[發(fā)明專利]基于FPGA的船用中低速柴油機(jī)氣缸壓力在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610871926.7
• 申請(qǐng)日: 2016-09-30
• 公開（公告）號(hào): CN106644492A
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 余永華;伍柳泉;楊建國(guó)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01M15/05
• 分類號(hào): G01M15/05;G01M15/08
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司42102
• 代理人: 崔友明,李丹

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及柴油機(jī)性能監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于FPGA的船用中低速柴油機(jī)氣缸壓力在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

背景技術(shù)

柴油機(jī)氣缸壓力示功圖是描述柴油機(jī)缸內(nèi)工作狀態(tài)的重要參數(shù)。測(cè)量氣缸壓力示功圖的實(shí)質(zhì)是測(cè)量氣缸中氣體壓力隨時(shí)間(或曲軸轉(zhuǎn)角、氣缸容積)變化過程，利用氣缸壓力示功圖可研究柴油機(jī)缸內(nèi)的燃燒過程、氣體與缸壁傳熱過程、進(jìn)排氣過程以及提取故障信息用于診斷柴油機(jī)狀態(tài)。

氣缸壓力在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)多個(gè)氣缸壓力的同時(shí)在線測(cè)量、氣缸壓力示功圖和特征參數(shù)顯示，便于技術(shù)人員實(shí)時(shí)對(duì)比分析缸內(nèi)工作狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷，因此開發(fā)一套船用中低速柴油機(jī)氣缸壓力在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有工程應(yīng)用價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，提供一種基于FPGA的船用中低速柴油機(jī)氣缸壓力在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種基于FPGA的船用中低速柴油機(jī)氣缸壓力在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括：

傳感器，所述傳感器包括用于獲取氣缸缸內(nèi)壓力數(shù)據(jù)的缸壓傳感器、用于獲取柴油機(jī)上止點(diǎn)脈沖信號(hào)的上止點(diǎn)傳感器和用于獲取柴油機(jī)曲軸轉(zhuǎn)角信號(hào)的曲軸轉(zhuǎn)角傳感器；

信號(hào)調(diào)理單元，所述信號(hào)調(diào)理單元包括缸壓調(diào)理模塊和觸發(fā)信號(hào)調(diào)理模塊，所述缸壓調(diào)理模塊用于將氣缸壓力傳感器的輸出調(diào)理為2.5V范圍內(nèi)的電壓信號(hào)供采集控制單元采集；觸發(fā)信號(hào)調(diào)理將上止點(diǎn)和曲軸轉(zhuǎn)角傳感器的信號(hào)輸出調(diào)理為標(biāo)準(zhǔn)的TTL信號(hào)；

采集控制單元，用于對(duì)信號(hào)調(diào)理單元處理的船用柴油機(jī)多缸缸壓信號(hào)進(jìn)行等曲軸轉(zhuǎn)角同步采集和預(yù)處理；所述預(yù)處理包括斷線檢測(cè)、曲軸轉(zhuǎn)角脈沖畸變點(diǎn)判斷、瞬時(shí)轉(zhuǎn)速計(jì)算和缸壓信號(hào)周期平均；

所述采集控制單元的等曲軸轉(zhuǎn)角同步采集方法如下：船用中低速柴油機(jī)多缸缸內(nèi)壓力等曲軸轉(zhuǎn)角同步測(cè)量，曲軸轉(zhuǎn)角信號(hào)接入FPGA某一全局時(shí)鐘引腳，通過其他多個(gè)全局時(shí)鐘引腳同步輸出作為A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)采集觸發(fā)信號(hào)，A/D轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)輸出的同步時(shí)鐘由控制器FPGA產(chǎn)生，系統(tǒng)以上止點(diǎn)和曲軸轉(zhuǎn)角信號(hào)觸發(fā)采集，從而實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)多缸氣缸壓力的同步等曲軸轉(zhuǎn)角采集。

上位機(jī)，用于通過預(yù)處理后的缸壓數(shù)據(jù)，并進(jìn)行分析處理、計(jì)算氣缸壓力特征參數(shù)，對(duì)比顯示各缸示功圖。

按上述方案，所述缸壓傳感器為電流型傳感器，采集缸內(nèi)壓力，輸出4-20mA電流信號(hào)接入調(diào)理板調(diào)理標(biāo)準(zhǔn)TTL信號(hào)。

按上述方案，所述采集控制單元中，單個(gè)單元配置6路缸壓數(shù)據(jù)采集通道。

按上述方案，所述所述氣缸壓力在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還包括通信模塊，用于實(shí)現(xiàn)采集控制單元和上位機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸。

按上述方案，所述氣缸壓力在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括多個(gè)采集控制單元，各采集控制單元之間通過同一上止點(diǎn)信號(hào)開始采集，曲軸轉(zhuǎn)角信號(hào)觸發(fā)采集。

本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是：

1.本發(fā)明以FPGA為控制器，利用FPGA內(nèi)部的邏輯可編輯，I/O模塊可配置的并行構(gòu)架，對(duì)船用柴油機(jī)多缸缸壓信號(hào)進(jìn)行等曲軸轉(zhuǎn)角同步采集和預(yù)處理，具有電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，PCB面積少，系統(tǒng)穩(wěn)定性高等特點(diǎn)。

2.本發(fā)明以FPGA為控制器，進(jìn)行傳感器斷線檢測(cè)和對(duì)曲軸轉(zhuǎn)角信號(hào)進(jìn)行畸變點(diǎn)檢測(cè)，提高了系統(tǒng)的工程現(xiàn)場(chǎng)適用性。

3.本發(fā)明可以同時(shí)測(cè)量柴油機(jī)多個(gè)缸的氣缸壓力示功圖，同步顯示各缸示功圖曲線，便于在線監(jiān)測(cè)柴油機(jī)各缸狀態(tài)。

4.本發(fā)明可以通過設(shè)置與顯示單元修改采集控制器的參數(shù)化數(shù)據(jù)，提高了系統(tǒng)的通用性。

5.本發(fā)明可以通過本地設(shè)置與顯示單元查看預(yù)處理后的各缸缸壓信號(hào)，便于系統(tǒng)調(diào)試。

附圖說明

下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中：

圖1是本發(fā)明實(shí)施例的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例的采集控制單元結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例的系統(tǒng)工作流程圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

如圖1所示，本發(fā)明的基于FPGA船用中低速柴油機(jī)在線氣缸壓力測(cè)試系統(tǒng),主要包括電源、傳感器、信號(hào)調(diào)理單元、采集控制單元、設(shè)置與顯示單元、上位機(jī)軟件。

具體如下：

電源，輸入24VDC，經(jīng)過電源轉(zhuǎn)換芯片產(chǎn)生系統(tǒng)各模塊所需電源及標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn)電壓。