专利名称：船舶柴油机示功图测试系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及船舶柴油机，特别是一种船舶柴油机示功图测试系统。
技术背景柴油机示功图蕴含着与柴油机性能相关的丰富信息，是轮机工程技术人员进行柴油机 性能监测与诊断最重要手段之一，船舶柴油机设有气缸压力测量通道，使示功图的测量和 缸内工作状态的监测成为可能。目前船舶柴油机主要测量最大爆发压力，这并不能完全反 映缸内工作过程，难于分析缸内状态。现有的船舶柴油机示功图测试系统要么测试控制器需要通过串口与安装有测试分析 软件的计算机相连才能进行测试，数据存储不灵活，测试过程不方便；要么通过高速数据 采集完成，测试系统的组成复杂，系统成本高，冗余数据存储大。 发明内容本发明所要解决的技术问题是提供一种结构简单、等曲轴转角采样和测试数据方便 存储的船舶柴油机示功图测试系统，以克服现有技术存在的问题。本发明解决其技术问题采用的技术方案是由气缸压力传感器、光电编码器、信号调 理模块、便携式控制器和内置有测试分析软件的计算机组成，其中装在柴油机的示功阀 通道上的气缸压力传感器，其通过数据线与便携式控制器的输入端相连；光电编码器安装 在柴油机自由端，对于无法安装光电编码器的柴油机，则用两支磁电式转速传感器分别测 量上止点和曲轴转角信号；光电编码器或磁电式转速传感器，通过数据线经信号调理模块 与便携式控制器的输入端相连；便携式控制器内置有用于存储测试数据的闪存。本发明与现有技术相比，主要有以下的优点1. 采集数据方便采用单片机控制，通过上止点信号和曲轴转角信号的中断触发对 柴油机缸内气体压力进行等曲轴转角采样，采集的数据既可以根据用户的设定时间长度存 储在采集控制器的当地闪存，测量时采集控制器不需要与计算机相连，测量完成后将采集 控制器当地闪存内的数据拷贝到安装有测试分析软件的计算机中。测试系统留有串行接 口 ，测试时也可以通过串口发送测试数据。2. 节约人工测试过程只需要1人完成。3. 读取测试数据进行准周期平均，计算各缸指示参数，监测柴油机缸内工作状态，同 时测试分析软件具有上止点修正功能，从而能够确保指示参数计算的准确。
图1是本发明测试系统组成的示意图。图2是图1中便携式控制器的组成示意图。 图3是图2所示便携式控制器的工作流程图。 图4是本发明测试分析的流程图。图5是本发明测试系统操作过程示意图。
具体实施方式
本发明涉及船舶柴油机，其采用单片机控制的缸内气体压力等曲轴转角采集，测试数 据默认方式保存在当地的闪存中，通过测试分析软件计算船舶柴油机各主要指示参数，监 测缸内状态的测量装置。本发明是一种船舶柴油机示功图测试系统，由气缸压力传感器、光电编码器、信号调 理模块、便携式控制器和内置有测试分析软件的计算机组成。如图l所示气缸压力传感 器用于测量气缸压力，其装在船舶柴油机(简称柴油机)的示功阀通道上，并且通过数据 线与便携式控制器的输入端相连。光电编码器用于测量上止点信号和曲轴转角信号，安装 在柴油机fi由端；对于无法安装光电编码器的柴油机，则可以在飞轮端使用两支磁电式转 速传感器分别测量上止点和曲轴转角倍号。光电编码器或磁电式转速传感器，通过数据线 经信号调理模块与便携式控制器的输入端相连，信号调理模块对光电编码器或磁电式转速 传感器的输出信号进行隔离和电平转换。便携式控制器控制气缸压力的等曲轴转角釆样， 测试数据默认方式保存在便携式控制器的当地闪存中，便携式控制器还留有输出端通过数 据线与计算机相连；测试分析软件从闪存导出数据或通过数据线导出测量数据进行分析； 计算机对等曲轴转角的气缸信号进行分析和计算，求出示功图和主要指示性能指标。图l 中，符号"……"表示计算机、磁电式转速传感器可选。所述气缸压力传感器可采用电压型压电式气缸压力传感器，该传感器输出信号经信号 调理模块转化后输入到便携式控制器。所述光电编码器采用增量式光电编码器，它是一种普通的传感器，与电压型压电气缸压力传感器一样；该光电编码器输出的上止点和曲轴转 角信号经信号调理模块转化为标准的TTL信号也输入到便携式控制器；便携式控制器根 据上止点和曲轴转角信号的触发对气缸压力信号进行A/D采样，采样点数根据用户设定 的周期数自动确定，采样数据存储在当地闪存中，也可以选择通过串口发送。讣算机则通 过离线方式从当地闪存获取数据，或者通过串口通信获取等曲轴转角的气缸压力数据，然 后绘制示功图，并且计算柴、油机各缸指示参数，以评价各缸工作状态。所述信号调理模块的结构是设有将磁电式传感器产生的信号变换为方波信号的过零电压比较器，以及对变换后的方波信号进行隔离和产生标准的TTL控制信号的光电隔离器。过零电压比较器与光电隔离器是直接相连的。过零电压比较器的型号为过零电压比较芯片LM393。光电隔离器的型号为高速光电隔离芯片6N137。所述便携式控制器，可以采用C8051F系列单片机，例如采用型号为C8051F120高速 争片机(简称单片机)，并且以所述申片机为控制器，对压力信号进行等曲轴转角采集。 所述便携式控制器，其组成及与外围电路的连接关系如图2所示单片机外接122*32点 阵液晶显示模块，通过静态数据存储器IDT71V124芯片进行内存扩展，测试数据通过TTL 转RS232电平转换芯片MAX232进行闪存数据存储或串口通信(默认方式为闪存)，通过 工t总线接口键盘及LED驱动管理器件ZLG7290芯片连接3X4键盘。从光电编码器或磁 电式转速传感器输出的信号，经过零电压比较芯片LM393调理和高速光电隔离芯片6N137 隔离后的上止点和曲轴转角信号接入到单片机的两个屮断端口，从压力传感器输出经调理后的气缸压力信号由单片机内部A/D转换器转换为数字信号。上述便携式控制器的工作流程如图3所示开始工作时，先设置船舶柴油机的冲程数 和设定存储(发送)周期数，软件根据冲程数确定每循环应采样的点数，并且根据存储(发 送)周期数确定每次存储(发送)的循环次数。输入当前测量气缸的缸号后，判断上止点 的中断，然后触发并判断曲轴转角中断，曲轴转角中断后对气缸压力进行一次数据采集， 待数据采集完成1周期后，数据通过串口将数据存储在当地闪存上(默认方式)或通过串 口发送，在初始存储(发送)次数为零的基础上，存储(发送)次数增l，判断是否完成 设定的存储(发送)次数，若未完成，则重复到上止点的中断步骤直至完成设定的存储(发 送)次数，完成所有缸的测试后，该便携式控制器结束工作。所述计算机，其内置的测试分析软件的流程如图4所示测试结束后从便携式控制器 当地闪存中导入数据(默认方式)，如果在测试过程中，数据通过串口通信直接发送到计 算中，则直接从计算机存储目录中直接导入数据。获取的数据就是等曲轴转角气缸压力数 据的采样信号，如果测试的是纯压縮过程，程序采用纯压縮线法对上止点进行修正，并将 修止的结果保存到软件自带的柴油机数据库中，然后从柴油机数据库中读出测试柴油机的 基本技术参数，根据发火顺序依次将所有缸压信号进行相移，确定各缸发火上止点，使发 火上止点位于循环的中心位置，结合柴油机的结构来绘制各缸示功图和计算指示参数，如 指示压力、爆发压力、爆发压力相位、指示功、压縮压力和膨胀压力等参数，计算结果保 存到数据库中，各缸指示参数对比分析以图表的方式进行和显示，测试结果最终以word 格式输出打印。本发明提供的上述船舶柴油机示功图测试系统，其对船舶柴油机性能的测试采用包括 以下歩骤的方法(参见图5):(1) 安装传感器，连接电缆，通电后便携式控制器进行系统自检；(2) 自检通过后，在便携式控制器中确定柴油机的参数设置，如冲程数、曲轴转角 的每周脉冲数和数据保存的周期数；(3) 开启气缸示功阀通道，便携式控制器根据上止点和曲轴转角脉冲中断对气缸压 力进行等曲轴转角的信号采集；(4) 在数据釆集过程中，便携式控制器进入测试结果显不，显示当前气缸压力的最 大值以帮助用广判断测试数据的有效件；(5) 确认测试数据有效后，等曲轴转角采样的压力信号保存在便携式控制器当地的闪存中或通过串n通信发送；(6) 存储或发送完中后，按步骤G)进行下一缸的测试，直至完成所有缸的测试；(7) 所有缸的测试完成后，要对数据进行计算分析；数据分析以前，需要在柴油机 数据库存储有被测试柴油机的基本结构和技术数据；(8) 读取等曲轴转角采样的气缸压力数据，结合柴油机的基本结构和技术数据进行 示功图和各指示参数的计算，至此测试结束；(9) 测试结果以打印方式输出，或者保存在数据库中。 本发明提供的上述船舶柴油机示功图测试系统，其用于船舶柴油机性能的测试。
权利要求
1.一种船舶柴油机示功图测试系统，其特征是由气缸压力传感器、光电编码器、信号调理模块、便携式控制器和内置有测试分析软件的计算机组成，其中装在柴油机的示功阀通道上的气缸压力传感器，其通过数据线与便携式控制器的输入端相连；光电编码器安装在柴油机自由端，对于无法安装光电编码器的柴油机，则用两支磁电式转速传感器分别测量上止点和曲轴转角信号；光电编码器或磁电式转速传感器，通过数据线经信号调理模块与便携式控制器的输入端相连；便携式控制器内置有用于存储测试数据的闪存。
2. 根据权利要求1所述的船舶柴油机示功图测试系统，其特征是所述气缸压力传感 器采用电压型压电式气缸压力传感器。
3. 根据权利要求1所述的船舶柴油机示功图测试系统，其特征是所述光电编码器采 用增量式光电编码器。
4. 根据权利要求1所述的船舶柴油机示功图测试系统，其特征是所述信号调理模块 设有将磁电式传感器产生的信号变换为方波信号的过零电压比较器，以及对变换后的方波 信号进行隔离和产生标准的TTL信号的光电隔离器。
5. 根据权利要求4所述的船舶柴油机示功图测试系统，其特征是采用型号为LM393 过零电压比较器。
6. 根据权利要求4所述的船舶柴油机示功图测试系统，其特征是采用型号为6N137 光电隔离器。
7. 根据权利要求1所述的船舶柴油机示功图测试系统，其特征是所述便携式控制器 留有用于通过数据线与计算机相连的输出端。
8. 根据权利要求1或7所述的船舶柴油机示功图测试系统，其特征是所述便携式控 制器采用型号为C8051F系列单片机。
9. 根据权利要求1至8中任一权利要求所述的船舶柴油机示功图测试系统，其特征 是用于船舶柴油机性能的测试。
10. —种基于权利要求1至8中任一权利要求所述的船舶柴油机示功图测试系统，对 船舶柴油机性能的测试采用包括以下歩骤的方法(1) 安装传感器，连接电缆，通电后便携式控制器进行系统自检；(2) 自检通过后，在便携式控制器中确定柴油机的参数设置，其包括冲程数、曲轴 转角的每周脉冲数和数据保存的周期数；(3) 开启气缸示功阔通道，便携式控制器根据上止点和曲轴转角脉冲中断对气缸压 力进行等曲轴转角的信号采集；(4) 在数据采集过程中，便携式控制器进入测试结果显示，显示当前气缸压力的最 大值以帮助用户判断测试数据的有效性；(5) 确认测试数据有效后，等曲轴转角采样的压力信号保存在便携式控制器当地的 闪存中或通过串口通信发送；(6) 存储或发送完毕后，按步骤(3)进行下一缸的测试，直至完成所有缸的测试；(7) 所有缸的测试完成后，要对数据进行计算分析；数据分析以前，需要在柴油机 数据库存储有被测试柴油机的基本结构和技术数据；(8) 读取等曲轴转角采样的气缸压力数据，结合柴油机的基本结构和技术数据则进 行示功图和各指示参数的计算，至此测试结束；(9) 测试结果以打印方式输出，或者保存在数据库中。
全文摘要
本发明是一种船舶柴油机示功图测试系统，其由气缸压力传感器、光电编码器、信号调理模块、便携式控制器和内置有测试分析软件的计算机组成，其中装在柴油机的示功阀通道上的气缸压力传感器，其通过数据线与便携式控制器的输入端相连；光电编码器安装在柴油机自由端，对于无法安装光电编码器的柴油机，则用两支磁电式转速传感器分别测量上止点和曲轴转角信号；光电编码器或磁电式转速传感器，通过数据线经信号调理模块与便携式控制器的输入端相连；便携式控制器内置有用于存储示功图数据的闪存；测试分析软件从闪存导出数据或通过数据线导出测量数据进行分析。本发明具有采集数据方便、数据发送灵活、节约人工和指示参数计算准确等优点。
文档编号G01L23/00GK101334329SQ20081004862
公开日2008年12月31日 申请日期2008年7月29日 优先权日2008年7月29日
发明者余永华, 曹国豪, 杨建国 申请人:武汉理工大学