Устройство для определения технического состояния механизмов циклического действия Советский патент 1991 года по МПК G01M15/00 

Изобретение относится к технической диагностике и может быть использовано для определения технического состояния механизмов циклического действия, в частности в системах диагностики двигателей внутреннего сгорания.

Целью изобретения является повышение эффективности устройства в работе путем увеличения производительности, достоверности контроля, функциональных возможностей и коэффициента использования оборудования.

На фиг. 1 изображена структурно-функциональная схема устройства; на фиг. 2.- структурно-функциональная схема селектора интервалов; на фиг. 3 - временная диаграмма формирования сигналов селекции.

Устройство содержит датчик 1 параметра, датчик 2 углового положения, фильтр 3, схему И 4, задатчик 5 циклов, счетчик 6 адреса, селектор 7 интервалов, регистр 8 адреса, формирователь 9 импульсов, синхронизатор 10, регистр 11 кода, блок 12 оперативной памяти и сумматор 13.

Датчик 1 параметра через фильтр 3 подключен к информационному входу формирователя 9 импульсов, первый выход датчика 2 углового положения подсоединен к входу синхронизации формирователя 9 импульсов и первому входу схемы И 4, а второй выход датчика 2 углового положения - к входу задатчика 5 циклов, первый выход которого связан с вторым входом схемы И 4. Задзтчик 5 циклов снабжен шиной пуска, второй выход задатчика 5 соединен с

О 00

о со

U)

Jb

входами сброса селектора 7 интервалов и счетчика б адреса, Счетный вход счетчика 8 адреса связан с вторым выходом селектора 7 интервалов, счетный вход которого подключен к выходу схемы И 4, а первый выход селектора - к входу блокировки формирователя 9 импульсов. Выход формирователя 9 импульсов соединен с входом синхронизатора 10, первый и третий выходы которого связаны соответственно с входами синхронизации регистра 11 кода и регистра 8 адреса, а второй выход-с управляющим входом блока 12 оперативной памяти. Информационные входы регистров 8 и 11 адреса и кода подключены соответственно к выходам счетчика 6 адреса и сумматора 13, а выходы регистров 8 и 11 - соответственно к адресному и информационному входам блока 12 оперативной памяти, выход последнего связан с входом сумматора ,13,

Селектор 7 интервалов содержит коммутатор 14, счетчик 15 интервалов, триггер 16, одновибратор 17, счетчик 18 кодов и первый и второй элементы ИЛИ 19 и 20.

Первый вход коммутатора 14 и информационные входы счетчика 15 интервалов и счетчика 18 кодов являются установочными, счетный вход счетчика 15 интервалов и второй вход коммутатор. 14 совмещены со счетным входом селектора 7 интервалов, Первые входы элементов ИЛИ 19 и 20 и вход записи счетчика 1В кодов совмещены с входом сброса селектора 7 интервалов. Тактовый вход триггера 16 соединен с выходом счетчика 15 интервале, Вход сброса триггера 16 подключен к выходу элемента ИЛИ 20, второй вход которого спязан с выходом счетчика 18 кодов. Выход триггера 16 соединен с третьим входом коммутатора 14, счетным входом счетчика 18 кодов и через одновибратор 17 - с вторым входом элемента ИЛИ 19. Первый -л второй выходы коммутатора являются первым и вторым выходами селектора 7 интервалов.

Основные функции осуществляются в виде трех взаимодействующих структур. Совокупность датчика 1 параметра и фильтра 3 представляет собой канал рабочего исследуемого процесса. Канап угловых координат или фазы периодического процесса (в зависимости от применения устройства) состоит из датчика 2 углового положения, схемы И 4, селектора 7 интервалов, задатчика 5 циклов и счетчика 6 адреса. В канал регистрации диагностических аэрометров входят формирователь 9 импульсов, синхронизатор 10, регистр 11 кода, блок 12 оперативной памяти, сумматор 13 и регистр 8 адреса.

Устройство работает следующим образом.

В канале рабочего процесса вырабатывается аналоговый или цифровой импульсный сигнал, адекватно отображающий исследуемый процесс. Канал угловых координат вырабатывает абсолютные или интервальные (относительные) значения угловых координат рабочего процесса в заданном угловом интервале. Канал регистрации диагностических параметров

0 инициируется по заданному диагностическому признаку и накапливает статистическую информацию.

Перед началом измерений в соответствии с программой статистического экспери5 мента производится начальная установка параметров селектора 7 интервалов, задатчика 5 циклов, записываются логические О по всем адресам блока 12 оперативной памяти, выбирается функция анализа (диагно0 стический признак) рабочего процесса в формирователе 9 импульсов, Данная начальная установка осуществляется как вручную путем набора кодов задания, так и автоматически от внешнего устройства, на5 примерло шине данных от ЭВМ ил и другого управляющего устройства.

С выхода датчика 1 параметра сигнал проходит через фильтр 3 и поступает на информационный вход формирователя 9

0 импульсов. Фильтр 3 ограничивает рабочую полосу частот в заданных пределах, за счет чего исключаются ложные срабатывания и улучшается стабильность работы формирователя 9 импульсов. Датчик 2 углового поло5 жения вырабатывает на первом выходе последовательность прямоугольных импульсов fC4 по приращению в соответствии с поворотом вала механизма. Число этих импульсов за один полный обор г выби0 рается в зависимости от необходимой разрешающей способности по углу для данного статистического эксперимента. На втором выходе датчика 2 углового положения формируется один импульсный сигнал оборот5 ной метки f0 за один полный оборот вала, его длительность равна длительности одного импульса указанной последовательности fC4. Сигнал to подается на вход задзтчика 5 циклов и осуществляет циклическую синх0 ронизацию работы устройства. С первого выхода датчика 2 углового положения последовательность импульса fc4 поступает на первый вход схемы И 4 и вход синхронизации формирователя 9 импульсов. В задатчик

5 5 циклов начал ьной установкой загружается код, соответствующий объему статистической выборки, после чего на первом выходе задатчика 5 циклов, который соединен с вторым входом схемы И 4, устанавливается потенциал 1, разрешающий прохождение

через схему И 4 сигналов fC4 на счетный вход селектора 7 интервалов. Сигнал f0 осуществляет в задатчике 5 циклов отсчет циклов анализа. На втором выходе задатчика 5 циклов вырабатывается сигнал f0 оборотной метки, который подается на входы сброса селектора 7 интервалов и счетчика 6 адреса. Сигналы на первом и втором выходах задатчика 5 циклов реализуются до тех пор, пока в него не поступит число импульсов f0, COOT- ветствующее коду начальной установки числа циклов анализа. Функция селектора 7 интервалов заключается в том, что на его первом выходе формируется стробирую- щий цифровой сигнал селекции г в соответ- ствии с кодом начальной установки по углу поворота вала. Сигнал т поступает на вход блокировки формирователя 9 импульсов и на время его действия разрешает анализ сигнала рабочего процесса в последнем.Та- ким образом, в течение всего рабочего цикла выбираются наиболее информативные участки по углу поворота вала. Со второго выхода селектора 7 интервалов импульсы приращений углового положения вала fC4f поступают на счетный вход счетчика 6 адреса в течение всего цикла или только во время действия строба селекции т. В результате на выходе счетчика 6 адреса формируются коды адреса, поступающие на информационный вход регистра 8 адреса и соответствующие угловому положению вала относительно импульса f0 или момента формирования сигнала селекции т. Это дает возможность получать и располагать ин- формацию по абсолютным или селективным адресам. Выбор варианта селекции последовательности ты задается начальной установкой и зависит от применения устройства.

На выходе формирователя 9 импульсов синхронно сигналам fC4 в течение строба селекции г вырабатывается импульсный цифровой сигнал fa в соответствии с заданной функцией анализа сигнала рабочего па- раметра. Выбор способа формирования fa определяется конкретными критериями диагностики механизма, видом применяемого датчика 1 параметра, дальнейшим способом обработки полученной информации и другими особенностями применения.

Диагностические признаки определяются конкретным применением устройства. В момент поступления сигнала fa на вход синхронизатора 10 на выходах последнего вырабатываются сигналы в следующей последовательности. На третьем выходе формируется импульсный сигнал, по фронту которого через вход синхронизации регистра 8 адреса и последний записываемся код адреса N3,n с выхода счетчика б адреса. Этот код подается на вход адреса Ьлока 12 оперативной памяти, коюркй в зют момент находится в состоянии чтения информации по заданному адресу. Через время выборки данных но выходе блока 12 оперативной памяти формируется код NK, который поступает на вход сумматора 4. При этом последний работает в режиме увеличения указанного кода Мк на единицу. Через время, необходимое для операции сложения, на выходе сумматора появляется код NK+i, который поступает на информационный вход регистра 11 кода. В следующий момент времени с первого выхода синхронизатора 10 на вход синхронизации регистра 11 кода поступает импульсный сигнал, который по фронту записывает код Мк+1 в регистр 11 кода, с выхода которого этот код подается на информационный вход блока 12 оперативной памяти. В следующий момент времени на втором выходе синхронизатора 10 вырабатывается сигнал, поступающий на управляющий вход (запись-чтение) блока 12 оперативной памяти, и переводит последний в режим записи информации. Длительность сигнала записи выбирается достаточной для того, чтобы осуществить надежную запись информации. После этого управляющий сигнал вновь переходит в состояние чтения информации. С этого момента синхронизатор 10 вновь готов к восприятию управляющего воздействия. Практически быстродействие элементов канала регистрации диагностических параметров достаточно высокое для того, чтобы без пропусков в течение одного цикла (или во время действия строба т) осуществить запись информации с минимальной разницей по углу поворота вала, т.е. с дискретностью сигналов счета fC4.

Таким образом, после анализа установленного в задатчике 5 циклов числа цикпов эксперимента и с учетом того, что до начала измерений были записаны логические О по всем адресам блока 12 оперативной памяти, D последнем фиксируется накопленная информация о количестве появления о определенных координатах углового положения вала (т.е. по адресам №адр) функционально заданных признаков диагностики.

Дэнна« информация позволяет получить гистограмму распределения случайной входной величины по углу поворота вала механизма циклического действия. Анализируя зту гистограмму, делают вывод о состояния механизма.

Необходимо отметить, что указанный режим формирования селективного адреса

с помощью селектора 7 интервалов и применение данного канала регистрации диагностических параметров позволяет применить блок 12 опара пивной памяти, инвариантный по адресному пространству к чувствительности углового отсчета при повороте пала, В зтом случае можно применять разные датчики 2 углового положения вала или значительно изменять Пс4 без каких-либо изменений в устройстве, При этом экономятся аппаратные ресурсы устройства, что особенно важно в случае использования блока 12 оперзтигжой памяти в составе ЭВМ илл другого внешнего устройства, т.к. необходимо решать задачу оптимального размещеьия всей информации в блоках памяти,

Селектор 5 интервалов работает следующим образом.

Перед началом измерений производится начальная установка режимов работы коммутатора 14, счетчика 15 интервалов и счетчика 18 кодов, Для этого на первый Е1ход коммутатора подается логический двухразрядный код установки Муст1, задающий четыре режима работы коммутатора 14. Выходные сигналы селекции т и счетной последовательности импульсов fC41 в зависимости от кода Nycr могут быть а режиме селекции или в режиме постоянной активности, При этом режим селекции означает, что сигнал селекции г появляется в рабочем цикле только в аданно угловом положении, а счетные импульсы fC4 на выходе коммутатора 1Л вырабатываются только на время действия сигнала селекции т, Режим постоянной активности означает, что сигнал селекции г имеет постоянную величину логической единицы, а счетные импульсы fc4 постоянно проходят в течение всего цикла. Обозначим режим селекции условно как , режим постоянней активности 1. Тогда соответствия между кодом Муст и состояниями сигналов г л Fa1 следующие (cw. таблицу),

Код начальной установки Nycr2 подается на вход данных считчика 15 интервалов и определяет величины интервалов при формировании сигналов селекции г в соответствии с фиг, 3, где сигналы селекции оборотной метки f01 условно объединены (сигналы f01 показаны кзк импульсы длительностью Го).

2„к

Nycr Ni+N2+N 3 или - N2 - N3 в зависимости от способа подачи кода Муст2 параллельно или последовательно, где NI, №, № коды, задающие последовательные интервалы по углу поворота вала. NI определяет начальный интервал от

момента появления сигнала оборотной метки Г0 до момента появления сигнала селекции г, N2 определяет интервал 12-13 продолжительности сигнала селекции г; N3

определяет интервал от момента окончания сигнала селекции т до момента появления следующего сигнала селекции.

Ыуст3 подается на вход данных счетчика 18 и определяет количество сигналов селекции г, сформированных п течение одного

рабочего цикла (т.е. за один оборот вала).

Коды Nycr1, Nycr2, Муст3 набираются вручную

с помощью специальных переключателем

или поступают от внешнего управляющего

устройства, например, по шине данных ЭВМ в зависимости от применения устройства.

Цикл работы селектора 7 интервалов начинается с приходом на его вход сброса

сигнала fo1 в момент времени ц (см, фиг. 3, импульс Г0). Этот сигнал проходит через первый элемент ИЛИ 19 на вход записи счетчика 15 интервалов и записывает в него код NI, воздействуя по входу записи счетчика 18, в него записывает код Муст, а проходя через второй элемент ИЛИ 20 на вход сброса триггера 16, устанавливает на его выходе логический О. В течение времени n-t2 импульсы fC4 вычитают код NI в счетчике 15

интервалов. В момент времени t2 на выходе счетчика 15 интервалов вырабатывается сигнал, который поступает на тактовый вход триггера 16 и устанавливает на его выходе логическую 1. При этом триггер 16 по

фронту этого сигнала запускает одновибра- тор 17, с выхода которого короткий импульсный сигнал проходит через первый элемент ИЛИ 19 на вход записи счетчика 15 интервалов, в результате чего в последний

записывается код Na. Это происходит до прихода на счетный вход счетчика 15 интервалов очередного сигнала ,т.е. с незначительной задержкой относительно момента времени т.а. В момент времени 1з в счетчике

15 интервалов полностью вычитается код N2 и на его выходе вырабатывается сигнал, который переводит триггер 16 е состояние О, т.е. сигнал селекции г формируется п течение времени . В момент времени t.3 по

спаду сигнала годновибратор вновь вырабатывает импульсный сигнал, который по той же цепи обратной связи записывается в счетчик 15 интервалов код Мз. По спаду сигнала т также срабатывает счетчик 18, его

код уменьшается на единицу и становится Муст 1- В момент времени ы в счетчике 15 интервалов полностью вычитается код N3, в результате на выходе триггера 16 вырабатывается логическая 1, при этом в одиовибраторе вновь формируется импульс, который в счетчике 15 интервалов записывает код N2. Далее работа происходит аналогично описанному. Формирование сигналов селекции т на выходе триггера 16 будет продолжаться до тех пор, пока в счетчике 18 не будет полностью вычтен код Nycr3.

Сигналы оборотной метки f0 и селекции г являются управляющими (синхронизирующими) при формировании и загрузке кодов Nycr1, Nyci2, Nyci3 от внешнего устройства, например, по шине данных ЭВМ.

Выбранный способ формирования сигналов селекции т путем последовательного отсчета интервалов , tz-ta, и т.д. с помощью одного и того же счетчика 16 интервалов, с одной стороны, позволяет минимизировать аппаратные средства для реализации, а с другой стороны, обладает достаточной гибкостью в подборе необходимых параметров селекции.

В качестве конкретного примера можно рассмотреть применение селектора 7 интервалов при исследовании и диагностировании процесса впрыска топлива в дизелях Д100. При этом на каждую форсунку устанавливается датчик вибрации (в данном случае эти 10 датчиков представляют собой датчик 1 параметра). Их общий сигнал с выхода датчика 1 параметра будет восприниматься в формирователе 9 импульсов только в моменты действия сигналов селекции т, поступающих от селектора 7 интервалов. Десять сигналов т совмещают по углу поворота вала с заранее заданными интервалами полезной информации. При этом датчики вибрации практически могут воспринимать и ударные воздействия в неинформативные для данных измерений моменты времени. Но за счет применения селектора 7 интервалов посторонние воздействия не будут влиять на ход статистических измерений.

Дополнительно развязку датчиков можно осуществить, соединял их, например, с помощью аналогового смесителя, сумматора или коммутатора (в устройстве не показано, т.к. не имеет прямого отношения к сути изобретения).

При этом в устройстве используются широкие возможности селектора 7 интервалов. В частности, в каждом рабочем цикле обрабатывается полезная статистическая информация по всем 10 каналам (т.е. для 10 цилиндров дизеля производится 10 измерений).

В этом случае существенно уменьшается время сбора статистической информации, упрощается процедура и технология измерений, что повышает эффективность устройства. Кроме того, в канале регистрации диагностических 5раг-.5етров, в частности о ЬЛОКР 12 оперативной памяти, размещается инфор- м.шич оольшою обьема, что татче, повн- шаот коэффициент игпочьзоьанил

5 рсор/дования и эффективное уч-тро(тства в iie/iow.

Таким образом, в продлз сгн по сравнению с известном достигается оолее высокая эффективность за счет высо0 копроиззодительной, «иСкой. достоверной, многоуровневой диагностики по комплексу признаков.

Формула изобретения

5 1. Устройство для определения технического состояния механизмов циклического действия содержащее датчик параметра, датчик углового положения с двумя выходами, фильтр, схему И с двумя входами, задат0 чич циклов с одним входом, шиной пуска и двумя выходами, счетчик адреса со счетным входом и входом сброса, селектор интервалов с двумя входами и выходами и регистр адреса с двумя входами, причем выход дат5 чика параметра соединен с входом фильтра, первый выход датчика углового положения подключен к первому входу схемы И, второй вход - к входу задатчика циклов, первый выход которого подключен к второму входу

0 схемы И, второй выход соединен с входом сброса счетчика адреса, счетный вход которого подключен к второму выходу селектора интервалов, выход счетчика адреса связан с информационным входом регистра адреса,

5 выход схемы И подключен к счетному входу селектора интервалов, а задатчик циклов снабхен шиной пуска, отличающееся ем, что, с целью повышения эффективности в работе за счет уветичения производитель0 HOCIH, достоверности контроля, Функцио- налоных возможностей и коэффициента использования оборудования устройство содео иг формирователь импульсов с тремя вч оламл, синхронизатор с тремя выхода5 ми, регистр кода с двумя вхопамч, блок оперативной памяти стремя зходамг и сумматор, причем информационней вход фор- миризателя импульсов подключен к выходу филвюа, входы синхоонигацпи и блокпров0 ки ьор; ироватсля импульсов - соответственно к первому выходу датчика углового положения и первому выходу селектора пн- теоаз ,cs, вход сброса последнего соединен с стсиы сыходом задатчикз циклов, выход

5 1; С ГГҐ 1 Ивзтелп импульсов подключен к ВХОДУ синхронизатора, первый выход которого соединен с входом синхронизации регистра кола, второй выход - с управляющим охо- дом 5ло.а оперативной памяти, а третий выход - и входом синхронизации регистра

адреса, выход последнего связан с адресным входом блока оперативной памяти, выход которого подключен через сумматор к информационному входу регистра кода, выход последнего подсоединен к информационному входу блока оперативной памяти.

2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что селектор интервалов содержит коммутатор с тремя входами и двумя выходами, счетчик интервалов с тремя входами, триггер с двумя входами, одновибратор, счетчик кодов с тремя входами и первый и второй элементы ИЛИ, причем первый вход коммутатора и информационные входы счетчика интервалов и счетчика кодов являются соответственно установочными, счет0

5

ный вход счетчика интервалов и второй вход коммутатора совмещены со счетным входом селектора интервалов, первые входы первого и второго элементов ИЛИ и вход записи счетчика кодов совмещены с входом сброса селектора интервалов, тактовый вход триггера соединен с выходом счетчика интервалов, вход сброса триггера подключен к выходу второго элемента ИЛИ, второй вход которого связан с выходом счетчика кодов, выход триггера соединен с третьим входом коммутатора, счетным входом счетчика кодов и через одновибратор-с вторым входом первого элемента ИЛИ, а первый и второй выходы коммутатора являются первым и вторым выходами селектора интервалов.

fa

Изобретение относится к технической диагностике механизмов циклического действия, в частности двигателей внутреннего сгорания, С целью повышения эффективности устройства в работе за счет значительного уменьшения аппаратурных затрат для реализации, а также за счет повышения достоверности получения статистической информации, производительности, коэффициента использования оборудования и большей функциональной гибкости в устройство введены многофункциональный формирователь 9 импульсов, универсальный селектор 7 интервалов, счетчик-накопитель статистической информации, реализованный с помощью синхронизатора 10, регистра 11 кодов, блока 12 оперативной памяти и сумматора 13, причем работа формирователя 9 импульсов синхронизирована сигналами датчика 2 углового положения, а выход селектора 7 интервалов разделен на управляющий и счетный. Предлагаемое устройство обеспечивает высокопроизводительный сбор статистической информации и диагностику по взаимодополняющим признакам, 2 з.п. ф-лы, 3 ил. сл

Фие.2

Фе/еЗ