内燃机研究与制造行业层出不穷的新技术在逐渐满足了低能耗、低排放目标的同时,也对内燃机结构可靠性设计和振动噪声控制提出了更高的要求,其中曲轴轴系的扭转振动问题尤为突出。而在销售市场日益注重NVH(Noise,Vibration and Harshness)标准的今天,追求扭振理论的进一步完善,寻求新的扭振解决方法势在必行。高精度高可信度的扭振测试仪器是完成这一目标的基础和有效工具。基于此,本文结合现有传感器技术、单片机开发以及信号处理技术,充分利用微机的高效处理能力,采用硬件高频计数测时原理,开发研制了内燃机曲轴轴系高精度扭振数字化测试系统。 本文研制的扭振数字化测试系统由硬件和软件两部分组成。硬件包括信号齿轮、传感器和采集卡,主要实现携带扭振信息的信号产生、拾取、滤波、调理整形、传输和对方波脉冲进行占空比计数等功能。硬件合理选型或设计是提高测试系统精度和工作可靠性的基础和保障。对其研制的宗旨为:提高各元件的抗干扰能力,使最终的时间序列尽量少地携带干扰信息。为此进行了如下优化工作:确定信号齿轮合理的齿数范围:选用带信号调理功能的磁电传感器;在采集卡设计中,选用数字温控高频晶振器、高速处理器MCU和带有大容量缓冲区的锁存器,采用USB接口与微机通讯,并且通过工作流程的合理设计,使对多周期轮齿脉冲进行占空比计数的锁存独立于MCU的时序。 软件主要实现的功能为:读取采集卡缓冲区中的时间序列,并对时间序列进行各种变换处理,实现瞬时转速测量及其波形显示、数字信号中畸点处理和数字滤波、扭振角振幅的计算及各稳态转速下扭振时域波形的绘制、频谱分析及频谱图绘制、各谐次幅值提取及扭振幅频特性曲线拟合、实验报告编辑打印等功能。软件研发的宗旨为:各种变换处理的科学性和高精度性;执行速度的高效性;软件使用的方便性;功能的可扩充性和软件维护的便利性。为此进行了如下优化工作:采用C++语言在VC++6.O编译环境下进行模块化设计;接合硬件特点进行了畸点处理算法的研究;对某些精度影响因素采用数字算法进行了抑制;在频谱分析和各谐次幅值提取中,利用较先进的算法进行了幅值校正;实现了软件与Microsoft Word2003的数据通讯;制作了chm格式的帮助文件。 系统开发过程中,利用自制的简易试验台,对系统的信号感应、传输、采集、分析处理等功能进行了初步检验。系统集成后,在发动机实验台架上进行了试验,结果证明本次开发的系统基本达到了预期的要求。