技术特征：
1.基于缺齿齿盘轮齿脉冲的发动机监测信号整周期采集和瞬时转速计算方法，其特征在于包括以下步骤：(1)将振动加速度传感器底座固定于发动机缸盖上表面，采用转接螺丝安装振动加速度传感器；将瞬时转速传感器安装于发动机飞轮齿盘，正对齿盘齿顶平面；(2)采集获得发动机缸盖表面振动加速度信号s
v
和齿盘齿轮轮齿脉冲信号s
m
，其中轮齿脉冲信号为曲轴转动过程中，飞轮齿盘上每个轮齿经过传感器时产生的信号；设发动机最高转速为ω，整周期冲程为n，数据采集采样率为f
s
，则加速度、轮齿脉冲信号单个测点一次采样点数不少于60
·
n
·
f
s
/ω；(3)对齿盘轮齿脉冲信号s
m
进行求导处理，得到一阶导数信号s
m
′
，二阶导数信号s
m
″
，记录一阶导数中由正转变为负的负值点及其序号max
j
，当该序号max
j
对应的二阶导数为负时，脉冲信号s
m
中序号为max
j
的点为局部最大值，遍历信号s
m
获得所有局部最大值集合s
mmax
，计s
mmax
中的元素个数为j个，对s
mmax
中的数值从小到大排序，计算第j个元素及数值不小于该元素的总数量num
mmaxj
，当num
mmaxj
/j≤90％时，记录该元素大小s
mmaxj
；(4)记s
mmaxj
的1/3并四舍五入取整后为m
1/3
，将信号s
m
中所有小于m
1/3
的值统一置为m
1/3
，再对信号s
m
所有数值与m
1/3
做差值，形成新的信号m
cha
，遍历m
cha
值，记录所有从零到正变化的数据点，找到其在m
cha
中的序号，记录形成序号数组k1；遍历m
cha
值记录所有从正到零变化的数据点，找到其在m
cha
中的序号，记录形成序号数组k2；计k1、k2的数据量为k个；(5)对k1、k2，计算其中每组元素之间的平均值，形成新的序列k3，并四舍五入取整，i∈[1,k]；根据轮齿结构的对称性，k3序列中的每个元素值即为每个轮齿齿顶中心点对应的具体数据点；同时，计算k3中相邻元素之间的差值，形成新的序列k4，k4(ii)＝k3(i+1)
‑
k3(i),ii∈[1,k
‑
1]；求k4序列所有元素的平均值，记为(6)比较k4(ii)与k
4ave
，若存在k4(ii)比k
4ave
大50％及以上，即说明脉冲信号s
m
的第k3(i+1)点与第k3(i)点之间存在缺齿，缺齿数s等于后取整；若不存在k4(ii)比k
4ave
大50％及以上，则说明齿轮不存在缺齿；(7)对缸盖表面振动加速度信号s
v
和齿盘轮齿脉冲信号s
ma
进行整周期截取，并计算瞬时转速信号s
w
；(8)对已知齿轮缺齿位置与发动机活塞位置对应关系的情况，进一步对缸盖表面振动加速度信号s
v
和瞬时转速信号s
w
进行时域角域转换。2.根据权利要求1中所述的方法，其特征在于步骤(4)中数组k1、k2中元素的计算方法：(1)遍历m
cha
值，找到数值由零变为正值的数据点，若此后连续三个点均为正值，则记录该零点对应的序号，并形成序号数组k1；找到第一组数值由正值变为零的数据点，若此后连续三个点数值均为零，则记录其第一个零点对应的序号，并形成序号数组k2；(2)比较k1、k2第一个值，当k1(1)大于k2(1)时，则对k2(1)做舍弃，k2中所有值均向前递进一位，即k2(i)＝k2(i+1)，并舍弃k2中最后一位与k1中最后一位，保证k1、k2数据量一致。3.根据权利要求1中所述的方法，其特征在于步骤(7)中整周期截取与瞬时转速的计算
方法：(1)若存在缺齿，对脉冲信号m
cha
进行缺齿部分的虚拟中点补充，当第k3(i+1)点与第k3(i)点之间存在缺齿，缺齿数z
缺
时，第z个缺齿的虚拟中点为并取整，z∈[1,z
缺
]；将上述虚拟中点数值补充到原k3序列中，获得无缺齿的轮齿脉冲信号中点序列；(2)根据发动机齿轮盘相邻齿轮的角度θ，计算无缺齿状态下齿轮盘齿数，记为z
齿
；对序列k3，记录第一个齿中点对应的数值k3(1)及第个齿中点对应的数值对缸盖表面加速度信号s
v
和齿盘轮齿脉冲信号s
ma
，截取每个测点信号第k3(1)到之间的数据，即为发动机缸盖表面加速度信号与齿盘轮齿脉冲信号的整周期数据；(3)对序列k3，计算每相邻数据之间的差值，即为k3(i+1)
‑
k3(i),则瞬时转速数据为4.根据权利要求1中所述的方法，其特征在于步骤(8)中信号时域角域转换计算方法：(1)记发动机第一个点火缸活塞位于上止点时刻的曲轴转角为0度，已知齿轮缺齿虚拟脉冲中点位置与发动机第一个点火缸活塞位于上止点时刻的曲轴转角角度差为vα；(2)根据缺齿虚拟脉冲顶点在序列k3中的位置，确定第1到第个齿中点对应的转角角度，记缺齿虚拟脉冲中点为k3(i),则第i+a个脉冲中点对应的曲轴转角为vα+θ
·
a，即缸盖表面加速度信号中数据s
v
(k3(i+a))，与瞬时转速s
w
(i+a)对应的曲轴转角为vα+θ
·
a；对缸盖表面加速度信号中数据s
v
(k3(i+a))与s
v
(k3(i+a+1))之间的数据点按照匀速均分角度θ，第j个点对应的曲轴转角位j∈[1,k3(i+a+1)
‑
k3(i+a)]。
技术总结
本发明涉及一种基于缺齿齿盘轮齿脉冲的发动机监测信号整周期采集和瞬时转速计算方法。发动机监测信号整周期采集对分析评估发动机运行状态、诊断机械故障具有重要作用。针对实际发动机键相信号安装困难的问题，采用非接触式传感器监测发动机齿盘轮齿脉冲信号，基于齿盘缺齿建立脉冲信号与发动机活塞位置之间的关系；通过对脉冲信号进行处理，准确获得缺齿位置，基于缺齿位置与发动机活塞位置的对应关系，可进一步完成对同步信号采集的振动信号的整周期处理；同时，针对缺齿信号导致瞬时转速计算错误的问题，利用已知信号计算缺齿数量并产生虚拟脉冲，实现对瞬时转速信号的校准。实现对瞬时转速信号的校准。
技术研发人员：张进杰 常坤 茆志伟 赵南洋 江志农
受保护的技术使用者：北京化工大学
技术研发日：2021.05.20
技术公布日：2021/9/24