专利名称：机动车发动机转速测量方法及测量装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种机动车发动机转速测量方法及测量装置，特别是一种不需要接触发动机即可实现机动车发动机转速测量的方法及测量装置，属机动车发动机检测技术领域。
背景技术：
发动机转速是反映发动机工作状况的最基本也是重要参数之一。发动机转速的精确测量对于从发动机装配、调试、控制，到机动车运行、检验等许多场合都是十分必要的。 传统的发动机转速测量方法主要是使用与发动机转轴接触式的转速表，该方法即简单又精确，但对于机动车发动机而言，接触式转速表的使用常常因为无法接触到发动机转轴而限制了其使用。另一种方法是在发动机转轴上，或是与之相连的转动部件上加反光标记，用一束光照射到加有反光标记的转轴上，反光标记反射的光被光电探测器接收，转轴每转一周产生一个脉冲，经脉冲计数电路就能精确测量到发动机转速。这种光学转速测量方法是一种典型的无接触测量技术。实现非机械接触转速测量的方法还可以采用电子测量技术，例如，通过提取汽油发动机火花塞点火信号，即可实现发动机转速测量。对于有分电器的发动机，点火信号可以直接由分电器低压接线柱获取。对于电子点火的发动机，可以将一感应线圈加在其中一个点火电缆上，通过电磁感应获取点火信号。将点火信号进行滤波、放大、整形和脉冲计数等电子信号处理，并考虑发动机冲程和汽缸数等参数，即可得到发动机转速值。该方法测量准确可靠，但是这种方法不适合柴油发动机转速测量。尽管上述各种方法无需与发动机转轴接触，但对机动车而言仍需要将机动车的发动机盖打开，才能进行发动机转速测量，这对于机动车的检验、维修都不是很不方便。为解决上述问题，有人提出了通过检测发动机噪声信号而实现发动机转速测量的技术方案，理论上讲发动机噪声信号确实包含发动机转速信息，但该方法极易受外界因素的干扰，其测量结果的准确性和可靠性是一个问题。与之相似，也有人提出了通过检测发动机排气压力而实现发动机转速测量的技术方案，采用此方法只需将压力传感器置入发动机排气管中，就能够完成发动机转速检测，但是该方法也同样很容易受外界其它干扰的影响。
发明内容
本发明目的是克服现有技术存在的上述不足，提供一种机动车发动机转速测量方法及测量装置，特别是一种不需要接触发动机本身即可实现发动机转速测量的方法及测
量装置。本发明首先提供了一种机动车发动机转速测量方法，该方法包括以下步骤
第1、将振动传感器固定在被测机动车的轮胎或轮毂上，并用信号传输电缆连接信号处理与分析电路；
第2、由信号处理与分析电路接收信号传输电缆传输来的振动传感器探测到的机动车的振动信号，经处理与分析后得出机动车发动机的转速并将转速值输出或显示。
所述测量方法可以是时域处理方法，具体处理方法是
振动信号先经过放大与滤波电路进行电压放大并滤除所设置的转速频率范围之外的噪声信号后，输入脉冲整形电路；
由脉冲整形电路对放大滤波后的信号进行脉冲整形，并转换为TTL信号，然后输入至锁相环电路；
经锁相环电路处理后输出与发动机转速成比例的TTL脉冲信号； 将锁相环电路的输出信号输入到脉冲计数电路，得到与发动机转速成比例的脉冲频率，由设置的发动机冲程和汽缸数将脉冲频率转换为以转/每分钟(RPM)为单位的发动机转速值，并将其输出或显示。
本发明测量方法还可以是频域处理方法，具体处理方法是
振动信号先经过放大与滤波电路进行电压放大并滤除所设置的转速频率范围之外的噪声信号后，输入至数据采集器；
由数据采集器将振动信号进行模-数转换，并将数据传送至计算机； 由计算机对数字化的振动信号进行频谱分析，确定频谱中基波的频率，由设置的发动机冲程和汽缸数将脉冲频率转换为以转/每分钟(RPM)为单位的发动机转速值，并将其显示，在需要时将发动机转速值存入文件保存。
本发明同时提供了一种机动车发动机转速测量装置，该装置包括 振动传感器，振动传感器与被测机动车的车轮相接触，用于探测机动车的振动； 信号传输电缆，用于将振动传感器探测到的机动车的振动信号传输给下一级的信号处理与分析电路；
信号处理与分析电路，用于接收信号传输电缆传输来的振动传感器探测到的机动车的振动信号，经处理与分析后得出机动车发动机的转速并将转速值输出或显示。所述的信号处理与分析电路的构造方式之一包括
信号放大与滤波电路，信号放大与滤波电路输入端与振动传感器连接，用于接收振动传感器输出的振动信号，对振动信号进行放大并滤除发动机转速信号之外的噪声和干扰；
脉冲整形电路，输入端和信号放大与滤波电路输出端连接，用于对放大滤波后的信号进行脉冲整形，并转换为TTL信号；
锁相环电路，输入端连接脉冲整形电路，经锁相环电路处理后输出与发动机转速成比例的TTL脉冲信号；
脉冲计数与显示单元，输入端连接锁相环电路，根据被测发动机的汽缸数进行发动机的转速测量，最后输出或显示发动机转速值。所述的信号处理与分析电路的构造方式之二包括
信号放大与滤波电路，输入端与振动传感器连接，用于接收振动传感器输出的振动信号，对振动信号进行放大并滤除发动机转速信号之外的噪声和干扰；
数据采集器，输入端连接信号放大与滤波电路，用于采集信号放大与滤波电路输出的经放大和滤除噪声与干扰后的振动信号，由数据采集器采集的振动信号数据以USB接口方式传送给计算机；
计算机及分析处理模块，输入端连接数据采集器，用于对数据采集器输入的振动信号进行处理与分析，包括先对采集的振动信号进行快速付立叶变换(FFT)，由FFT获得振动信号的功率谱，在功率谱上寻找最高功率点对应的频率F ；由如下公式计算发动机转速N :
N=60 · F ·冲程数/汽缸数，单位为转/每分钟(RPM)。
本发明的优点和积极效果
与现有机动车发动机转速测量技术相比，本发明所涉及的机动车发动机转速测量方法及测量装置具有如下显著的优点1)发动机转速信息由与机动车发动机相连接的驱动轮的轮胎或轮毂的振动获得，无需接触发动机本身即可实现发动机转速测量。2)具有更强的通用性，既可以测量汽油发动机转速，又可以测量柴油发动机转速。3)采用锁相技术可以有效滤除振动传感器中的噪声信号和其它干扰信号，从根本上改善了测量精度，提高转速测量的可靠性。3)采用频谱分析方法可以有效地识别振动信号中的基波，并将基波其由其它高次谐波中分离出来，使发动机转速测量精确可靠，同时可以实现测量的自动化和智能化。此外，还可以与其它测试(如发动机尾气排放)设备联合使用，构成机动车发动机自动测试系统。
图1为机动车发动机转速测量装置示意图。图中，101为被测机动车；102为被测机动车车轮；103为振动传感器；104为信号传输电缆；105为信号处理与分析电路。图2为本发明第一实施例示意图。图中，201为振动信号放大与滤波电路；202为脉冲整形电路；203为锁相环电路；204为脉冲计数与显示单元。图3为本发明第二实施例示意图。图中，301为振动信号放大与滤波电路；302为数据采集器；303为计算机及分析软件。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的具体实施方式
作详细说明。本发明所涉及的机动车发动机转速测量方法及测量装置适用于以汽油发动机或柴油发动机为动力的前轮驱动或后轮驱动的各种机动车。在这里给出的实施例中仅以前轮驱动的机动车发动机转速测量为例说明本发明的原理和具体实施方式
。对于前轮驱动的机动车而言，其发动机一般情况下为横向安装，其前轮通过变速箱及转动轴与前轮主轴相连。因此，发动机振动将通过上述连接机构传至机动车前轮的轮毂和轮胎。在发动机处于运行状态，而机动车处于停车状态时，前轮与地面接触点振动幅度最小，前轮上部振动幅度最大。本发明正是利用上述特点实现发动机振动有效探测，从而达到发动机转速测量的目的。可以选择现有的不同形式的振动传感器完成振动探测，在此发明人选择了北京神州翔宇技术有限公司生产的EGA微型加速度传感器为振动传感器103，该器件为集成单轴加速度传感器，体积小重量轻，量程为士 10g，响应频率高于200Hz，+15V单电源供电。如附图1所示，将振动传感器用双面胶粘贴在被测机动车的前轮102上方，使振动传感器的振动敏感方向与地面平行。由振动传感器103输出的振动信号经信号传输电缆 104传送至信号处理与分析电路(以下简称信号处理器)105。信号处理器105可以由如下两种不同的方式实现时域处理方法和频域处理方法。实施例1 时域处理方法
如附图2所示，信号处理器105由信号放大与滤波电路201、脉冲整形电路202、锁相环电路203和脉冲计数与显示单元204四个部分组成。由振动传感器103输出的振动信号先经过信号放大与滤波电路201放大，并滤除发动机转速信号之外的其它噪声和干扰。信号放大与滤波电路201采用集成差分放大芯片 μ Α733和由二阶阻容低通滤波网络构成。经放大滤波后的信号经由LM311电压比较器构成的脉冲整形电路202后转换为 TTL信号。锁相环电路203采用MC4046单片集成锁相环芯片，其内部包含鉴相器、压控振荡器(VCO)和电压跟随器。由锁相环电路203的压控振荡器输出的是与发动机转速成比例的 TTL脉冲。该脉冲信号接脉冲计数与显示单元204。在本实施例中，脉冲计数与显示单元采用深圳宏大电子有限公司的ΑΤ2150Β检测表，根据被测发动机的汽缸数可以选择1、3、4、5、6、 和8缸进行发动机转速测量，其3位半的数字显示器直接显示以转/每分钟(RPM)为单位的发动机转速值。
实施例2 频域处理方法
如附图3所示，信号处理器105由号放大与滤波电路201、数据采集器302和计算机及分析处理模块303三个部分组成。由振动传感器103输出的振动信号先经过信号放大与滤波电路201放大，并滤除发动机转速信号之外的其它噪声和干扰。信号放大与滤波电路201采用集成差分放大芯片 μ Α733和由二阶阻容低通滤波网络构成。经放大滤波后的信号输入到数据采集器302。在本实施例中，数据采集器302采用Pico Technology的Picc^cope 2203数据采集模块，它具有两个模拟输入通道，每个通道的最高采样速率为40MS/s，分辨率为8 bits。由数据采集器302采集的数据以USB接口方式传送计算机303。计算机303 (数据处理和分析模块)使用LabView编写，过程包括先对采集的振动信号进行快速付立叶变换(FFT)，由FFT获得振动信号的功率谱，在功率谱上寻找最高功率点对应的频率F。由如下公式计算发动机转速N:
N=60 · F ·冲程数/汽缸数，单位为转/每分钟(RPM)。发动机冲程数和汽缸数等参数由数据处理和分析软件的界面输入，其它功能还包括数据文件保存和与其它测试设备的通信等。
本领域的专业技术人员都清楚，本发明的思想可采用上面列举的具体实施方式
以外的其它方式实现。
权利要求
1.一种机动车发动机转速测量方法，其特征在于该方法包括以下步骤第1、将振动传感器固定在被测机动车的轮胎或轮毂上，并用信号传输电缆连接信号处理与分析电路；第2、由信号处理与分析电路接收信号传输电缆传输来的振动传感器探测到的机动车的振动信号，经处理与分析后得出机动车发动机的转速并将转速值输出或显示。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于该方法具体处理过程是振动信号先经过放大与滤波电路进行电压放大并滤除所设置的转速频率范围之外的噪声信号后，输入脉冲整形电路；由脉冲整形电路对放大滤波后的信号进行脉冲整形，并转换为TTL信号，然后输入至锁相环电路；经锁相环电路处理后输出与发动机转速成比例的TTL脉冲信号； 将锁相环电路的输出信号输入到脉冲计数电路，得到与发动机转速成比例的脉冲频率，由设置的发动机冲程和汽缸数将脉冲频率转换为以转/每分钟为单位的发动机转速值，并将其输出或显示。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于该方法具体处理过程是振动信号先经过放大与滤波电路进行电压放大并滤除所设置的转速频率范围之外的噪声信号后，输入至数据采集器；由数据采集器将振动信号进行模-数转换，并将数据传送至计算机； 由计算机对数字化的振动信号进行频谱分析，确定频谱中基波的频率，由设置的发动机冲程和汽缸数将脉冲频率转换为以转/每分钟为单位的发动机转速值，并将其显示，在需要时将发动机转速值存入文件保存。
4.一种机动车发动机转速测量装置，其特征在于该装置包括振动传感器，振动传感器与被测机动车的车轮相接触，用于探测机动车的振动； 信号传输电缆，用于将振动传感器探测到的机动车的振动信号传输给下一级的信号处理与分析电路；信号处理与分析电路，用于接收信号传输电缆传输来的振动传感器探测到的机动车的振动信号，经处理与分析后得出机动车发动机的转速并将转速值输出或显示。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于所述的信号处理与分析电路的构造包括 信号放大与滤波电路，信号放大与滤波电路输入端与振动传感器连接，用于接收振动传感器输出的振动信号，对振动信号进行放大并滤除发动机转速信号之外的噪声和干扰；脉冲整形电路，输入端和信号放大与滤波电路输出端连接，用于对放大滤波后的信号进行脉冲整形，并转换为TTL信号；锁相环电路，输入端连接脉冲整形电路，经锁相环电路处理后输出与发动机转速成比例的TTL脉冲信号；脉冲计数与显示单元，输入端连接锁相环电路，根据被测发动机的汽缸数进行发动机的转速测量，最后输出或显示发动机转速值。
6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于所述的信号处理与分析电路的构造包括 信号放大与滤波电路，输入端与振动传感器连接，用于接收振动传感器输出的振动信号，对振动信号进行放大并滤除发动机转速信号之外的噪声和干扰；数据采集器，输入端连接信号放大与滤波电路，用于采集信号放大与滤波电路输出的经放大和滤除噪声与干扰后的振动信号，由数据采集器采集的振动信号数据以USB接口方式传送给计算机；计算机及分析处理模块，输入端连接数据采集器，用于对数据采集器输入的振动信号进行处理与分析，包括先对采集的振动信号进行快速付立叶变换，由FFT获得振动信号的功率谱，在功率谱上寻找最高功率点对应的频率F ；由如下公式计算发动机转速N N=60 · F ·冲程数/汽缸数，单位为转/每分钟。
全文摘要
机动车发动机转速测量方法及测量装置。测量方法是将振动传感器固定在被测机动车的轮胎或轮毂上，由信号处理与分析电路接收振动传感器探测到的机动车的振动信号，经处理与分析后得出机动车发动机的转速并将转速值输出或显示。测量装置包括振动传感器、信号传输电缆和信号处理与分析电路。信号处理与分析电路可以由信号放大与滤波电路、脉冲整形电路、锁相环电路和脉冲计数与显示单元构成；也可以由信号放大与滤波电路、数据采集器和计算机及分析处理模块构成。发动机转速信息由与发动机相连接的驱动轮的轮胎或轮毂的振动获得，无需接触发动机本身即可实现发动机转速测量。通用性强、测量精度和可靠性高，可实现测量的自动化和智能化。
文档编号G01P3/481GK102323437SQ20111013643
公开日2012年1月18日 申请日期2011年5月25日 优先权日2011年5月25日
发明者李恩邦 申请人:李恩邦