電子式內燃機軸系信號模擬器電路的製作方法
2023-11-11 09:12:12
專利名稱：電子式內燃機軸系信號模擬器電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及的是一種信號模擬裝置，特別是一種電子式內燃機軸系信號模擬器電路，屬於動力工程領域。
背景技術：
在研究內燃機軸系的動力特性時，需要一個信號發生器來模擬內燃機軸系的動力特性。內燃機動力測試儀器的研製過程中，也需要對測試儀器進行校核。傳統的方法是利用普通信號發生器進行校核。傳統觀念將內燃機軸系運動簡化為剛體運動，實際上內燃機軸系是一個彈性體。普通信號發生器只能發出頻率不變的信號或者連續調頻信號，這可以模擬內燃機軸系的剛體運動，但不能模擬內燃機軸系的彈性扭轉振動。
經文獻檢索發現，美國亞特蘭大科儀公司生產的2512型電子標定器只能輪流輸出50個5000Hz和50個5063.3Hz的方波脈衝，也就是相當於100個齒的齒輪輸出前半轉較慢、後半轉較快的扭振信號。2512型標定器只能輸出信號為一個固定轉速、固定頻率，輸出的方波電壓固定為5V。檢索中還發現，杜極生在東南大學出版社1994年出版的《軸系扭轉振動的試驗、監測和儀器》第212頁上介紹了NB-1扭振標定器，將一個連續可調的振蕩信號(外接信號發生器)代替400KHz的晶振，這樣就可得到一個幅值為0.566°(峰值)三角波形，「模擬」的轉速和頻率連續可變的扭振信號。NB-1扭振標定器比2512型扭振標定器僅僅多了轉速可調功能。後來又有NB-2型扭振標定器，但不能模擬軸系的傳感器特性，採用單片機，製作成本高。
在內燃機扭振測試實踐中，常見齒盤的齒數為60、100、180及其倍數。為模擬傳感器信號，要求標定器輸出電壓幅值可以調節；為模擬發動機活塞狀態，要求在總齒數的1/2時發出一個止點信號。以上的2512、NB-1以及NB-2型電子標定器都不能實現這些功能。
發明內容
本發明針對現有技術中存在的上述不足，為了更好地滿足內燃機軸系特性研究和扭振測試系統開發地需要，提供一種電子式內燃機軸系信號模擬器電路，使其具有同時模擬扭振信號、止點信號、可以調節齒數和輸出電壓幅值的功能。
本發明是通過以下技術方案實現的，本發明包括信號發生部分、分頻部分、計數與止點發生部分、外接線部分。其連接方式為信號發生部分的信號輸出端連到外接線部分的signal out端子，如果選擇本振信號，將外接線部分的signal out端子與pulse_in端子連接，如果接外部信號發生器，將外部信號發生器輸入端與pulse_in端子連接，pulse_in端子與分頻部分的輸入端連接，分頻部分輸出與計數與止點發生部分連接，並由計數與止點發生部分來控制，這種控制由計數與止點發生部分的D觸發器CD4013 U5的第5腳與分頻部分的十進位計數器CD4518 U1的第15腳相連，計數與止點發生部分的D觸發器CD4013 U5的第1腳與分頻部分的十六進位計數器CD4520 U6的第7腳相連而完成。
信號由信號發生部分發出，經過分頻器將信號進行兩種不同倍數的分頻，這樣可以得到兩種不同頻率的信號。這兩種不同頻率的信號再經過計數與止點發生電路進行計數，當達到規定的齒數時發生跳轉，這樣就形成了扭振信號，跳轉同時輸出一個方波信號代表止點信號。扭振信號經電位器R3後和止點信號由外接線部分向外輸出供用戶使用。
信號發生部分包括或非門晶片CD4001 U12、電阻R1、可變電阻R2、電容C1、可變電容C2。其連接方式為U12的1腳和2腳相連，3腳與可變電阻R2相連；可變電阻R2與電阻R1串聯；電阻R1串聯上U12的5腳和6腳，U12的4腳與U12的8腳、9腳和signal out線相連；U12的10腳與U12的1腳、2腳相連。電容C1和可變電容C2並聯後分別與U12的2腳、電阻R1相連。
分頻部分包括一個十進位計數器CD4518 U1、一個十六進位計數器CD4520 U6、一個或門晶片CD4071 U2、一個與門晶片7411 U4。其連接方式為十進位計數器CD4518即U1的1腳和9腳相連，並和pulse_in線相連，U1的2、10腳接VCC，3腳接與門晶片7411即U4的10腳，6腳接4520即U6的2腳，7腳接U2的3腳，14腳接U6的10腳，15腳和U6的15腳相連；U6的1、9腳接地，3、4腳分別和U4的5、4腳相連，5腳與U4的3腳、U2的6腳相連，7腳與U2的2腳相連，13腳與U2的5腳相連；U2的1腳與U4的8腳相連，4腳與輸出線out相連；U4的1、2、13腳為計數與止點電路部分，U4的6腳和自身的11腳相接，9腳和U1的6腳相連。
計數與止點發生部分包括兩個十進位計數器CD4518，分別為U3、U8、一個D觸發器CD4013 U5。其連接方式為U3的1、9腳接地，2腳與14腳相連，3腳與U4的2腳相連，4、5、6腳分別和接線端子的teeth_60、teeth_100、teeth_180相連，10腳和輸出線out連接，並與U5的10腳連接；U4的1腳和teeth_in線相連，13腳接VCC，12腳與U5的11、U8的2腳相連；U5的1腳和U6的7腳相連，2腳與5腳相連，3腳和13腳、U3的7腳相接，8腳接地，9腳接VCC；U8的1腳接地，7腳與3腳相連並與dp_out線相接。
外接線部分包括3個4腳插針，為U9、U10、U11。其連接方式為U9、U10、U11為4腳插針；U9的1、2腳分別接VCC即電源和地；U10的1-4腳分別接pulse_in、signal out、tvout、dp_out線即外振信號、本振信號、扭振輸出信號、上止點輸出信號的接線，扭振輸出信號接電位器輸出；U11的1-4腳分別接teeth_60、teeth_100、teeth_180線，即60、100、180齒數管腳信號。
這幾個電路功能是有機地組合在一起。信號發生電路是一個典型的諧振電路，電位器R2可以調節信號的頻率，這樣就調節了轉速。原始信號由signal out線從信號發生部分輸出並進入分頻電路，分頻電路將原始信號1和2分頻。1分頻後的信號頻率較高，代表軸轉得快；2分頻後的信號頻率較低，代表軸轉得慢，這樣快慢交錯就形成了扭振。這兩種不同頻率的信號是輪流輸出的，輸出的個數由計數與止點部分電路來控制。這種控制由U5(D觸發器CD4013)的第5腳與U1(十進位計數器CD4518)的第15腳相連，U5(D觸發器CD4013)的第1腳與U6(十六進位計數器CD4520)的第7腳相連而完成。當U3(十進位計數器CD4518)的4、5、6腳分別和U4(與門晶片7411)的1腳相連，就得到60、100、180的齒數個數。U5(D觸發器CD4013)的11腳與U8(十進位計數器CD4518)的2腳相連得到止點信號。將輸入輸出線引到插針上就可以向用戶提供信號。
本發明具有實質性特點和顯著進步，本發明不僅模擬的轉速連續可變，而且可以實現模擬(標定)的齒數為60、100、180三擋可變，同時可以發出一個止點信號模擬活塞運動狀態，最後還實現了輸出電壓可調節來模擬傳感器特性。本發明不需要單片機開發系統，製作成本極大降低。
圖1本發明電路圖具體實施方式
如圖1所示，本發明包括信號發生部分a、分頻部分b、計數與止點發生部分c、外接線部分d。其連接方式為信號發生部分a的信號輸出端連到外接線部分d的signal out端子，如果選擇本振信號，將外接線部分d的signal out端子與pulse_in端子連接，如果接外部信號發生器，將外部信號發生器輸入端與pulse_in端子連接，pulse_in端子與分頻部分b的輸入端連接，分頻部分b輸出與計數與止點發生部分c連接，並由計數與止點發生部分c來控制，這種控制由計數與止點發生部分c的D觸發器CD4013 U5的第5腳與分頻部分b的十進位計數器CD4518 U1的第15腳相連，計數與止點發生部分c的D觸發器CD4013 U5的第1腳與分頻部分b的十六進位計數器CD4520 U6的第7腳相連而完成。
信號發生部分a包括或非門晶片CD4001 U12、電阻R1、可變電阻R2、電容C1、可變電容C2。其連接方式為U12的1腳和2腳相連，3腳與可變電阻R2相連；可變電阻R2與電阻R1串聯；電阻R1串聯上U12的5腳和6腳，U12的4腳與U12的8腳、9腳和signal out線相連；U12的10腳與U12的1腳、2腳相連。電容C1和可變電容C2並聯後分別與U12的2腳、電阻R1相連。
分頻部分b包括一個十進位計數器CD4518 U1；一個十六進位計數器CD4520 U6；一個或門晶片CD4071 U2；一個與門晶片7411 U4。其連接方式為十進位計數器CD4518即U1的1腳和9腳相連，並和pulse_in線相連，U1的2、10腳接VCC，3腳接與門晶片7411即U4的10腳，6腳接4520即U6的2腳，7腳接U2的3腳，14腳接U6的10腳，15腳和U6的15腳相連；U6的1、9腳接地，3、4腳分別和U4的5、4腳相連，5腳與U4的3腳、U2的6腳相連，7腳與U2的2腳相連，13腳與U2的5腳相連；U2的1腳與U4的8腳相連，4腳與輸出線out相連；U4的1、2、13腳為計數與止點電路部分，U4的6腳和自身的11腳相接，9腳和U1的6腳相連。
計數與止點發生部分c包括兩個十進位計數器CD4518，分別為U3、U8；一個D觸發器CD4013 U5。其連接方式為U3的1、9腳接地，2腳與14腳相連，3腳與U4的2腳相連，4、5、6腳分別和接線端子的teeth_60、teeth_100、teeth_180相連，10腳和輸出線out連接，並與U5的10腳連接；U4的1腳和teeth_in線相連，13腳接VCC，12腳與U5的11、U8的2腳相連；U5的1腳和U6的7腳相連，2腳與5腳相連，3腳和13腳、U3的7腳相接，8腳接地，9腳接VCC；U8的1腳接地，7腳與3腳相連並與dp_out線相接。
外接線部分d包括三個4腳插針，為U9、U10、U11和電位器R3。其連接方式為U9、U10、U11為4腳插針；U9的1、2腳分別接VCC即電源和地；U10的1-4腳分別接pulse_in、signal_out、tvout、dp_out線即外振信號、本振信號、扭振輸出信號、上止點輸出信號的接線。扭振信號的out經過電位器R3接扭振信號輸出tvout；U11的1-4腳分別接teeth_60、teeth_100、teeth_180線，即60、100、180齒數管腳信號。
權利要求
1.一種電子式內燃機軸系信號模擬器電路，包括信號發生部分a、分頻部分b、外接線部分d，其特徵在於還包括計數與止點發生部分c，其連接方式為信號發生部分a的信號輸出端連到外接線部分d的signal out端子，如果選擇本振信號，將外接線部分d的signal out端子與pulse_in端子連接，如果接外部信號發生器，將外部信號發生器輸入端與pulse_in端子連接，pulse_in端子與分頻部分b的輸入端連接，分頻部分b輸出與計數與止點發生部分c連接，並由計數與止點發生部分c來控制，這種控制由計數與止點發生部分c的D觸發器CD4013 U5的第5腳與分頻部分b的十進位計數器CD4518 U1的第15腳相連，計數與止點發生部分c的D觸發器CD4013 U5的第1腳與分頻部分b的十六進位計數器CD4520 U6的第7腳相連而完成。
2.根據權利要求1所述的電子式內燃機軸系信號模擬器電路，其特徵是，所述的信號發生部分a包括或非門晶片CD4001 U12、電阻R1、可變電阻R2、電容C1、可變電容C2，其連接方式為U12的1腳和2腳相連，3腳與可變電阻R2相連，可變電阻R2與電阻R1串聯，電阻R1串聯上U12的5腳和6腳，U12的4腳與U12的8腳、9腳和signal out線相連，U12的10腳與U12的1腳、2腳相連，電容C1和可變電容C2並聯後分別與U12的2腳、電阻R1相連。
3.根據權利要求1所述的電子式內燃機軸系信號模擬器電路，其特徵是，所述的分頻部分電路b包括一個十進位計數器CD4518 U1，一個十六進位計數器CD4520 U6，一個或門晶片CD4071 U2，一個與門晶片7411 U4，其連接方式為十進位計數器CD4518即U1的1腳和9腳相連，並和pulse_in線相連，U1的2、10腳接VCC，3腳接與門晶片7411即U4的10腳，6腳接4520即U6的2腳，7腳接U2的3腳，14腳接U6的10腳，15腳和U6的15腳相連，U6的1、9腳接地，3、4腳分別和U4的5、4腳相連，5腳與U4的3腳、U2的6腳相連，7腳與U2的2腳相連，13腳與U2的5腳相連，U2的1腳與U4的8腳相連，4腳與輸出線out相連，U4的1、2、13腳為計數與止點電路部分，U4的6腳和自身的11腳相接，9腳和U1的6腳相連。
4.根據權利要求1所述的電子式內燃機軸系信號模擬器電路，其特徵是，所述的計數與止點發生部分c包括兩個十進位計數器CD4518，分別為U3、U8，一個D觸發器CD4013 U5，其連接方式為U3的1、9腳接地，2腳與14腳相連，3腳與U4的2腳相連，4、5、6腳分別和接線端子的teeth_60、teeth_100、teeth_180相連，10腳和輸出線out連接，並與U5的10腳連接，U4的1腳和teeth_in線相連，13腳接VCC，12腳與U5的11、U8的2腳相連，U5的1腳和U6的7腳相連，2腳與5腳相連，3腳和13腳、U3的7腳相接，8腳接地，9腳接VCC，U8的1腳接地，7腳與3腳相連並與dp_out線相接。
5.根據權利要求1所述的電子式內燃機軸系信號模擬器電路，其特徵是，所述的外接線部分d包括三個4腳插針，為U9、U10、U11，其連接方式為U9、U10、U11為4腳插針，U9的1、2腳分別接VCC即電源和地，U10的1-4腳分別接pulse_in、signal_out、tvout、dp_out線即外振信號、本振信號、扭振輸出信號、上止點輸出信號的接線，扭振信號的out經過電位器R3接扭振信號輸出tvout，U11的1-4腳分別接teeth_60、teeth_100、teeth_180線，即60、100、180齒數管腳信號。
全文摘要
一種電子式內燃機軸系信號模擬器電路，屬於動力工程領域。本發明的信號發生部分的信號輸出端連到外接線部分signal out端子，如果選擇本振信號，將外接線部分的signalout端子與pulse_in端子連接，如果接外部信號發生器，將外部信號發生器輸入端與pulse_in端子連接，pulse_in端子與分頻部分的輸入端連接，分頻部分輸出與計數與止點發生部分連接，並由計數與止點發生部分來控制，這種控制由計數與止點發生部分的D觸發器CD4013的第5腳與分頻部分的十進位計數器CD4518的第15腳相連，計數與止點發生部分的D觸發器CD4013的第1腳與分頻部分的十六進位計數器CD4520的第7腳相連而完成。本發明具有同時模擬扭振信號、止點信號、可調節齒數和輸出幅值的功能。
文檔編號G01M15/00GK1488928SQ0315048
公開日2004年4月14日 申請日期2003年8月21日 優先權日2003年8月21日
發明者李玩幽, 張志誼, 華宏星, 劉妍 申請人:上海交通大學