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1、10申请公布号CN104198031A43申请公布日20141210CN104198031A21申请号201410368167322申请日20140730G01H17/0020060171申请人东风康明斯发动机有限公司地址430223湖北省襄樊市高新技术产业开发区72发明人宋单平王勇74专利代理机构武汉开元知识产权代理有限公司42104代理人刘志菊54发明名称一种发动机曲轴扭振信号检测方法及装置57摘要本发明是一种发动机曲轴扭振信号检测方法及装置，包括采集发动机曲轴前端旋转脉冲信号，将采集所得旋转脉冲信号转换为转速信号和角速度信号，然后提取角速度信号的高频分量，将其进行逐点积分，将积分所得高频。
2、时域信号利用快速傅立叶逐点变换成频域信号，最后发动机三维扭振数据生成模块将各均分信号QK的转速信号NK和角位移频域信号YK顺序输入到三维坐标系中，可以得到横坐标、左纵坐标和右纵坐标分别为发动机扭振频率、幅值和转速相关的三维发动机扭振数据。本发明采用组合式设计，安装方便，不受发动机及外界振动影响，可靠性好，测量精度高，分析计算方便，适应性较强，重量轻，便携性强。51INTCL权利要求书2页说明书6页附图6页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书6页附图6页10申请公布号CN104198031ACN104198031A1/2页21一种发动机曲轴扭振信号检测方法，其特征。
3、包括以下步骤1通过信号采集机构的编码器采集发动机曲轴前端时间为T的旋转脉冲信号Q，T是R的整数倍，并将该信号均分成每段时间为R的脉冲信号2将均分脉冲信号QK转化成转速信号NK和角速度信号K，根据以下公式得到其中NK为分段脉冲信号QK中的脉冲数，A为编码器每转脉冲数,R为分辨率；3将角速度信号K进行高通5HZ滤波处理提取其高频分量信号；4将角速度信号K的高频分量进行逐点积分得到角位移信号根据以下公式可得其中R为分辨率；5将积分所得高频时域角位移信号利用快速傅立叶逐点变换成频域信号，根据以下公式可得其中L为信号的数量，R为分辨率；6将各均分信号QK的转速信号NK和角位移频域信号YK顺序输入到三维坐。
4、标系中，可以得到横坐标、左纵坐标和右纵坐标分别为发动机扭振频率、幅值和转速相关的三维发动机扭振数据。2根据权利要求1所述的一种发动机曲轴扭振信号检测方法，其特征在于所述分辨率R的要求将信号Q均分成每段时间为R的信号QK，其中R为分辨率，取1或2，单位为秒。3根据权利要求1或2所述的一种发动机曲轴扭振信号检测方法，其特征在于所述的编码器采用轴式增量式旋转编码器，每转脉冲输出个数A601000。4根据权利要求1或2所述的一种发动机曲轴扭振信号检测方法，其特征在于步骤4中T000100001秒。5一种发动机曲轴扭振信号检测装置，包括安装在发动机曲轴减振器前端的发动机曲轴扭振信号采集机构和与之连接的信。
5、号分析处理系统，其特征在于信号分析处理系统包括信号均分模块、转速信号生成模块、角速度信号生成模块、高通滤波模块、角位移信号积分模块、傅立叶变换模块和发动机三维扭振数据生成模块；信号均分模块、角速度信号生成模块、高通滤波模块、角位移信号积分模块、傅立叶变换模块依次连接，转速信号生成模块和傅立叶变换模块连接到发动机三维扭振数据生成模块。6根据权利要求5所述的发动机曲轴扭振信号检测装置，其特征在于信号均分模块是将信号采集机构采集的发动机曲轴前端时间为T的旋转脉冲信号Q均分成每段时间为R的脉冲信号，T是R的整数倍；转速信号生成模块根据以公式得到转速信号其中为分段脉权利要求书CN104198031A2/。
6、2页3冲信号QK中的脉冲数，A为编码器每转脉冲数,R为分辨率；角速度信号生成模块根据以公式得到角速度信号，其中NK为分段脉冲信号QK中的脉冲数，A为编码器每转脉冲数,R为分辨率；角位移信号积分模块根据以下公式可得将角速度信号K的高频分量进行逐点积分得到角位移信号其中R为分辨率；傅立叶变换模块将积分所得高频时域角位移信号利用快速傅立叶逐点变换成频域信号，根据以下公式可得其中L为信号的数量，R为分辨率；发动机三维扭振数据生成模块将各均分信号QK的转速信号NK和角位移频域信号YK顺序输入到三维坐标系中，可以得到横坐标、左纵坐标和右纵坐标分别为发动机扭振频率、幅值和转速相关的三维发动机扭振数据。7根据。
7、权利要求5或6所述的发动机曲轴扭振信号检测装置，其特征在于发动机曲轴扭振信号采集机构包括信号采集单元1和支撑单元4，信号采集单元1的编码器1A安装在支撑壳体1C顶部1C1，编码器轴1A1通过联轴器1B与旋转轴1E连接，旋转轴1E上的轴法兰1F与连接在适配器5上的过渡法兰6连接，编码器轴1A1和联轴器1B置于支撑壳体1C中，编码器轴1A1穿过支撑壳体1C顶部1C1的孔，支撑壳体1C顶部1C1与支撑单元4连接，支撑壳体1C的下部通过轴承1D与旋转轴1E连接；支撑单元4包括与支撑壳体1C顶部1C1连接的横向支撑杆4A和与横向支撑杆4A另一端连接的立架4B，立架4B的下部连接在缸体上。8根据权利要求7。
8、所述的发动机曲轴扭振信号检测装置，其特征在于所述的横向支撑杆4A包括前部半圆弧叉4A1和根部的调节螺杆4A2，半圆弧叉4A1与支撑壳体1C的顶部1C1连接，调节螺杆4A2穿在立架4B上的连接孔4B1中，通过螺母与立架4B连接；所述的立架4B上的连接孔4B1是竖直方向的长孔。9根据权利要求7或8所述的发动机曲轴扭振信号检测装置，其特征在于所述的编码器1A采用轴式增量式旋转编码器，每转脉冲输出个数A601000。10根据权利要求7或8所述的发动机曲轴扭振信号检测装置，其特征在于所述支撑壳体1C周围成圆筒式结构，侧面开有3个大U型安装窗口1C2。权利要求书CN104198031A1/6页4一种发动机。
9、曲轴扭振信号检测方法及装置技术领域0001本发明属于发动机测试领域，具体涉及一种发动机曲轴扭振信号检测方法及装置。背景技术0002目前，发动机扭振测量多采用激光多普勒扭振仪和磁电传感器，激光多普勒扭振仪对发动机台架的振动较敏感,且设备体积巨大，只能在发动机台架使用，不适合便携工作，且成本较高，如果台架振动大则无法得到稳定的信号。磁电传感器测试需要针对不同的机型加工信号采集盘，适应性较差，且对测试距离和安装位置要求很高，测试距离偏大或偏小，安装位置有振动，都无法得到稳定有效的扭振信号。0003上述测试方法因其存在以上缺陷，不适用于发动机曲轴扭振信号的采集。因此如何创造一种结构简单,安装方便，成本。
10、较低，且可得到发动机曲轴实时扭振数据的方法及装置是业界迫切需要解决的技术问题。发明内容0004本发明的目的在于提供一种发动机曲轴扭振信号检测方法及装置,用于实时采集并计算发动机曲轴扭振数据。0005本发明的技术方案如下0006本发明的一种发动机曲轴扭振信号检测方法包括以下步骤00071通过信号采集机构的编码器采集发动机曲轴前端时间为T的旋转脉冲信号Q，T是R的整数倍，并将该信号均分成每段时间为R的脉冲信号00082将均分脉冲信号QK转化成转速信号NK和角速度信号K，根据以下公式得到其中NK为分段脉冲信号QK中的脉冲数，A为编码器每转脉冲数,R为分辨率；00093将角速度信号K进行高通5HZ滤波。
11、处理提取其高频分量信号；00104将角速度信号的高频分量进行逐点积分得到角位移信号0011根据以下公式可得其中R为分辨率；00125将积分所得高频时域角位移信号利用快速傅立叶逐点变换成频域信号，根据以下公式可得0013说明书CN104198031A2/6页50014其中L为信号的数量，R为分辨率；00156将各均分信号QK的转速信号NK和角位移频域信号YK顺序输入到三维坐标系中，可以得到横坐标、左纵坐标和右纵坐标分别为发动机扭振频率、幅值和转速相关的三维发动机扭振数据。0016所述分辨率R的要求将信号Q均分成每段时间为R的信号QK，其中R为分辨率，取1或2，单位为秒。0017所述的编码器采用轴。
12、式增量式旋转编码器，每转脉冲输出个数A601000。0018所述的步骤4中T000100001秒。0019本发明的一种发动机曲轴扭振信号检测装置包括安装在发动机曲轴减振器前端的发动机曲轴扭振信号采集机构和与之连接的信号分析处理系统，信号分析处理系统包括信号均分模块、转速信号生成模块、角速度信号生成模块、高通滤波模块、角位移信号积分模块、傅立叶变换模块和发动机三维扭振数据生成模块；信号均分模块、角速度信号生成模块、高通滤波模块、角位移信号积分模块、傅立叶变换模块依次连接，转速信号生成模块和傅立叶变换模块连接到发动机三维扭振数据生成模块。0020所述的信号均分模块是将信号采集机构采集的发动机曲轴前。
13、端时间为T的旋转脉冲信号Q均分成每段时间为R的脉冲信号，T是R的整数倍；0021转速信号生成模块根据以公式得到转速信号NK，其中NK为分段脉冲信号QK中的脉冲数，A为编码器每转脉冲数,R为分辨率；0022角速度信号生成模块根据以公式得到角速度信号，其中NK为分段脉冲信号QK中的脉冲数，A为编码器每转脉冲数,R为分辨率；0023角位移信号积分模块根据以下公式可得将角速度信号的高频分量进行逐点积分得到角位移信号其中R为分辨率；0024傅立叶变换模块将积分所得高频时域角位移信号利用快速傅立叶逐点变换成频域信号，根据以下公式可得00250026其中L为信号的数量，R为分辨率；0027发动机三维扭振数据。
14、生成模块将各均分信号QK的转速信号NK和角位移频域信号YK顺序输入到三维坐标系中，可以得到横坐标、左纵坐标和右纵坐标分别为发动机扭振频率、幅值和转速相关的三维发动机扭振数据。0028所述的发动机曲轴扭振信号采集机构包括信号采集单元和支撑单元，信号采集单元的编码器安装在支撑壳体顶部，编码器轴通过联轴器与旋转轴连接，旋转轴上的轴法兰说明书CN104198031A3/6页6与连接在适配器上的过渡法兰连接，编码器轴和联轴器置于支撑壳体中，编码器轴穿过支撑壳体顶部的孔，支撑壳体顶部与支撑单元连接，支撑壳体的下部通过轴承与旋转轴连接；支撑单元包括与支撑壳体顶部连接的横向支撑杆和与横向支撑杆另一端连接的立架。
15、，立架的下部连接在缸体上。0029所述的横向支撑杆包括前部半圆弧叉和根部的调节螺杆，半圆弧叉与支撑壳体的顶部连接，调节螺杆穿在立架上的连接孔中，通过螺母与立架连接；所述的立架上的连接孔是竖直方向的长孔。0030所述的编码器采用轴式增量式旋转编码器，每转脉冲输出个数A601000。0031所述支撑壳体周围成圆筒式结构，侧面开有3个大U型安装窗口。0032本发明的优点本发明采用组合式设计，结构简单,安装方便，不受发动机及外界振动影响，可靠性好，测量精度高，分析计算方便，适应性较强，重量轻，便携性强。附图说明0033图1为本发明装置的总体框图。0034图2为本发明方法步骤1中的均匀分段信号图。003。
16、5图3为本发明方法步骤2中的发动机曲轴转速信号图。0036图4为本发明方法步骤2中的发动机曲轴角速度信号图。0037图5为本发明方法步骤3中的发动机曲轴角速度信号高频分量图。0038图6为本发明方法步骤4中的发动机曲轴角位移信号图。0039图7为本发明方法步骤5中的发动机曲轴角位移信号频谱图。0040图8为本发明方法步骤6中的发动机曲轴扭振信号三维瀑布图。0041图9为发动机曲轴扭振信号采集机构的总体结构示意图。0042图10为发动机曲轴扭振信号采集机构的信号采集单元爆炸示意图。0043图11为发动机曲轴扭振信号采集机构的支撑单元横向支撑杆示意图。0044图12为发动机曲轴扭振信号采集机构的支。
17、撑单元立架示意图。0045图13为发动机曲轴扭振信号采集机构的支撑单元横向支撑杆与支撑壳体安装示意图。具体实施方式0046下面结合附图对本发明实例作进一步描述。本发明的一种发动机曲轴扭振信号检测方法，其特征包括以下步骤00471通过信号采集机构的编码器采集发动机曲轴前端时间为T的旋转脉冲信号Q，T是R的整数倍，并将该信号均分成每段时间为R的脉冲信号如图2；00482将均分脉冲信号QK转化成转速信号NK和角速度信号K根据以下公式得到其中NK为分段脉冲信号QK中的脉冲数，A为编码器每转脉冲数,R为分辨率；如图3、图4；00493将角速度信号K进行高通5HZ滤波处理提取其高频分量信号；如图5；说明书。
18、CN104198031A4/6页700504将角速度信号K的高频分量进行逐点积分得到角位移信号0051根据以下公式可得其中R为分辨率；如图6；00525将积分所得高频时域角位移信号利用快速傅立叶逐点变换成频域信号，根据以下公式可得00530054其中L为信号的数量，R为分辨率；如图7；00556将各均分信号QK的转速信号NK和角位移频域信号YK顺序输入到三维坐标系中，可以得到横坐标、左纵坐标和右纵坐标分别为发动机扭振频率、幅值和转速相关的三维发动机扭振数据；如图8。0056所述分辨率R的要求将信号Q均分成每段时间为R的信号QK，其中R为分辨率，取1或2，单位为秒。0057所述的编码器采用轴式增。
19、量式旋转编码器，每转脉冲输出个数A601000。0058所述的步骤4中T000100001秒。0059下面结合附图对本发明提供的装置实例作进一步描述。0060图1为本发明装置的总体框图本发明的一种发动机曲轴扭振信号检测装置包括安装在发动机曲轴减振器前端的发动机曲轴扭振信号采集机构和与之连接的信号分析处理系统，信号分析处理系统包括信号均分模块、转速信号生成模块、角速度信号生成模块、高通滤波模块、角位移信号积分模块、傅立叶变换模块和发动机三维扭振数据生成模块；信号均分模块、角速度信号生成模块、高通滤波模块、角位移信号积分模块、傅立叶变换模块依次连接，转速信号生成模块和傅立叶变换模块连接到发动机三维。
20、扭振数据生成模块。0061所述的信号均分模块是将信号采集机构采集的发动机曲轴前端时间为T的旋转脉冲信号Q均分成每段时间为R的脉冲信号，T是R的整数倍；0062转速信号生成模块根据以公式得到转速信号其中NK为分段脉冲信号QK中的脉冲数，A为编码器每转脉冲数,R为分辨率；0063角速度信号生成模块根据以公式得到角速度信号，其中NK为分段脉冲信号QK中的脉冲数，A为编码器每转脉冲数,R为分辨率；0064角位移信号积分模块根据以下公式可得将角速度信号K的高频分量进行逐点积分得到角位移信号其中R为分辨率；0065傅立叶变换模块将积分所得高频时域角位移信号利用快速傅立叶逐点变换成频说明书CN1041980。
21、31A5/6页8域信号，根据以下公式可得00660067其中L为信号的数量，R为分辨率；0068发动机三维扭振数据生成模块将各均分信号的转速信号和角位移频域信号YK顺序输入到三维坐标系中，可以得到横坐标、左纵坐标和右纵坐标分别为发动机扭振频率、幅值和转速相关的三维发动机扭振数据。0069如图9、图10、图11、图12、图130070所述的发动机曲轴扭振信号采集机构包括信号采集单元1和支撑单元4，信号采集单元1的编码器1A安装在支撑壳体1C顶部1C1，编码器轴1A1通过联轴器1B与旋转轴1E连接，旋转轴1E上的轴法兰1F与连接在适配器5上的过渡法兰6连接，编码器轴1A1和联轴器1B置于支撑壳体1。
22、C中，编码器轴1A1穿过支撑壳体1C顶部1C1的孔，支撑壳体1C顶部1C1与支撑单元4连接，支撑壳体1C的下部通过轴承1D与旋转轴1E连接；支撑单元4包括与支撑壳体1C顶部1C1连接的横向支撑杆4A和与横向支撑杆4A另一端连接的立架4B，立架4B的下部连接在缸体上。过渡法兰6通过发动机曲轴减振器3前端的皮带轮2定位与适配器5连接，固定在发动机曲轴前端。0071所述的横向支撑杆4A包括前部半圆弧叉4A1和根部的调节螺杆4A2，半圆弧叉4A1与支撑壳体1C的顶部1C1连接，调节螺杆4A2穿在立架4B上的连接孔4B1中，通过螺母与立架4B连接；所述的立架4B上的连接孔4B1是竖直方向的长孔。0072。
23、所述的编码器1A采用轴式增量式旋转编码器，每转脉冲输出个数A601000。0073如图12，所述的立架4B上的连接孔4B1是竖直方向的长孔。0074如图10，所述支撑壳体1C周围成圆筒式结构，侧面开有3个大U型安装窗口1C2，方便编码器轴1A1、联轴器1B与旋转轴1E三者连接。U型安装窗口1C2可根据不同的发动机减振器3以及支撑单元4的安装螺纹孔进行安装调节，可保证支撑壳体1C在发动机曲轴扭振测试中不会随发动机曲轴旋转，可保证信号采集精度。0075所述旋转轴1E设计成阶梯结构，前端为联轴器1B的连接位置，中部为轴承1D安装位置，后端是过渡法兰6的安装位置。轴承1D承载编码器1A和支撑壳体1C的。
24、重量，可延长编码器轴承的寿命，保证信号采集单元的可靠性。信号采集单元1装配顺序是先将轴承1D外圈和支撑壳体1C转配在一起，再将轴承1D内圈和旋转轴1E过盈配合，然后在旋转轴1E上套上联轴器1B，将编码器1A与支撑壳体1C上部连接，最后通过支撑壳体1C上的大U型安装窗口1C2紧固编码器轴1A1、联轴器1B和旋转轴1E，装配完成后即可进行发动机扭振信号采集。信号采集单元1可作为一个整体进行信号采集，在对不同发动机机型进行扭振信号采集时不需要再次组装，方便携带，安装简易。通过支撑壳体1C和支撑单元4将该信号采集单元固定到发动机缸体上，防止信号采集单元支撑壳体1C在运转过程中旋转，装配成功后即可进行发。
25、动机曲轴扭振信号采集工作。0076具体工作过程如下发动机运行时，曲轴的旋转脉冲信号通过法兰6、旋转轴1E、联轴器1B，传递到编码器轴1A1上。本发明装置的增量式编码器1A每转可输出100个脉冲，说明书CN104198031A6/6页9即编码器1A输出的脉冲数为曲轴转速的100倍。将编码器1A采集到发动机曲轴旋转脉冲信号的进行均分，转化成发动机曲轴转速和角速度信号，然后提取高频分量进行积分运算，再利用快速傅立叶变换将时域信号转换为频域信号，再结合发动机转速信号分析计算就可得到发动机转速、角位移频率和幅值的三维发动机扭振数据。说明书CN104198031A1/6页10图1图2说明书附图CN104198031A102/6页11图3图4图5说明书附图CN104198031A113/6页12图6图7说明书附图CN104198031A124/6页13图8图9说明书附图CN104198031A135/6页14图10图11说明书附图CN104198031A146/6页15图12图13说明书附图CN104198031A15。