數(shù)據(jù)庫存儲有被測試柴油機的基本結(jié)構(gòu)和技術(shù)數(shù)據(jù)；(8) 讀取等曲軸轉(zhuǎn)角采樣的氣缸壓力數(shù)據(jù)，結(jié)合柴油機的基本結(jié)構(gòu)和技術(shù)數(shù)據(jù)進行 示功圖和各指示參數(shù)的計算，至此測試結(jié)束；(9) 測試結(jié)果以打印方式輸出，或者保存在數(shù)據(jù)庫中。 本發(fā)明提供的上述船舶柴油機示功圖測試系統(tǒng)，其用于船舶柴油機性能的測試。
權(quán)利要求
1.一種船舶柴油機示功圖測試系統(tǒng)，其特征是由氣缸壓力傳感器、光電編碼器、信號調(diào)理模塊、便攜式控制器和內(nèi)置有測試分析軟件的計算機組成，其中裝在柴油機的示功閥通道上的氣缸壓力傳感器，其通過數(shù)據(jù)線與便攜式控制器的輸入端相連；光電編碼器安裝在柴油機自由端，對于無法安裝光電編碼器的柴油機，則用兩支磁電式轉(zhuǎn)速傳感器分別測量上止點和曲軸轉(zhuǎn)角信號；光電編碼器或磁電式轉(zhuǎn)速傳感器，通過數(shù)據(jù)線經(jīng)信號調(diào)理模塊與便攜式控制器的輸入端相連；便攜式控制器內(nèi)置有用于存儲測試數(shù)據(jù)的閃存。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的船舶柴油機示功圖測試系統(tǒng)，其特征是所述氣缸壓力傳感 器采用電壓型壓電式氣缸壓力傳感器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的船舶柴油機示功圖測試系統(tǒng)，其特征是所述光電編碼器采 用增量式光電編碼器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的船舶柴油機示功圖測試系統(tǒng)，其特征是所述信號調(diào)理模塊 設(shè)有將磁電式傳感器產(chǎn)生的信號變換為方波信號的過零電壓比較器，以及對變換后的方波 信號進行隔離和產(chǎn)生標準的TTL信號的光電隔離器。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的船舶柴油機示功圖測試系統(tǒng)，其特征是采用型號為LM393 過零電壓比較器。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的船舶柴油機示功圖測試系統(tǒng)，其特征是采用型號為6N137 光電隔離器。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的船舶柴油機示功圖測試系統(tǒng)，其特征是所述便攜式控制器 留有用于通過數(shù)據(jù)線與計算機相連的輸出端。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1或7所述的船舶柴油機示功圖測試系統(tǒng)，其特征是所述便攜式控 制器采用型號為C8051F系列單片機。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一權(quán)利要求所述的船舶柴油機示功圖測試系統(tǒng)，其特征 是用于船舶柴油機性能的測試。
10. —種基于權(quán)利要求1至8中任一權(quán)利要求所述的船舶柴油機示功圖測試系統(tǒng)，對 船舶柴油機性能的測試采用包括以下歩驟的方法(1) 安裝傳感器，連接電纜，通電后便攜式控制器進行系統(tǒng)自檢；(2) 自檢通過后，在便攜式控制器中確定柴油機的參數(shù)設(shè)置，其包括沖程數(shù)、曲軸 轉(zhuǎn)角的每周脈沖數(shù)和數(shù)據(jù)保存的周期數(shù)；(3) 開啟氣缸示功闊通道，便攜式控制器根據(jù)上止點和曲軸轉(zhuǎn)角脈沖中斷對氣缸壓 力進行等曲軸轉(zhuǎn)角的信號采集；(4) 在數(shù)據(jù)采集過程中，便攜式控制器進入測試結(jié)果顯示，顯示當前氣缸壓力的最 大值以幫助用戶判斷測試數(shù)據(jù)的有效性；(5) 確認測試數(shù)據(jù)有效后，等曲軸轉(zhuǎn)角采樣的壓力信號保存在便攜式控制器當?shù)氐?閃存中或通過串口通信發(fā)送；(6) 存儲或發(fā)送完畢后，按步驟(3)進行下一缸的測試，直至完成所有缸的測試；(7) 所有缸的測試完成后，要對數(shù)據(jù)進行計算分析；數(shù)據(jù)分析以前，需要在柴油機 數(shù)據(jù)庫存儲有被測試柴油機的基本結(jié)構(gòu)和技術(shù)數(shù)據(jù)；(8) 讀取等曲軸轉(zhuǎn)角采樣的氣缸壓力數(shù)據(jù)，結(jié)合柴油機的基本結(jié)構(gòu)和技術(shù)數(shù)據(jù)則進 行示功圖和各指示參數(shù)的計算，至此測試結(jié)束；(9) 測試結(jié)果以打印方式輸出，或者保存在數(shù)據(jù)庫中。
全文摘要
本發(fā)明是一種船舶柴油機示功圖測試系統(tǒng)，其由氣缸壓力傳感器、光電編碼器、信號調(diào)理模塊、便攜式控制器和內(nèi)置有測試分析軟件的計算機組成，其中裝在柴油機的示功閥通道上的氣缸壓力傳感器，其通過數(shù)據(jù)線與便攜式控制器的輸入端相連；光電編碼器安裝在柴油機自由端，對于無法安裝光電編碼器的柴油機，則用兩支磁電式轉(zhuǎn)速傳感器分別測量上止點和曲軸轉(zhuǎn)角信號；光電編碼器或磁電式轉(zhuǎn)速傳感器，通過數(shù)據(jù)線經(jīng)信號調(diào)理模塊與便攜式控制器的輸入端相連；便攜式控制器內(nèi)置有用于存儲示功圖數(shù)據(jù)的閃存；測試分析軟件從閃存導(dǎo)出數(shù)據(jù)或通過數(shù)據(jù)線導(dǎo)出測量數(shù)據(jù)進行分析。本發(fā)明具有采集數(shù)據(jù)方便、數(shù)據(jù)發(fā)送靈活、節(jié)約人工和指示參數(shù)計算準確等優(yōu)點。
文檔編號G01L23/00GK101334329SQ20081004862
公開日2008年12月31日 申請日期2008年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月29日
發(fā)明者余永華, 曹國豪, 楊建國 申請人:武漢理工大學(xué)