增压器转速测量中电荷放大电路的设计

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1、增压器转速测量中电荷放大电路的设计第15卷第1期2003年3月甘肃科学学报JournalofgansusciencesVol.l5No.lar.2003文章编号:1004-0366(2003)01-0072-05洪涛730070)(兰州铁道学院机电与动力工程学院9廿肃兰州针对东风4B型内燃机车柴油机增压器的工作条件和转速范围9专门设计了利用振动法测量增压器转速的电荷放大电路■实际测试表明9该电荷放大电路频带响应范围宽工作可靠9满足机车柴油机增压器地面检修和随车检测中转速测量的要求・关键词:增压器S转速S振动S电荷放大器中图分类号:TK414-3文献标识码:摘

2、要:A现代大功率柴油机广泛采用增压技术以强化柴油机的功率9提高柴油机的经济性■在一定的结构尺寸和一定的转速下9柴油机输出功率的大小主要决定于进入气缸内的燃油和空气的数量•在气缸容积不变的条件下要增加空气量9就必须增加空气的密度■内燃机车柴油机普遍采用废气涡轮增压和空气中间冷却技术9来增加空气的密度・增压器性能和工作状态対机车安全运行至关重要■某机务段统计表明9增压器故障占机破事故的50%[19其中包括增压器涡轮因积碳固死涡轮轮毂过热发生轴向移位压气机喘振涡轮阻塞等9这些故障均可通过测量增压器转速直接和间接地判断■因此9转速是增压器检修中必测的一个参数・增压器转

3、速传统的测量方法是通过光电或磁电效应产生与转速成比例的脉冲信号9通过测频法或测周法获得转速值■虽然基于脉冲测量原理的转速测量比较准确精度高9但将其用于增压器转速测量时9需耍将增压器的外盖打开9然后将传感器放入9引出导线9接入到外面的测量仪9辅助作业时间长9安装在增压器壳体内的传感器会带来新的事故隐患9限制了它在增压器转速测量中的应用■目前岀现了一种新的应用振动原理的非接触式增压器转速测量方法［2939这种方法不仅测试精度能满足要求9而且测试时无须对增压器进行拆卸9大大提高了工作效率■振动法转速测量的关键是电荷放大电路的设计9以下介绍增压器转速测量中采用的一种实

4、用可靠的电荷放人电路・1振动法转速测量的原理废气涡轮增压器由涡轮和压气机组成9柴油机排出的高温烟气在涡轮机中膨胀作功9带动压气机工作■压气机转动时叶片搅动空气引起蜗壳振动9通过压电传感器电荷放大器将振动信号变为随时间变化的电压信号送入单片机数据采集和处理系统进行采样和处理■时域内的振动信号经E变换变成频域内的信号■由单片机0C196C组成的增压器转速测量系统收稿日期:2002-05-0转换器转换成数字量后送入单片机.图1增压器转速测量系统压气机蜗壳振动信号包含多种振动频率的分量其中由压气机叶片搅动空气激振引起的振动最为强烈•假设蜗壳振动信号为l(t)则其付立

5、叶变换为；0X(c)=l(t)e-jctdt.(l)・0从FFT变换序列中可以找出与空气激振引起的振动相对应的主频率该值与增压器转速7的关系为；7=2T(2)其中为压气机叶片数.FFT变换采用基2蝶形运算其基本公式如下；X(K)=X1(K)WNX2(K)WNX(KN/2)=X1(K)-WNX2(K)KKK⑶⑷传感器选择与安装位置传感器选用压电式传感器其具体参数一是频率响应范围另一个是允许的工作温度•东风4B内燃机车柴油机增压器转速为0*250001/min圧气机叶片一般为20个•因此蜗壳主振动最大频率约为8400-Z选择的压电传感器频响范围为0X0k~Z・压电

6、传感器安装在压气机测设计工况下压气机岀口空气温度为145壳体温度不超过150•根据初步确定的振动频率和工作温度我们选择了北京测振仪器厂生产的3型压电传感器•压电传74甘肃科学学报Z003年第1期感器安装位置与振动源引起的振动强弱及频率有关，通过实际测试~比较我们认为蜗壳内侧法兰处较为理想,压电传感器通过螺孔轴向安装在法兰上.电荷放大器设计方案压电传感器的输出量为电荷量八冃数值很小,为获得A/D转换所需的信号类型和量值，在压电传感器和A/D转换电路间要有电荷或电压放人电路.由于电压放大器的输岀电压与电缆电容有关，采用电压放大器时，要求电缆长度不超过1.5mz而机

7、车上最远端电缆长度约ZOm,因此，我们选用了电荷前置放大电路.压电传感器与电荷放大器兀配的等效电路如图Z所示.与压电传感器配套有标准电荷放大器，如北京测振仪器厂等生产的电荷放大器•这类放大器适于地面和固定场合下使用，对于随车监测系统及仪图Z电荷放大器等效电路器尺寸受限的场合则不太适合•由于增圧器转速范围宽，振动信号变化很大，不可能随时根据振动强弱调整其放大倍数在使用中发现适于某一转速下的放大倍数在英他工况下可能信号太弱，也可能过载而无信号输岀•由于电子技术的发展，目前电荷放大器已更多地采用模拟集成电路设计/本积和可靠性都有很大提高•为使电荷放大器输出的电压信号

8、满足A/D转换电路的要求,通常以电荷放