内燃机瞬态热力参数采集系统的研究

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1、第18^(2000)第2期内燃机字扌艮TransactionsofCSICEVoL18(2000)No.2180042路组成的主体部时转速同步测量Byte的数据存储的设计开发。文文章编号：1000-0909(2000)02-0191-04内燃机瞬态热力参数采集系统的研究丄刘昌文I,刘杰I,程勇2,吴波S张立梅2（1.天津大学机械工程学院•天津300072；2.山东工业大学）摘要：讨论了一种内燃机瞬态热力参数微机采集系纱分可实现多路瞬态信号的同步采集•配上角标信号M等功能，该系统完全能适应内燃机过渡过程研究的嚅区，既保证了大数据量的连续采集

2、，又使采集过程独中还介绍了系统的软件流程图•给出了一个具体应片关键词：瞬态工况；发动机测莹；数据采集；A/D转换中图分类号:TK427.4文献标识玛：A①收材必㈱修订日期：1999-01-13o作者简介：刘昌文（1963-）•男•评士•副教校•主要研究方向为激光诊断技术与内燃机测试方法。引言随着微机软硬件技术的飞速发展，各种功能的测试仪器都向着以通用微机配数据采集装置及专用软件的构成模式发展，内燃机燃烧分析系统也不例外⑴。但是内燃机燃烧分析有它的特殊性，例如：必须以上止点和角标信号作为同步及采集触发脉冲，对各路信号进行高速、同步采集；过渡

3、过程分析时还必须能同步进行瞬时转速的测量，以得到各采样值所经历的时间和对应的转速；较恶劣的工作环境下，高速时角标信号有时会出现干扰信号和“丢''信号，所以要求采集系统能同时记录角标信号的个数•以供分析系统诊断角标信号9排除干扰信号和“丢”信号所造成的时间基准的丢失，保证得到高精度的测量结果2「等。通用A/D接口板不能满足这些要求。为构成以通用微机为核心，功能较为齐全适用的、开放型的内燃机燃烧分析仪器•作者研究开发了一种内燃机瞬态热力参数采集系统⑵。1内燃机瞬态热力参数微机采集系统的结构1・1系统构成方案的选择以上止点信号为同步脉冲、角标信

4、号为触发脉冲对各路信号进行同步采集是内燃机示功图测试所必需的。实现各路信号同步采集的方案有2种：一种是同步保持•分时转换的构成方式，这是国外燃烧分析仪常采用的，如图la所示。该构成方式的特点是只使用一只八/D转换器•结构简单，各路采样保持器在采样脉冲的控制下同步工作，可实现对各路信号的同步采样。其缺点是最适合于1路信号的采集，多路信号时要保证较高的采样频率，对A/D转换器的转换速度、模拟开关的切换速度与性能以及采样保持器的特性等都要求很高；采样频率低于A/D转换器的转化速率。比如对4路信号，要实现每路1（）（）kHz的同步采样，一般要使用

5、1ys转换速度的A/D转换器和1.5切换速度的模拟开关。另一种是使用多只A/D转换器的构成方式，如图lb所示,A/D转换器的只数与模拟信号的通道数相适应。这种结构的特点是每路A/D转换器只转换1路信号，对A/I）转换器的转换速度要求低，不存在信号间的串扰问题，适用于多路信号的采集。缺点是要使用多只A/D转换器，电路结构较复杂。作者采用了多路A/D转换器的构成方式。通过精心设计时序控制电路，使每路A/I）转换器不仅可以分别为1路输入信号进行数模转换，还可交替为2路或1路信号进行采集•使采集速率提高到每只A/D转换器转换速率的2倍或4倍，所能

6、达到的最高采集频率将高于现有A/D转换器转换速率的4倍，也可用低成（a）同步保持分时转換樓式（b）多只A/DM速H樓式图1同步采集A/D板结构Fig.1Twokindsofsimultaneous-acquisitionA/l)system本的中低速A/D转换器构成高速的数据采集装置。与瞬态热力参数一样，瞬时转速也是进行过渡过程分析或动态特性研究时所必不可少的参数，瞬时转速的同步测量单元也就成了本采集系统的另一个重要组成部分。为增大一次连续采集的数据量，增强采集系统的适应性，使数据转换、存储过程独立于微机CPU.采集速率不受主机频率的影响

7、，系统硬件上设置了独立于主机的数据存储区。1.2内燃机瞬态热力参数采集板的整体构成图2所示是适合于4路内燃机瞬态热力参数采集的A/D板的构成框图。整个采集硬件包括以下5部分：(1)角标信号调理电路；(2)角标信号诊斷信息获取；(3)4路A/D转换器及其控制电路；(4)瞬时转速测量部分；(5)数据存储区(现取为1MByte,设计最大容量为32MByte)o晶体据茂器50MH

8、4MHzTDCCA1CA2瞬时转速测粗电路16位计数器卜如T锁存器外同步信号外触发信号程控分頻器A/D转换器时序控制电路软件触发CP2.CP3.CP4A/D转换器1A/

9、D转换器2Qp转换器3A/D转换对4数据存储器存储器控制单元模拟”关纠静拟输入2供拟输入3斎拟输入4♦命号路数•于作方式控制微机扩展槽图2内燃机瞬态热力参数采集A/D卡构成框图Fig・2The