设计和运用发动机低频振动信号采集系统

　　4.2.1 C# 串行类的初始化设置

　　对串口进行初始化设置,由Ser ialPort 对象的参数可知主要包括设置串口号,波特率,奇偶校验位, 数据位数,停止位数等。以下为各参数所代表的含义并实例化一个串口对象:

　　4.2.2 读操作

　　从串口输入缓冲区的同步读取一个字节操作通过执行S e r i a l P o r t . R e a d B y t e ( ) 来实现的, 串口类ReadTimeout 属性可以设置读取操作未完成时发生超时之前的毫秒数。当程序以查询方式接收到数据采集板发来的数据后, 串行类执行此读方法。

　　4.2.3 计算采样频率

　　由于固件程序是用C51 语言编写的,存在计算采集频率的困难。本系统通过在C # 3 . 0 中调用Q u e r y P e r f o r m a n c e F r e q u e n c y ( ) 和QueryPerformanceCounter()两个Windows API 函数对接收数据程序段采用精确计时的方法,巧妙的实现了系统采样频率的精确计算。它们的引用代码如下:

　　经计算,本系统的采样频率fs=1600Hz。根据采集定理,当信号在最高频率fmax 时,采样频率fs ≥ 2fmax就能使采样信号不发生“混叠。”通常,把最低允许频率fs ＝ 2fc 称为Nyquist 频率,工程中,为可靠起见,常取fs≥(3~4)fmax。根据振源的实际情况(康明斯6BT5.9 型柴油发动机机体侧壁产生的低频振动信号) , 设定采样32768 次,用时20.48 秒。

　　4.2.4 低频振动信号分析

　　发动机稳定怠速工况(750 ± 100r/min)下,进入系统数据采集界面开始采集信号,之后程序自动将其保存为txt 文本供在C#3.0 中调用MATLAB 生成的COM 组件对其进行分析, 其原始信号图、频谱分析情况如图6所示。根据动力学分析,EQ6BT5.9 型柴油机在工作过程中对气缸体的主要振动激励源如下: (注:F 为柴油机转频、怠速工况下F=12.5Hz）。

图6 原始信号及频谱图。

　　3) 整机(六个缸)活塞横向撞击气缸壁;　频率:6F从实测数据频谱分析的结果来看与动力学分析一致, 验证了该系统的可靠性。

　　5 结束语

　　发动机低频振动信号采集系统能够方便应用于振动信号的实时采集与分析, 具备快速连接、灵活快捷获取数据等优点, 可实现大批量、无限时的实时数据采集。本系统已成功运用于柴油发动机故障检测与诊断, 加之PC 机的普及性, 更使得这套系统具有广阔的应用前景。