Устройство для определения технического состояния механизмов циклического действия

 

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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (!9) (> >) (я)5 G 01 M 15/00

ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4764231/06 (22) 05.12.89 (46) 23.10.91. Бюл. М 39 (71) Самарский институт инженеров железнодорожного транспорта им. М,Т. Елизарова (72) С.З. Гурьянов (53) 621.43-5(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1303874, кл. G 01 М 15/00, 1985. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ МЕХАНИЗМОВ ЦИКЛИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ (57) 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 доИзобретение 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 селекций. стоверности 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.

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, Задатчик 5 циклов снабжен шиной пуска, второй выход задатчика 5 соединен с

1686334

30

50 входами сброса селектора 7 интервалов и счетчика 6 адреса, Счетный вход счетчика 6 адреса связан с в1орым выходом селектора

7 интервалов, счетныи вход которого подключен к выходу схемы И 4, а первый выход селектора — к входу блокировки формиронателя 9 импульсов. Выход формирователя 9 импульсов соединен с входом синхронизатора 10, первый и трегий выходы которого связаны соответственно с входами синхронизации регистра 11 кеда и регистра 8 адреса, э второй выход-с управляющим входом блока 12 оперативной памяти. Информационные входы регистров 8 и 11 адреса и када подключены соответственно к выходам счетчика 6 адреса и сумматора 13, а выходы регистров 8 и 11 — соогветственно к адресному и информационному входам блока 12 оперативной памяти, выход последнего связан с вхоцом сумматора,13, Селектор 7 интерналов 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 коммутагара 14 совмещены со счетным входом селектора 7 интервалов, Первые входы элементов ИЛИ 19 и 20 и вход записи счетчика 18 кодов совмещены с входом сброса селектора 7 интерналов. Тактовый вход триггера 16 соединен с выходом счетчика 15 интервалов, Вход сброса триггера 16 подкл очен к выходу элемента ИЛИ

20, второй вход которого связан с выходом счетчи ка 18 кодов. Б ыхад триггера 16 соединен с третьим входом коммутатора 14, счетным входам счетчика 18 кодов и через адновибратор 17 — с вторым входам элемента ИЛИ 19. Первый и второй выходы коммутатора являются первым и вторым выходами селектора 7 интервалон.

Основные функции осуществляются в виде трех взаимодействующих структур, Совокупность датчика 1 параметра и фильтра

3 представляет собой канал рабочего исследуемого процесса. Канал угловых координат или фазы периодического процесса (н зависимости от применения устройства) состоит из датчика 2 углового положения, схемы И

4, селектора 7 интервалов, задатчика 5 циклон и счетчика 6 адреса. В канал регистрации диагностических параметров входят фармироватсль 9 импульсов, синхронизатор 10, регистр 11 кода, блок 12 оперативной памяти, сумматор 13 и регистр 8 адреса.

Устройство работает следующим образам.

8 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 инициируется по задэннаму,циэгностическому признаку и накапливает статистическую информацию.

Перед началом измерений в cooTBGTcTвии с программой статистического эксперимента производится начальная установка параметров селектора 7 интервалов, задатчика 5 циклов, записываются логические "0" по всем адресам блока 12 оперативной памяти, выбирается функция анализа (диагностический признак) рабочего процесса в формирователе 9 импульсов, Данная начальная установка осуществляется как вручную путем набора кодов задания, так и автоматически от внешнего устройства, например па шине данных от Э ВМ или другого упранляющего устройства.

С выхода датчика 1 параметра сигнал проходит через фильтр 3 и поступает на информационный вход формирователя 9 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 поло>кения вырабатывает на первом выходе последовательность прямоугольных импульсов f 4 па приращению в соответствии с поворотам вала механизма. Число этих импульсов п за один полный обор r выбирвется в зависимости от необходимой разреша ощей способности па углу для данного статистического эксперимента, На втором выходе датчика 2 углового пола>кения формируется один импульсный сигнал оборотной метки f< за один полный оборот вала, его длительность равна длительности одноro импульса указанной последовательности

fey, Сигнал 1, подается на вход задэтчика 5 циклов и осуществляет циклическую синхронизацию 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 циклов начальной установкой загружается код, соответствующий обьему статистической выборки, после чего на первом выходе задатчика 5 циклов, который соединен с вторым вхоДом схемы И 4, устананливаегся потенциал "1", разрешающий прохождение

1686334 через схему И 4 сигналов fey на счетный вход селектора 7 интервалов. Сигнал fo осуществляет в задатчике 5 циклов отсчет циклов анализа. На втором выходе задатчика 5 циклов вырабатывается сигнал f<> оборотной метки, который подается на входы сброса селектора т 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 f<, соответствующее коду начальной установки числа циклов анализа, Функция селектора 7 интервалов заключается в том, что на его первом выходе формируется стробирующий цифровой сигнал селекции 7; в соответствии 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. Таким 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 f

На выходе формирователя 9 импульсов синхронно сигналам fee в течение строба селекции 2 вырабатывается импульсный цифровой сигнал f> в соответствии с заданной функцией анализа сигнала рабочего параметра. Выбор способа формирования 4 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 f> на вход синхронизатора 10 на выходах последнего вырабатываются сигналы в следующей последовательности. На третьем выходе формируется импульсный сигнал, по фронту которого через вход синхронизации регист5

55 ра 8 адреса в последний записывается код адреса ядр с выхода счетчика 6 адреса.

Этот код подается на вход адреса блока 12 оперативной памяти, который в этот мо,1ент находится в состоянии чтения информации по заданному адресу, Через время ьыборки данных на выходе блока 12 оперативной памяти формируется код Нк, который поступает на вход сумматора 4. При этом последний работает в режиме увеличения указанного кода 14 на единицу. Через время, необходимое для операции сложения, на выходе сумматора появляется код И +1, 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 N<+> 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 надежну.о 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 fa.

Таким образом, после анализа установленного в задатчике 5 циклов числа циклов эксперимента и с учетом того, что до начала измерений были записаны логические "0" по всем адресам блока 12 оперативной памяти, v последнем фиксируется накопленная информация о количестве появления в определенных координатах углового положения вала {т,е. по адресам Ядр) функционально заданных признаков диагностики.

Данная информация позволяет получить гистограмму распределения случайной входной величины по углу поворота вала механизма циклического действия.

Анализируя эту гистограмму, дела от вызод о состоянии механизма.

Необходимо отметить, что указанный режим формирования селектив ого адреса

1686334 с пОмощь10 селектора t интервалОв и применение данного канала регистрациидиагностических параметров позволяет применить блок 12 оперативной г1амяти, инвариантный по адресному пространству к чувствительности углового отсчета при floвороте вала, В это л случае можно применять разные датчики 2 углового положения вала или значительно изменять пс4 без каких-либо изменений в усгройстве, При этом экономятся аппарасные ресурсы устройства, что особенно важно в случае использования блока 12 оперативной памяти в составе ЭБМ или другого внешнего устройства, т,к, необходима решать задачу оптимального раэмеще1 .Ия всей информации в блоках памяти.

Селектор 5 интервалов работает следующим образом.

Перед началом изMе f3eний Г1роиэводит" ся начальная усгановка режимов работы коммутатора 14, счетчика 15 1лнтервалов и счетчика 18 кодов, Для этого на первый вход коммутатора подаетсч логический двухраз1

РЯДНЫй КОД УСтаНОВКИ Иуст, ЗаДа1ОЩИй ЧЕтыре режима работы коммутатора 14, Выходные сигналы селекции г и счетной

ПОСЛЕдОВатЕЛЬНОСтИ ИМПУЛЬСОВ fc4 В ЗаВИ1 симости от кода И1 - могут быть в режиме селекции или в режиме постоянной активности. При этом режим селекции означает, что сигнал селекции г появляется в рабочем цикле только в заданном угловом положеНИИ, а СЧЕТНЫЕ ИмнуЛЬСЫ fc4 На ВЫХОДЕ

1 коммутатора 14 вырабать1ваются только на время действия сигнала селекции г, Реу(им постоянной активности означает, что сигнал селекции г имеет постоянную величину лоГИЧЕСКОй ЕДИНИЦЫ, а СЧЕ.П-1ЫЕ ИМПУЛЬСЫ fc4

1 постоянно прохоцят в течение всего цлкла.

Обозначим режим селекции условно как "0"„ режим постояннсй активности "1 Тогда соОТВЕТСтВИЯ МЕ>КД1т КОДОМ Иуст И СОСТОЯНИЯ1 ми сигналов ти 1,,» следующие (см.

1 та Ьл и цу), КОД НаЧаЛЬНОй УСтаНОВКИ Nyc1 ПСДаЕтг

0 B Is a в хо» pa I I I» sI:(счетчикa 1 5 1 I» te p B a J1 c B I4 определяет величины интервалов при формировании сигналов селекции l в соответствии с фиг, 3, где сигналы селекции т и оборотной метки fc условно объединены

1 (сигналы fo показаны как импульсы дли1 .гельностыо тс).

Nyc1. =N1+N2+i fg или Nycт =N1 -+ N2 - Na

2 в зависимости от 0110с06а подачи кОда

Nyct — параллельно или последовательно, 2 где N1, N2, 1чз — коды, задающие последовательные интервалы IIO углу поворота вала.

М» определяет начальный интервал 1-t2 от

55 момента появления сигнала оборотной метки тс до момента появления сигнала селекции r; N2 определяет интервал t2 — !э продолжительности сигнала селекции т; Мз определяет интервал тз — t4 от момента окончания сигнала селекций гдо момента появления следующего сигнала селекции. круст подается на вход данных счетчика з

18 и определяет количество сигналов селекции z; сформированных и течение одного рабочего цикла (т.е. эа один оборот вала).

Коды Куст, Nyc1, Куст набира1отся вручную

1 2 3 с помощью специальных переключателей или поступают от внешнег0 управляющего устройства, например, по шине данных

ЗВМ в зависимости от применения устройства.

Цикл работы селектора 7 интервалов начинается с приходом на его вход сброса сигнала 4 в ломент времени tf (см, фиг. 3, 1 импульс тс). Зтот сигнал проходит через первый элемент ИЛИ 19 на вход записи счетчика 15 интервалов и записывает в него код N1, воздействуя по входу записи счетчика 18, в него записывает код Nyct, а проходя з через второй элемент ИЛИ 20 на вход сброса триггера 16, устанавливает на его выходе логический "0". В течение врю":ени t1-t2 имПуЛЬСЫ fc4 ВЫЧИтаЮт Кад И1 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 трипер 16 по фрснту этого сигналя запускает одновибратор 17, с вь:",îäà которого короткий импульсный сигнал проходит через первый элемент ИЛИ 19 на вход записи счетчика 15 интервалов, в результате чего в и".следний записывается код Кг, Это происходит до прихода на счетный вход счетчика 15 интерВаЛОВ ОЧЕРЕДНОГО СИГНаЛа 1сл,т.Е. С НЕЗНаЧИтельной задержкой относительно момента времени t2. Б мотлент времени 1э в счетчике

15 интервалов полностью вычитается код N2 и «а его выходе вырабатывается сигнал. который переводит триггер 16 в состояние "О", т.е, сигнал селекции сформируется в течение времени t2 — tç. В тломент времени тз по спаду сигнала тодновибратор вновь вырабатывает импульсный сигнал, который по той же цепи обратной связи записывается в счетчик 15 интервалов код Кз, По спаду сигнала т также срабатывает счетчик 18, его кодуменьшается на единицу и становится

Куст -1, В момент вРемени t4 в счетчике 15 интервалов полностью вычитается код Из, в результате на выходе триггера 16 вырабатывается логическая "1" „при этотл в одновиб": 686334 раторе вновь формируется импульс, который в счетчике 15 интервалов записывает .. код Nz, Далее рабата происходит аналогична описанному, Формирование сип!алов селекции t на выходе триггера 16 будет продолжаться qo тех пор, пока в счетчике 18 не бУдет полностью вычтен код NyÄз, Сигналы оборотной метки 4, и селекции являются управля!Ощими (синхрониэирующими) при формировании и загрузке 10

КОДОВ Куст, Куст, NycT От ВНЕШНЕГО УСтРОй1 2 3 ства, например, по шине данных ЗВМ.

Выбранный способ формирования сигналон селекции z путем последовательного отсчета интервалов !1-12, 12 — 1з, тз — Ц и т.д. с 15 помощью одного и того же счетчика 1 6 интервалон, с одной стороны, позволяет минимизировать аппаратные средства для реализации, а с другой стороны, обладает достаточной гибкость!о в подборе необхо- 20 димых параметров селекции.В качестве конкретного примера можно рассмотреть применение селектора 7 интервалов при исследовании и диагностировании процесса впрыска топлива в дизелях 25

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 восприни- 30 маться 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 интервала- 35 ми 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 интер- 40 валов посторонние воздействия не будут влиять на ход статистических измерений.

Дополнительно развязку датчиков можно осуществить, соединяя их, например, с помощью аналогового смесителя, суммато- 45 ра или коммутатора (в устройстве не показано, т.к. Не имеет прямого отношения к сути изобретения).

При этом в устройстве используются широкие возможности селектора 7 интерва- 50 лов, 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 диагностическ!1х параметров, в частности в блоке 12 оперативной памяти, размещается информация !3аль!ыОГО oUBBMR, чта так:1 е иОВНШ Я Е Т К 0 3 ф !! Ц и Е Н Т И С Г! Î!I Ь 3 0 В 8 I I И Л оборудования и зффективнас1ь устрайс1 на

Б ЦЕЛОМ, ! Л К И !! О « i Р а 3 О Л l, В П Р Е Д1! - I а С М О М С Т 3 П Й "

CTB. ПО «PGBHBHIIIO C l!3!3QCTH«1 ; PgOCTHÃBЕТСЯ более нь!сокая эффективность за счет высок!3П(30извадительной, ièÎKOÉ, достоверной, многоуровневой ди"ãíîñ:òè;ê;è по «амплексу признаков.

Формула изобретения .. Устройство для определения технического состояния механизмов циклического действия. содержащее датчик параметра, датчик углового положения с двумя выходами, фильтр, схему И с двумя входами, задатЧИК ЦИКЛОВ С ОДНИМ ВХОДОМ, ШИ1-!Ой П vCKQ И двумя выходами, счетчик адреса с0 счетным входом и входом сброса, селектор интервглон с двумя входами и выходами и регистр адреса с двумя входами, причем выход датчика параметра соединен с входом фильтра, первый ьыход датчика углового положения падкл!Очен к первому входу схемы И, второй вход — к входу задатчика циклов, первый выход которого подключен к Второму входу схемы И, второй вь!Ход соединен с входом сброса счетчика адреса, счетный вход которого подключан к второму выходу селектора интервалов, выход счетчика адреса связан с и!!формационным входом регист!За адреса, Выход схемы И подкл!очен к счетному входу селектора интервалов, а задатчик циклов снабжен шиной пуска, отл и ч а ю щееся тем, чта, с целью повышения эффективности в работе за счет увеличения произнодительHGCГИ, ДОСтонв!3НОСти кантРаля, функциональных ноамож!!Остей и коэффициента использования оборудования. устрой,TBÎ содержит фор л!1ранатель импульсан с тремя входами, синхро!!изатор с тремя выходами, регистр кода с двумя входами, блок оперативна!1 пам 1Tll с трел1я Входами и сy!1"

MQTDp, причем информационный вход формирователя импульсов подключен к выходу филь ра, входы синхг30низации и Ь!10к lpoB ки !:Qpl и О наталя импульсОВ саатнетст

Бенно к первомg Выходу датчика уГ/IОБОГО положения и первому выходу селектора интеоналон, вход сброса последнего соединен с Вторым ыходом задатчика циклов, выход фсрмиранателя импульсов подключен к входу синхронизатора, первый выход которага саединеH с входом синхронизации регистра када, второй выход — с упраьля!оы;им Вх0да. Злака оперативной памяти, а третий выход — с входом синхронизации регистра

1686334

Оме 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,отлича ющеес 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, счетный вход счетчика интервалов и второй вход коммутатора совмещены со счетным входом селектора интервалов, первые входы первого и второго элементов ИЛИ и вход записи

5 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

10 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

15 выходы коммутатора являются первым и вторым выходами селектора интервалов.

1686334

Составитель М. Горохов

Редактор М. Кузнецова Техред М.Моргентал- Корректор Т. Колб

Заказ 3593 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101