設計和運用發動機低頻振動信號采集系統

摘要:介紹了針對康明斯6BT5.9 型柴油發動機機體側壁產生的低頻振動信號的數據采集系統,該系統綜合運用了RS232 串行通信技術、單片機技術以及數據采集技術,整個設計由振動傳感器、數據采集板、PC 機應用程序3 部分組成。實驗表明該系統具有穩定、可靠、實時、性價比高等優點。

　　1 引言

　　柴油機是往復運動機械,其激振力主要來源于活塞－曲柄機構周期性運動時產生的慣性力,以及氣缸內氣體燃燒產生的周期性氣壓力。將傳感器垂直安裝在氣缸體與曲軸箱的連鑄體側壁采集的機體低頻段振動信號直接反映了柴油機工作中振動激勵源的信息。因此,采用發動機低頻振動采集系統進行故障測試診斷方面的研究對盡早發現并排除故障隱患、防止事故發生、提高柴油機的經濟性有著重要的現實意義。目前,通過PC 機的RS232 串行接口與外部設備進行通訊,是許多測控系統中常用的一種通信解決方案,但當其以查詢方式接收數據時,用戶只能等候在計算機當前界面而不能進行其它操做, 直到數據接收完畢。本系統運用VS .2008.C# 線程管理功能決了這一問題,改善了人機交互環境, 優化了系統性能。

　　2 系統簡介

　　發動機低頻振動信號采集系統由3 部分組成:振動傳感器、數據采集板、PC 機應用程序,整個系統結構如圖1 所示。應用北京通磁偉業傳感技術有限公司生產的ZD24(DC5V)型振動傳感器將EQ6BT5.9 型柴油發動機機體表面的機械振動轉變成0~5V 模擬電信號。數據采集板利用AT8 9 S5 1 微控制器以采樣頻率1 . 6 kHz 驅動ADC0832 完成A/D 變換并將數據經美信公司的RS223接口芯片MAX232 傳輸給PC 機。PC 機上的應用程序通過C#2008.NET 3.5 框架下的線程類和SerialPort 類很好地實現了PC 機與數據采集板之間的實時數據通信并將采集到的振動數據保存為txt 文本文件供MATLAB生成的COM 組件對其進行FFT 分析與顯示。

圖1 柴油發動機低頻振動信號采集系統結構圖。

　　3 系統硬件設計

圖2 數據采集板框圖。

　　圖2 是數據采集板框圖,該板主要由單片機AT89S51、A/D轉換器ADC0832、電源模塊DC/DC 等組。數據采集板采用RS232 串口方式與外界通信,其原理圖如圖3。

圖3 數據采集板原理圖。