УСТРОЙСТВО ДЛЯ АКУСТИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ ДВИГАТЕЛЕЙ Российский патент 2018 года по МПК G01M15/02 G01M15/05 

Изобретение относится к акустической диагностике двигателей и может быть использовано для контроля технического состояния двигателей внутреннего сгорания.

Известны устройства для виброакустической диагностики двигателей, в которых контроль технического состояния двигателей производится посредством измерения с помощью виброизмерительного преобразователя уровня акустического шума, создаваемого двигателем, и сравнение измеренного уровня с контрольным уровнем, определенным экспериментально на аналогичных двигателях, находящихся в исправном техническом состоянии [1] (А.С. №266306 от 04.09.67 г.).

Недостатком таких устройств является необходимость производить измерения на оборотах, заданных с большой точностью, так как уровень акустического шума в большой степени зависит от скорости соударения кинематически связанных деталей двигателя, то есть от числа оборотов.

Наиболее близким по технической сути к изобретению является устройство для виброакустической диагностики двигателей, содержащее цепь измерения, в которую входит последовательно соединенные виброизмерительный преобразователь, блок коррекции в виде усилителя, с управляемым коэффициентом передачи и измерительный прибор, и цепь коррекции, состоящей из датчика оборотов, подключенного к управляющему входу усилителя, через преобразователь частота-аналог. [2](А.С. №714207, от 05.02.1980 г.).

При наличии датчика оборотов и преобразователя частота-аналог можно учесть влияние флуктуаций оборотов двигателя на уровень акустического шума и учесть через цепь коррекции.

Однако измерительный прибор не дает точного ответа, какой узел или элемент двигателя внутреннего сгорания вышел из строя, он только позволяет определить отклонения от исходного состояния, но не выявляет причину данного отклонения.

Цель изобретения - упрощение процесса диагностики двигателя и повышение ее точности с указанием причины поломки и указанием узла или элемента, приведшего к ухудшению работы двигателя.

Поставленная цель достигается тем, что в качестве основного информационного параметра берется не вибрация корпуса двигателя, а акустический сигнал, генерируемый двигателем. Акустический сигнал, генерируемый двигателем внутреннего сгорания, попадает на датчик акустических сигналов, выполненный в виде мембраны, и приводит ее к колебательному процессу по закону внешнего источника акустических колебаний.

Изобретение иллюстрируется фиг. 1, на которой изображена блок-схема устройства. Устройство содержит лазер поз. 1, фокусирующую линзу поз. 2, коллиматор поз. 3, голограмму поз. 4, мембрану поз. 5, фото детектор поз. 6, усилитель поз. 7, компьютер поз. 8.

Устройство работает следующим образом.

Оптическое излучение, генерируемое лазером поз. 1 проходит, через фокусирующую линзу поз. 2, сквозь голограмму поз. 4 и попадает на зеркальную мембрану поз.5, отражаясь от мембраны, проходит через голограмму поз. 4. При прохождении оптического излучения после фокусирующей линзы поз. 2 через голограмму, часть излучения проходит на зеркальную мембрану, а часть излучения дифрагирует на голограмме под углом α. В плоскости фотодетектора образуется интерференционная картина (в виде колец Ньютона), которая регистрируется фотодетектором поз. 6, электрический сигнал с фотодетектора поз. 6 через усилитель сигналов поз.7 поступает в память компьютера поз.8. для дальнейшей обработки.

Запись голограммы происходит на той же установке, только на этапе записи вводится дополнительно линза поз. 3, которая с линзой поз. 2 образует коллиматор и формирует плоскую волну, которая поступает на фотопластинку (голограмму), второй луч для формирования голографического изображения, поступает от зеркальной мембраны под углом α. На фотопластинке формируется голографическое изображение плоской волны. После проявки и сушки фотопластинки, сформированная голограмма устанавливается в прежнее место. При освещении голограммы лазерным лучом, часть излучения дифрагирует на голограмме и распространяется под углом записи α. Часть излучения проходит сквозь голограмму и отражается от зеркальной мембраны под углом α. Между дифрагированным излучением от голограммы и лучом, отраженным от зеркальной мембраны происходит когерентное сложение, которое образует интерференционную картину, характеризующее отклонения от двух фронтов волны.

При воздействии на мембрану акустического сигнала, мембрана начинает колебаться по закону внешнего акустического воздействия. Лазерный луч, модулируется мембраной по фазе, проходя через голограмму, фазовая модуляция трансформируется в амплитудную в виде бегущей интерференционной картины, то есть фазовая модуляция преобразовывается в амплитудную модуляцию, которая регистрируется фотодетектором и преобразует амплитудно-модулированный световой сигнал в электрический сигнал с амплитудной модуляцией.

Использование программного обеспечения WEB LAB на компьютере, позволяет автоматизировать процесс интегральной оценки спектра акустического сигнала:

фиг. 2 - спектр акустического сигнала работы бензинового двигателя внутреннего сгорания при исправном двигателе;

фиг. 3 - спектр акустического сигнала работы бензинового двигателя внутреннего сгорания при неисправном 2 цилиндре;

фиг. 4 - спектр акустического сигнала работы бензинового двигателя внутреннего сгорания при нерабочей катушке зажигания, цилиндры 1 и 4 отключены;

фиг. 5 - спектр акустического сигнала работы бензинового двигателя внутреннего сгорания при некорректной топливной смеси;

фиг. 6 - спектр акустического сигнала работы бензинового двигателя внутреннего сгорания при нерабочем датчике давления воздуха.

Как следует из спектральных образов, каждый спектральный образ имеет свой идентификационный образ, который может быть однозначно отнесен к конкретной форме неисправностей в двигателе внутреннего сгорания.

Предлагаемое устройство успешно работает и при диагностике дизельных двигателей.

фиг. 7 - спектр акустического сигнала исправного дизельного двигателя;

фиг. 8 - спектр акустического сигнала неисправного дизельного двигателя (форсунки 3 и 4 отключены);

фиг. 9 – спектр акустического сигнала неисправного дизельного двигателя (не работает второй цилиндр).

При переводе акустических образов сигнала в программу распознавания образов и наличии в памяти архитектуры образов можно за считанные секунды провести диагностику двигателя внутреннего сгорания и определить степень его работоспособности и уточнить причину неисправности и оценить работоспособность узлов и деталей двигателя.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. А.С. №266306 от 04.09.1967 г.

2. А.С. №714207 от 05.02.1980 г.

Изобретение относится к области технических средств диагностирования двигателей внутреннего сгорания по акустическим сигналам и предназначено для упрощения процесса диагностики, повышения ее точности с указанием причины поломки, а также указанием узла или элемента, приведшего к ухудшению работы двигателя. Решение поставленной задачи достигается тем, что устройство содержит последовательно установленные лазер, фокусирующую линзу, голограмму, наклонную зеркальную мембрану под углом α к голограмме, фотодетектор, соединенный электрическим кабелем через усилитель электрических сигналов с входом компьютера, где в качестве основного информационного параметра берется акустический сигнал, генерируемый двигателем. Акустический сигнал, генерируемый двигателем внутреннего сгорания, попадает на датчик акустических сигналов, выполненный в виде мембраны, и приводит ее к колебательному процессу по закону внешнего источника акустических колебаний. Лазерный луч модулируется мембраной по фазе, проходя через голограмму, фазовая модуляция преобразовывается в амплитудную модуляцию, которая регистрируется фотодетектором и преобразует амплитудно-модулированный световой сигнал в электрический сигнал с амплитудной модуляцией. Использование программного обеспечения обработки акустических сигналов на компьютере позволяет автоматизировать процесс интегральной оценки спектра акустического сигнала и автоматизировать процесс диагностики двигателей. Техническим результатом является сокращение времени, необходимого на диагностику двигателя. 9 ил.

Устройство для акустической диагностики двигателей, содержащее преобразователь акустических сигналов, усилитель электрических сигналов, отличающееся тем, что с целью упрощения процесса диагностики и повышения ее точности с указанием причины поломки, а также указанием узла или элемента, приведшего к ухудшению работы двигателя, устройство содержит последовательно установленные лазер, фокусирующую линзу, голограмму, наклонную зеркальную мембрану под углом α к голограмме, фотодетектор, соединенный электрическим кабелем через усилитель электрических сигналов с входом компьютера, принимаемые сигналы обрабатываются и отображаются в виде интегральных спектров, лежащие в основе принятия решения о исправности или не исправности двигателя.