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1、 b a s e do nt l l es i t u a t i o na n a l y s i so fm ep r e V i o u sa c c 啪u l a t i o n 锄ds l u n m 羽yo ft l l e s m o 幽gm e t h o d ,a I l df o c u s e so na 1 1 a l y s i so fm er e b o u n dm e t h o d ,c i r C l er a t e m e t h o d ,a n dp o l i s h i I l gm e t h o d n e n ,b 邪e d0 nt h
2、ec h 黜l C t e r i s t i c so ft l l e i 1 1 d i c a t o r d i 楚即m o fd a t a p e r t i I l e n t t ot h e s em e t h o d st o h p r o V e 1 e m a C c o r d i n g l y 印p l i e dt 0m ed y n 锄o m e t e rd a s m o o t l l i n gm e m I I lt l l e s em e m o d S t 1 1 em e 嬲u 1 e d 胁,a R e rs m o 删r 培,a 1
3、 1 ds m o o t h i n g l ed a :t ab e f o r e 锄da f t e r p o m 西o b a l ,l o C a l 锄p l i f i c a t i o n 锄dC h a n g e si I l a r e 弱s u c h 嬲t h eC u r v 曲鹏 c o m p a r i s o ns h o w e dm a t m er e b o u n dm e t l l o da n dp o l i s m n gm e m o ds h o w ni l lt t l e d i 卿o ft h e 加s m 0 0 1
4、h 堍打e a t m e n t i se 丘e 嘶V e 1 ( E YW o R D S :脚l 锄o m e t e r ; S m o o m i n g ;R - e b o u n d ; C i j r c l er a :t em e t h o d ; P o l i s m n gM e t l l o d I 飞_ 憎第一章绪论 目录 1 1 发动机示功图概念及其应用。1 1 1 1 示功图的概念。l 1 2 2 示功图的应用。2 1 2 示功图数据采集系统所得数据所面临的问题。3 1 3 光顺方法的研究现状及发展状态6 1 4 研究目标及主要内容一8 1 5d 、 i
5、 8 第二章曲线的基本理论及曲线光顺性研究 9 2 1 曲线的相关知识一9 2 1 1 曲线的参数表示9 2 1 2 曲线的切矢1 0 2 1 3 曲线的凹凸性及其拐点1 0 2 1 4 曲线的曲率1 2 2 1 5 函数连续性的基本概念1 3 2 1 6 曲线的参数连续的基本概念1 3 2 2 光顺的判断依据1 3 2 3d 、结1 5 7 第三章光顺方法的原理分析1 6 ,- , 3 1 几种光顺方法的原理分析1 6 3 1 1 回弹法1 6 3 1 1 1 原理分析1 6 3 1 1 2 算法步骤2 1 3 1 1 3 算法检验2 l 3 1 2 圆率法2 2 3 1 2 1 原理分析。
6、2 2 3 1 2 2 算法步骤2 7 3 1 2 3 算法检验一2 8 3 1 3 磨光法2 9 3 1 3 1 原理分析2 9 3 1 3 2 算法步骤3 l 3 1 3 3 算法检验31 3 2 小结3 2 第四章发动机示功图的数据采集系统 3 3 4 1 发动机示功图测量系统硬件设计3 3 4 1 1 系统的硬件组成及工作原理3 3 4 1 2 测量传感器的选用3 4 4 1 2 1 曲轴位置传感器一3 4 4 1 2 2 气缸压力传感器3 6 4 1 3 隔离电路设计3 9 震, 飞 鲫 4 1 3 1 压力信号隔离电路设计3 9 4 1 3 2 曲轴位置传感器隔离电路设计4 l 4
7、 1 4 压力传感器的标定。4 2 4 2 发动机示功图测试系统软件设计4 2 , 4 2 1 软件开发工具4 2 4 2 2 数据采集卡4 3 4 2 3 数据采集系统程序设计4 5 4 2 3 1 采集系统具体实现原理分析。4 5 4 2 3 2 采集系统主要功能函数节点简介4 6 4 2 3 3 示功图数据采集系统程序设计思路及程序的编制4 8 4 3 发动机示功图数据实测5 1 4 4d 、结5l 第五章发动机示功图数据的程序光顺及其效果分析 5 2 5 1 J 越,A 程序设计语言的优点。5 2 5 2 原始数据的程序光顺5 3 5 2 1 回弹法光顺。5 3 5 2 2 圆率法光顺
8、6 4 5 2 3 磨光法光顺6 7 5 3 小结7 7 第六章总结与展望。7 8 6 1 总结7 8 6 2 展望7 8 参考文献8 0 附录l 追赶法程序实现流程 致谢 攻读学位期间发表论文情况 V 8 4 8 S 8 6 童动机示功图不周光颠方法的研究 第一章绪论 1 1 发动机示功图概念及其应用 1 1 1 示功图的概念 在内燃机的一个完整工作循环中,描述其汽缸内压力的大小随汽缸容积的变化情况 的曲线图即为示功刚1 1 。因汽缸容积与活塞行程直接相关,所以示功图也表现为压力与 活塞行程的关系曲线。示功图有压力一曲轴转角图以及压力气缸容积图这两种基本表 现形式。由于对于给定的发动机,其一
9、定的曲轴转角直接决定了活塞在汽缸中的位置, 因此,只要得到了其中一种形式的示功图,就可以通过发动机曲轴转角与活塞位置之间 的几何关系把另外一种形式的示功图表示出来【2 1 。在图1 1 中,右图即是由左边的压力 一曲轴转角图进行转换而得到的压力气缸容积图。通过观察图1 1 ,可以得到发动机 在进气、压缩、做功以及排气等工作循环中不同阶段的压力变化情况。有了图1 1 及其 对应的数据,就可以根据热力学的知识以及之前所积累的实验及经验数据对其进行分析 飞 比较f 3 】。 r , 示功图作为表征内燃机动力性能的一种重要的途径,它较全面的蕴含了内燃机通过 热力转换从而实现机械功输出过程中的重要信息。
10、通过对示功图的合理分析,可以知道 内燃机工作过程的好坏,燃料在内燃机内是否燃烧得充分以及发动机在工作过程中能量 的转换情况等【4 】。内燃机工作过程中,气缸内在压缩上止点时刻的压力和温度,内燃机 工作时的开始着火点位置、汽缸内工作压力的升高率以及发动机的瞬时放热率等这些参 数都是对内燃机进行故障分析判断的重要参考【5 1 。而利用示功图,结合计算机程序就可 以较方便的对这些参数进行分析。总而言之,示功图是我们研究和判断内燃机工作情况 的重要途径,是计算内燃机基本的性能参数的重要依据,是分析内燃机放热规律的重要 手段。可以知道,一个准确可靠的示功图,对进行内燃机研究是极具理论价值和现实意 义的1
11、 6 l 。 广西大学硕士肖吼盘论文 发动机考妈力图习。嗣爿。啊力哼去的研究 图l - lP 呻及P V 示功图 F i g u r e1 1P 呻a n dP - Vi n d i c a t o rd i a g r a m 1 2 2 示功图的应用 利用示功图,可以把内燃机在一个完整的工作循环中汽缸内的平均指示压力、发动 机的指示功以及指示功率等重要的热力参数计算出来。在对发动机的润滑系统进行研究 的时候,示功图数据是计算发动机轴承负荷和确定发动机润滑系统中流量与压力相互关 系的重要依据。除此之外,如对示功图进行更加深一层的计算、分析和研究,还可进一 步得到多达四十多种的信息。现在,在对
12、发动机的示功图进行分析研究的时候,一般都 是结合发动机特定的工作状况而进行的。基于示功图曲线,根据六缸发动机的点火顺序 以及各曲柄之间的1 2 0 。夹角,可以确定当某一缸处于上止点的时候其它气缸的工作状 态【刀,部分研究者将示功图法应用于柴油机功率实船测试的放热分析研究之中【8 1 ,也有 研究者运用示功图分析研究内燃机在非稳定加速的工作状况下的工作性能【9 】,等等。 以下列举出了通过内燃机示功图可以获得的一些常用的信息: ( 1 ) 计算汽缸内平均指示压力和发动机指示功掣1 0 】。平均指示压力和发动机指示功率 是体现发动机整体性能的重要指标。指示功是指发动机汽缸内在一个完整的工作循环过
13、 程中所做的有用功,具体可通过对压力气缸容积图进行积分而获得。指示功与当轮工 作循环中燃料的供给量、热功的转换效率以及气缸容积的大小相关【1 1 1 。将发动机在一个 工作循环中所做的有用功除以汽缸的容积得到平均有效指示压力。发动机的平均有效指 2 广西大曹瞻页士国巴1 龟论文 发动机亩的力图不周奠9 页勇咛畚的研究 示压力越大,说明发动机气缸工作容积利用率就越高。 ( 2 ) 汽缸内最大工作压力及其所对应的曲轴转角位置。由P - V 图可以查找到汽缸内 最大工作压力及其所对应的曲轴转角。汽缸内最大工作压力的一个重要用途是计算及校 核发动机内相关零件强度,而最大工作压力所对应的曲轴转角是判断和
14、评价内燃机的燃 烧放热及时性以及偏离上止点位置情况的重要根据【1 2 1 。 ( 3 ) 由P - 巾图计算相对于曲轴转角的汽缸压力升高率1 1 3 】。最大压升率是评判发动机 工作粗暴情况的一个重要依据。 ( 4 ) 计算相对于曲轴转角的压力升高加速度。压力升高加速度的大小也是分析和判断 发动机燃烧过程激烈情况的一个重要的根据。 ( 5 ) 计算数个工作循环中发动机汽缸内最高压力、平均压力以及最低压力线的变化情 况,进而获得汽缸内的最大压差率【1 4 】。最大压差率的数值表征着发动机在燃烧过程中的 稳定性以及燃烧压力波动率。 ( 6 ) 获取内燃机处在拖动情况下的示功图,可以用其确定内燃机的
15、拖动摩擦功,最高 压缩压力以及与之相对应的曲轴转角位置。这一结果可以用来对发动机的上止点位置进 行标定。 通过上述可以知道运用示功图对内燃机的研究是非常重要的。从示功图中所获得的 相关信息是进行深入研究分析内燃机燃烧过程的重要手段【1 5 1 。总之,通过示功图,可以 定性以及定量地给出发动机在工作循环中的实际情况,获取评价发动机工作循环的相关 参数以及性能指标,进而对发动机在整个工作过程或各个不同的工作阶段进展的完善程 度做出科学合理的判断。基于这样的原因,示功图已经是人们在研究内燃机的工作过程 中一种重要的手段。对内燃机进行设计或改进以及对其进行评定,我们都必须通过其示 功图对它们进行多方
16、面的分析和判断,从而为更好的改进内燃机提供服务【1 6 1 。 1 2 示功图数据采集系统所得数据所面I 临的问题 然而,以上信息的获得都是以准确的示功图数据为基础的。如果没有有一套准确的 示功图数据,以上示功图的应用都将无从谈起。理论上示功图应是一条连续光滑的曲线, 但由于燃烧过程本身的复杂性和示功图录取过程中带来的各种随机波动,使录取的示功 图曲线不是连续变化的,常使燃烧阶段的压力曲线呈锯齿状如图1 - 2 【1 。7 1 。如果直接以这 样的数据进行发动机性能指标的计算,大多将得不到正确的结果。以下举例分析波动数 广西大国明炙士掌位裁汶 发动机示功田不同光顼豸- 专畚的研究 据对发动机相
17、关性能参数计算的影响。 图l - 2 原始不功图曲线 F i g u 托l - 2s h o w st h eo r i g i n a lc u l 、,ed i a g 舢 发动机指示功定义为发动机完成一个工作循环所得到的有用功【1 8 】。指示功的大小可 以由p y 图中闭合曲线所占的面积求得,它的理论计算公式如下 形= l p ( y ) d 矿 ( 1 - 1 ) 在实际计算时,一般是通过数值积分法计算p 、y 所包含的面积的方法来代替上述( 1 1 ) 式的如诸如( 1 2 ) 式所示的梯形公式等。 H 一1 形= 吉( p + p 川) 巧 ( 1 - 2 ) i 曲 为此,截取
18、了图1 2 中的局部数据并对其进行放大局,如图l 一3 所示。 4 发动机秀的力图不同爿巴J _ 厦方法的研究 -、 一 。 、 。 。 II l I _I _ I 图l - 3 发动机p - V 示功图局部放大 F i g u f el - 3E n 星乒n ep - V 砌i c a 七o rd i a j 尹锄m a g n i f i e d 在图1 3 中可以发现,由于测量系统引起的误差使该曲线在局部地区出现了较大的 抖动。此种情况下如果依然对数据不加修正地直接按( 1 1 ) 式或( 1 2 ) 式计算途中曲线与x 轴包围的面积,很显然,得到的发动机指示功形与其实际值将相去甚远。由
19、于抖动的随 机性,也将使得计算结果会非常的不稳定和不可靠。 发动机的平均指示压力p 。定义为: ( 1 - 3 ) 形一指示功,圪汽缸工作容积。 由于形的计算结果不正确,那么,p ,也将得不到正确的值。 最大压力升高率( ( 咖d 功一) 及其对应的曲轴转角对阐明发动机燃烧过程有着十 分重要的意义【1 9 1 。我们把图1 3 转化为与其对应的p 一9 图, 如图1 4 所示。从图1 4 可以看出,即使将其转化为,毛刺是依然存在的。注意到,在产生毛刺处的压力值是急 剧突变的,因此这些地方的升高率就很有可能掩盖示功图中实质的最大压力升高率及其 所在的曲轴转角位置。 5 堕 = 办 中其 广西大芍
20、明日n b 掌位谶踅发动机有的力图不同舅。页方法的研究 图l - 4 发动机P - 由示功图局部放大 F i g u 1 4s h o w s 雠岫e 脚m a 鲥f i e d d i 卿 最大压力所对应的曲轴转角也是研究发动机运行状态的一个重要参数,由图1 4 同 样可以发现如下问题:由于毛刺处的压力值要么急剧上升要么急剧下降,它一般都会较 大的偏离真实值及其所在的位置附近的值,当出现以下情况之一: ( 1 ) 在示功图真实最大压力值附近出现向上的毛刺。 ( 2 ) 在示功图真实最大压力值处变为向上或向下的毛刺。 那么,示功图真实最大压力值及其所在的曲轴转角位置将很有可能全部或部分被掩 盖
21、,从而得不到正确的结果。 存在各种随机波动的示功图对发动机性能参数确定的影响是危害性极大的,以上只 是简单的罗列及分析了其对部分参数的影响。在示功图数据的采集中,即使采集系统做 了大量的抗干扰措施,还是不可避免地会受到各种随机因素的冲击,致使所采集到的示 功图数据部分或大部分产生如图1 2 所示的毛刺现象。从而导致上面所分析的错误结果 的出现。因此,分析、研究各种光顺方法来对采集系统得到的数据进行后处理,以消除 毛刺,使其达到光顺,是非常必要的。 1 3 光顺方法的研究现状及发展状态 从示功图在内燃机燃烧中的作用中可以看出,一个较准确的示功图是进行内燃机的 研究工作不可缺少的【2 0 1 。发
22、动机示功图的是通过一组给定的离散点作为控制定点或插值 6 广西大学习E b 掌位沦文篡:动机勇8 叻圈不J 目舅巴J 文方法的司柏电 点来生成曲线。所以,曲线质量的好坏不仅与所用的逼近或插值方法相关,还与离散点 列的光滑和顺眼程度有着非常重要的关系【2 I 】。由于生成曲线的数据点一般都不可避免地 存在测量误差或精度误差等缺陷,所以当我们运用这些数据点进行曲线生成时应对其进 行光顺处理。 站在数学的角度,光顺是要求曲线应具有二阶连续导数、没有多余得拐点以及曲率 变化应比较均匀圈。在发动机示功图数据的处理中,原始数据曲线一般都有较为剧烈的 波动现象,为了消除这种不正常的波动,获取更贴近实际的P
23、L 面图和P V 图,我们 必须保证图、P I V 图曲线的二阶、三阶甚至更高阶导数是连续的【2 3 1 。为此,可 以通过发动机示功图的实测数据进行数值微分,求出瑚图、M 图曲线的一阶及 二阶导数。再由导数的连续与否,对P L 西图、P _ V 图进行光顺。对P L 如图、P L - v 图进行光顺的时候,有一些拐点是必须的,并且也不一定要求曲线的曲率变化要严格均 匀渊。所以,研究不同光顺方法及其特点,并能够恰当合理地将它们运用在P L 面图、 P L - v 图的光顺处理中去,对发动机的燃烧研究是非常必要的。 对光顺问题的研究大约始于6 0 年代初期,国内国外学者在光顺处理方面作了很多 工
24、作,并取得了一定的研究成果。 美国的F e 四瑚n 在1 9 6 3 年第一次以参数的失函数方法来描述曲线曲面【2 5 1 。针对曲 线曲面在连接处的缺陷问题,S c h o e n b e r g 在1 9 6 4 年运用样条函数来消除此问题瞄】。1 9 6 9 年,H o s a l 【a M 提出了曲线光顺的能量法【2 7 】。1 9 7 1 年法国的贝齐尔提出了一种通过移动 控制顶点来修改曲线形状的方法,该方法很好的解决了控制曲线整体形状的问题田】。 1 9 7 4 年,美国的戈登( G o r d o n ) 和里森费尔德( 硒e s e 疵i d ) 提出了B 样条曲线曲面。 该方
25、法吸收了贝齐尔( B e z i e r ) 方法的所有优点,并弥补了贝齐尔( B e z i e r ) 方法中存在 的一些缺陷【2 9 】。1 9 7 5 年,美国S y 啪u S e 大学的V 髂p d l l e 在他的博士论文中首次提出了 N o n - u I l i f o mr a t i o n a lB S p l i 【3 0 1 。1 9 8 3 年,确e l l 锄d e r 提出一种参数三次样条曲线以及双 参数样条曲面的局部光顺方法【3 1 1 。1 9 8 7 年,F 痂等提出了一种通过“节点消去与插入“ 对B 样条曲线光顺的方法【3 2 】。1 9 8 8 年,
26、L 础等提出了B 样条曲线曲面光顺的能量法【3 3 1 。 针对曲线的光顺,国内学者作了很多工作,也作了不少努力和贡献。 1 9 7 4 年苏步青教授提出了曲线局部选点修改法。1 9 7 5 年,齐东旭等提出曲线光顺 的数值磨光法【弘】。1 9 7 8 年,董光昌提出了基于三次样条插值函数的曲线回弹光顺法【3 卯。 等等。 综上所述,可以看出国内外许多专家学者在光顺方面已经做出了巨大的努力。如果 7 发霉,L 方的力圈习U 嗣爿。殴劣咛基的研究 将光顺方法有针对性的选择或修改并应用于发动机的示功图的光顺处理上,将会对示功 图的准确性做出良好的效果。 1 4 研究目标及主要内容 研究的目标是通过
27、示功图测量系统获取所需的测量数据,并将圆率法、磨光法、回 弹法等光顺方法应用于发动机的示功图上,使所得示功图既能定性,也能定量地准确显 示出工作循环的实际情况,并根据示功图所提供的信息可以对内燃机的燃烧过程进行正 确的判断以及对不同光顺方法进行效果分析。 研究的主要内容: 1 ) 介绍课题的研究背景及意义。 2 ) 阐述了示功图的概念及用途以及光顺方法的研究现状。 3 ) 说明了光顺准则以及详细阐述了圆率法、磨光法、回弹法等光顺方法的工作原 理。 4 ) 介绍了发动机示功图测量系统硬件设计及软件设计。 5 ) 获取了发动机示功图实测数据。 6 ) 把圆率法、磨光法、回弹法等光顺方法应用于发动机
28、的示功图上,并将其结果 进行效果分析。 1 5 小结 通过示功图的含义以及在内燃机研究中的应用,说明了光顺方法在示功图研究过程 中的必要性及现实意义。其次概述了光顺方法的研究现状及存在问题。最后简单介绍了 一下研究目标及主要工作。 8 广西大学硕士掌位论文戋动机示功田不周舅巴J 页方法的研究 第二章曲线的基本理论及曲线光顺性研究 曲线光顺与否或光顺的程度如何,从直观的角度上看,可得到一个大致的光顺性映 像。而如若从曲线的曲率、连续性等相关参数角度出发,则可以从数值上对曲线的的光 顺性状态做一个定量的判断,它们是曲线内在特性的象征【3 6 】。因此,曲线的这些参数, 是我们研究曲线性质的依据,也
29、是我们对曲线进行光顺的依据。所以,在研究针对曲线 的光顺方法之前,有必要对曲线的相关概念、参数及其性质等做一个认真的理解,这样, 对曲线的光顺处理时才会有根有据,找到其内在的规律性,从而做到对其存在的问题能 够对症下药,获取成功7 1 。为此,将对曲线的相关基础知识做一个简单的梳理,然后对 曲线光顺的概念及标准做一分析和总结。 2 1 曲线的相关知识 2 1 1 曲线的参数表示 在平面解析几何中,将平面曲线上的任意一点P 的x 、y 坐标分别用一个参数u 来表 示,即x = x ) ,y = y ( “) 。此时,平面曲线就可由式( 2 一1 ) 表示。 p ( 甜产b ,y 】= 【戈( 甜
30、) y ( “) 】( 2 1 ) 由式( 2 1 ) 可以看出,曲线上每个点坐标的分量都是以变量u 为参数的标量函数。这 种表示法相对于直角坐标系下曲线的分量表示,如图2 1 【3 引。 y 图2 - l 曲线上一点p 表示为参数u 的矢函数 F i g u r e 2 一lP 0 i n tp 伽m ec u r 、他t h a tt h eV c c t o rn m c t i o n0 f n l ep a m m c t 盱u p(zf)2x(甜)i。吵(材)j(2-2) 其中,i 和j 分别是横坐标及纵坐标正方向的单位矢量。在研究分析的过程中,为方便起 9 广蕾k 弋罾明炙士国q
31、 立论文生动机示功田不月光顺方法的研究 见,可将( 2 2 ) 式简写成如下 p 2 p ( “) ( 2 3 ) 2 1 2 曲线的切矢 通过上一小节我们知道,当曲线用参数表示之后,则在曲线上的点都是参数u 的函 数【3 8 1 。根据参数函数的求导法则,可以知道,曲线 p(“)=【x)y(“)】(2_4) 的导数表示为 争”垩:【掣掣】 ( 2 5 ) 口甜口“口” 仿照一元函数导数的定义,曲线在材= 一阶导矢定义为 啦。声舰监掣 ( 2 - 6 ) 由( 2 - 6 ) 可以知道,当式中的“趋近于O 的时候,那么尸( 材。+ 甜) 一P ( ) 就趋于 P 似。) ,从而曲线在P ( )
32、 点处切线方向的矢量就可用P ( + u ) 一P ( ) 来进行表示3 引。 这里,也将曲线的一阶导矢p ( ) 被称为曲线在材= 处的切矢。参照函数高阶导数的求 取方法,参数曲线在“= 处的高阶导矢也可求出【3 9 1 。图2 2 给出了参数曲线上的一点p 在切矢以及二阶导矢【3 8 1 。 图2 - 2 曲线上一点p ( u ) 的切矢p ( “) 与二阶导矢p ) F 1 9 呲2 - 2 m 。n 也ec u e p ( u ) 恤锄g e n t v e 咖rp ( 甜) 砌曲僦伽d d 喇伽1 w 烈“) 2 1 3 曲线的凹凸性及其拐点 观察图2 3 ( a ) ,弧彳B 是一
33、条向上凹的曲线弧,如果在曲线上任意取两点,则连接 这两点的弦总位于这两点间的曲线弧上方;而图2 3 ( b ) 中的曲线弧则正好相反,弧彳B 是 向上凸的,连接曲线上任意两点的弦总位于对应的曲线弧下方删。因此,可以用连接曲 l O 广西大掌硕士掌位论文 发动机示功田不周光顺方法的研究 线上任意两点的弦的中点与曲线上相应点( 即具有相同横坐标的点) 的位置关系来定义 曲线的凹凸性【4 1 1 。 当函数厂( x ) 在区间,上连续时,若对,上任意两点毛,x :,恒有 “半) 掣, , 则称厂( x ) 在区间,上的图形是凸的。 D 工l 兰三2毛 xD 2 而 五互工2 2 ( a ) ( b
34、) 图2 - 3 曲线凹凸性判断简图 F i g u 托2 - 3J u d g e m e n tc o n v e x c u r v ed i 聊 从另一个角度来观察凹曲线和凸曲线,它们又有如下的特征M 1 】:如果曲线处处有切 线的话,凹曲线上各点处的切线均在曲线下方,而且切线的斜率随x 增大而增大。换句 话说,凹曲线对应的函数( x ) 的导数厂( x ) 是x 的单调增函数旧。因此,如果厂( x ) 二阶 可导,则有厂( x ) 0 ( 或在某点有厂。( x 。) = O ) 。对于凸曲线则正好相反。于是我们 就可以利用二阶导数的符号来判定曲线的凹凸性【4 3 】: 若函数厂( x
35、 ) 在【口,6 】上连续,在( 口,6 ) 内二阶可导,那么 ( 1 ) 若在( 口,6 ) 内厂。O ) 0 ,则( x ) 在,6 】上的图形是凹的: ( 2 ) 若在( 口,6 ) 内厂。( x ) o ) ,总可以找到6 p o ) ,使得对于适合不等式卜一I 1 0 1 3 Q 传感器绝缘阻抗2 0 0 摄氏度 1 0 1 1 Q 重量 1 3 0g 图4 4 汽缸压力传感器实物图 F i g u 佗4 - 4c y l i n d e rp 他s s u r e 跎n s o rp 1 1 y s i c a lm 印 由于6 1 1 7 B 压力传感器是一种压电式传感器,其输出
36、的是微弱的电荷信号,该信号 是不能被采集卡直接读取的。因此,在测试中,系统选用了Y E 5 8 5 0 A 型电荷放大器对 压力传感器的信号进行放大处理。 在系统采集过程中,电荷放大器的功能是把压力传感器的电荷信号转化为电压信号 并将该电压信号放大特定的倍数使其达到采集卡所允许的电压范围以供采集卡读取( 在 本系统中将将传感器的电荷信号转换为在1 0 矿电压范围的等效信号) 。表4 3 列举了 3 7 发动机青S 叻图不周舅巴J 殴方法的研究 Y E 5 8 5 0 A 型电荷放大器的主要性能参数。图4 5 是该电荷放大器的实物图。 表4 _ 3Y E 5 8 5 0 A 型的电荷放大器性能参
37、数表 T a b l e4 3Y E 5 8 5 0 A 帅eo fc h a 唱e 帅p l i f i 盯p e _ r f 0 咖锄c ep 舢e t e r st a b l e 输入范围 电压:士1 0 V P ( 最大) ;电荷:士1 0 6 p C ( 最大) 直流等效电阻约1 0 1 4 Q 输出电压:士1 0 V P 士1 0 0 n 认( D C 3 0 k H z 最大) 负载阻抗 1 0 0 Q 噪声圭3 0 ( 最大增益档折合至输入端) 分档O 0 1 ;0 1 ;1 ;1 0 ;1 0 0 ;1 0 0 0 m V 榔( 源电容1 F 时) 精度垒1 温度工作温度:
38、0 - 4 0 ;:存储温度:5 5 _ 8 5 ; 湿度 9 5 R H 最大 供电电源直流:士1 8 _ 士2 7 V 3 0 0 I n A ;交流:A C 2 2 0 V 士1 0 5 0 H z ,O 1 A 图4 5Y E 5 8 5 0 A 型电荷放大器 F i g u I 4 - 5Y E 5 8 5 0 At y p eo fc h a r 弩e 锄p l i f i e r 发动机示功图不周爿巴| 甄劣咛基的研究 1 压力传感器信号输出导线,2 发动机气缸盖,3 压力传感器 1 - p 陀骚u 他s e I l s o rs i 印a lo l F t p u tw i 陀
39、,2 - e r l g i I l ec y l i n d e rh e a d ,3 - p r e s s u r e r l s 甜 图拍压力传感器安装图 , F i g u 陀4 _ 6p r e s s u 托湖s o ri n S t a l l a 土i o nd i 碰乒锄 4 1 3 隔离电路设计 信号隔离应用主要是为了两个目的:一是为了安全目的把传感器的信号与计算机之 间在电气上分离开来。二是使用隔离式信号调理电路来消除接地回路对信号的影响,以 保证信号能够被准确地采集到。因此,本系统对压力信号、曲轴位置传感器信号及上止 点信号都进行了必要的光电隔离,具体细节分别如下。
40、 4 1 3 1 压力信号隔离电路设计 压力传感器的电荷信号经电荷放大器处理后,输出的是模拟电压信号,对该电压信 号的隔离,电路中采用A v a g o 公司的高线性光电耦合器H C N I 匕0 1 为主芯片,配合 O P 0 7 C P 运算放大器组合成如图4 7 所示的隔离电路。 3 9 广西j “妇曩士掌位论文发动机示功田不同光顺方法的研究 图4 - 7 压力传感器信号隔离电路 F i g u 他4 - 7S i 黟l a li s o l a t i o nc i r c u i tp r 骼s u 坞n r 。 在图4 7 隔离电路中,芯片H 帆0 1 中的P D l 形成负反馈。
41、当在信号输入端有电 压K 输入时,图中的运算放大器M 。的输出使L E D 上产生,厂的电流,并且电流,的变化 是与输入电压K 同步的,其值同时也反映了输入电压K 的大小。J ,使发光二极管L E D 发光从而将输入电压信号形转变成了光信号。P D l 将接收到来自于L E D 发出的光于是 并产生光电流。与此同时,输入信号K 也会使尺。有电流流过。如果电路中的运算放 大器都是理想的,那么运算放大器的输入端就没有电流流入,则经过冠的电流将全部经 由P D l 然后到地,所以有 k 。= 杉置( 4 - 1 ) 在芯片H C N l 也0 1 中,两个光敏二极管P D l 和P D 2 是完全一
42、样的,在工作过程中, 它们将同时接收到来自L E D 发出的光,因此在理想的状况下,电流,P D 与电流,P D :应该 是相同的。实际中,电流。与电流,加:满足 IP 吼= K I P D 2媳国 其中的K 大概在l 士5 以内,且该值在芯片制作完成后随之确定。 在电路右侧的运算放大器M :以及电阻R :把,肋:转变成输出电压圪,并且有 圪= 2 R 2( 4 - 3 ) 联立( 4 1 ) 、( 4 2 ) 、( 4 3 ) ,可以得到 广西大肖明页士肖坼止论文戋动机示功圈不周光顺方法的研究 圪= K K R 2 墨 ( 4 _ 4 ) 通过( 4 4 ) 可以发现,输出信号圪与输入信号K
43、 具有稳定性及线性关系,输入输出的 放大倍数可由不同的R 。与R :的阻值比值来实现。在本数据采集系统中,我们采取的尺。和 见的阻值是相等的,因此可以认为,输入与输出电压值基本保持一致( 因系数K 对此 会有一定的影响) 。因而,图4 7 所示电路能够完成实现模拟信号输入与输出的电气隔 离任务。 4 1 3 2 曲轴位置传感器隔离电路设计 曲轴位置传感器发出两路脉冲信号,它们都属于数字信号,数字信号隔离较模拟信 号容易实现,我们采用高速光耦6 N 1 3 7 进行隔离,电路设计如图4 8 。 ,、,F 一 V -:c l5 V I 1 一 - 一一L R fr 9l1n I L E D l 7 广一 二Y 吃翟 。L - J 匕_ -_ J 1厂q L _ - L E D 2 广) El 3 七 _呔 oI 7 丰 一 E ) l I 一 - L ,N r 、, 6 N 1 3 7 图4 - 8 曲轴位置传感器隔离电路 F i g u 豫4 - 8I l a t i o nc 瑚1 l ( s h mp o s i t i o ns e n S o rc 眈u i t 在图4 8 所示的电路中,我们让曲轴位
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