基于锁相环的柴油机转速检测
基于锁相环的柴油机转速检测 2011: 摘 要:介绍了内燃机车干阻试验中一种柴油机转速检测的新方法。该方法的转速信号取自与柴油机同轴相连的发电机,并采用锁相环技术实现信号的倍频。实际运用证明,该检测方法易于操作,测速准确、稳定,精度高,完全满足生产要求。
关键词:柴油机转速 倍频 锁相
中图分类号:TK427 文献标识码:A 文章编号:1006-7973(2006)08-0153-02
一、引言
内燃机车干阻试验的目的是检查机车总组装或修理后机组安装的准确性,并对他们进行磨合;调整柴油机-发电机组的功率;确保内燃机车各部件安装正确,动作可靠,运行安全。其中柴油机的转速是非常重要的一个检测参数。干阻试验中柴油机转速的测量要求准确、易于操作。目前测量转速的方法很多,但大多数方法都要求在被测设备上安装辅助传感元件,甚至涉及到被测设备上现有装置的拆装,这极大地增加了试验人员的劳动强度,延长了试验时间;另外,某些传感元件的机械性能和光电性能并不适合于内燃机车试验现场恶劣的工作环境(如机械振动,强电磁干扰等)。因此,我们研究提出一种新的柴油机转速检测方法。
二、检测系统简介
1.检测系统原理
我国生产的内燃机车柴油机—发电机组中发电机多为三相交流发电机,以DF4型内燃机车为例,柴油机曲轴与TQFR-3000型发电机通过弹性联轴器相连(同步旋转),它有9对磁极。若柴油机旋转1周,发电机定子绕组一相将输出9个按正弦规律变化的周波。因此,按照柴油机旋转1周发电机一相产生固定数量正弦波的规律,我们把发电机作为测速机,任选一相将其输出波形处理成对应的脉冲信号,然后对脉冲进行精确计数,就可以得到对应的转速。
在本检测系统中,直接从机车主整流柜交流母排上采集电信号,此信号经过限幅、滤波、稳压后,送给过零比较器以产生同频率的脉冲信号,该脉冲信号经史密特触发器整形后进入倍频电路,倍频后的信号送入到信号后处理电路以进行信号放大和提高驱动,最后由PLC计数送入工控机。整个测量系统原理如图1所示。
图1 检测系统原理框图
2.信号的前端处理电路
从发电机交流母线上采集到的信号电压比较高,(900V左右),且存在着高频干扰信号,不宜直接进行检测,需要进行前端处理,前端处理电路如图2所示,首先输入的信号通过R1、R2进行分压,使其变为低压信号,再通过R3、C1组成的低压滤波电路滤去高频干扰信号,过滤后的信号通过D1、D2组成的限幅电路,信号被两个反向并联的二极管钳位于0.7V左右,为了进一步提高被测信号的品质,钳位后的信号再次进行低通滤波,滤波后的信号送入过零比较器,在过零比较器的输出端得到的信号是方波信号,为了减小干扰,此信号通过光耦和后边的倍频电路隔离,在信号进行倍频之前通过史密特触发器进行整形,以得到更为标准的方波信号。
图2 信号前端处理电路
3.倍频电路
本检测方法的关键环节是利用数字锁相环4046加法计数器4518组成倍频电路,极大的提高了检测精度。当柴油机的工作转速为400-1000r/min时,它所对应的频率仅为6.67-16.67Hz,从母线上采样的一相信号为60-150Hz。显然这样低的频率使测量的精度不够(祥见误差分析),尤其是柴油机在低速运转时,精度很低。因此必须对转速信号进行倍频。
数字锁相环4046能够完成两个电信号相位同步的自动控制。它由相位比较器、压控振荡器、低通滤波器三部分组成。在4046中压控振荡器的输出接至相位比较器的一个输入端,其输出频率的高低由低通滤波器上建立起来的平均电压大小决定。施加于相位比较器另一个输入端的外部输入信号与来自压控振荡器的输出信号相比较,比较结果产生的误差输出电压正比于外部输入信号和压控振荡器的输出信号两个信号的相位差,经过低通滤波器滤除高频分量后,得到一个平均值电压。这个平均值电压朝着减小压控振荡器输出频率和输入频率之差的方向变化,直至压控振荡器输出频率和输入信号频率获得一致。这时两个信号的频率相同,两相位差保持恒定(即同步)称作相位锁定。
图3是利用数字锁相环4046与BCD加法计数器4518构成的50倍频电路。图3中,经传感器采集并预处理过的信号从信号输入端(14管脚)输入,压控振荡器的输出信号(4管脚)经4518分频后反馈至比较信号输入端(3管脚),鉴相后的信号从相位比
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