專利名稱：電子式內(nèi)燃機(jī)軸系信號(hào)模擬器電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種信號(hào)模擬裝置，特別是一種電子式內(nèi)燃機(jī)軸系信號(hào)模擬器電路，屬于動(dòng)力工程領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在研究?jī)?nèi)燃機(jī)軸系的動(dòng)力特性時(shí)，需要一個(gè)信號(hào)發(fā)生器來(lái)模擬內(nèi)燃機(jī)軸系的動(dòng)力特性。內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力測(cè)試儀器的研制過(guò)程中，也需要對(duì)測(cè)試儀器進(jìn)行校核。傳統(tǒng)的方法是利用普通信號(hào)發(fā)生器進(jìn)行校核。傳統(tǒng)觀念將內(nèi)燃機(jī)軸系運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)化為剛體運(yùn)動(dòng)，實(shí)際上內(nèi)燃機(jī)軸系是一個(gè)彈性體。普通信號(hào)發(fā)生器只能發(fā)出頻率不變的信號(hào)或者連續(xù)調(diào)頻信號(hào)，這可以模擬內(nèi)燃機(jī)軸系的剛體運(yùn)動(dòng)，但不能模擬內(nèi)燃機(jī)軸系的彈性扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。
經(jīng)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，美國(guó)亞特蘭大科儀公司生產(chǎn)的2512型電子標(biāo)定器只能輪流輸出50個(gè)5000Hz和50個(gè)5063.3Hz的方波脈沖，也就是相當(dāng)于100個(gè)齒的齒輪輸出前半轉(zhuǎn)較慢、后半轉(zhuǎn)較快的扭振信號(hào)。2512型標(biāo)定器只能輸出信號(hào)為一個(gè)固定轉(zhuǎn)速、固定頻率，輸出的方波電壓固定為5V。檢索中還發(fā)現(xiàn)，杜極生在東南大學(xué)出版社1994年出版的《軸系扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的試驗(yàn)、監(jiān)測(cè)和儀器》第212頁(yè)上介紹了NB-1扭振標(biāo)定器，將一個(gè)連續(xù)可調(diào)的振蕩信號(hào)(外接信號(hào)發(fā)生器)代替400KHz的晶振，這樣就可得到一個(gè)幅值為0.566°(峰值)三角波形，“模擬”的轉(zhuǎn)速和頻率連續(xù)可變的扭振信號(hào)。NB-1扭振標(biāo)定器比2512型扭振標(biāo)定器僅僅多了轉(zhuǎn)速可調(diào)功能。后來(lái)又有NB-2型扭振標(biāo)定器，但不能模擬軸系的傳感器特性，采用單片機(jī)，制作成本高。
在內(nèi)燃機(jī)扭振測(cè)試實(shí)踐中，常見(jiàn)齒盤的齒數(shù)為60、100、180及其倍數(shù)。為模擬傳感器信號(hào)，要求標(biāo)定器輸出電壓幅值可以調(diào)節(jié)；為模擬發(fā)動(dòng)機(jī)活塞狀態(tài)，要求在總齒數(shù)的1/2時(shí)發(fā)出一個(gè)止點(diǎn)信號(hào)。以上的2512、NB-1以及NB-2型電子標(biāo)定器都不能實(shí)現(xiàn)這些功能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，為了更好地滿足內(nèi)燃機(jī)軸系特性研究和扭振測(cè)試系統(tǒng)開(kāi)發(fā)地需要，提供一種電子式內(nèi)燃機(jī)軸系信號(hào)模擬器電路，使其具有同時(shí)模擬扭振信號(hào)、止點(diǎn)信號(hào)、可以調(diào)節(jié)齒數(shù)和輸出電壓幅值的功能。
本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括信號(hào)發(fā)生部分、分頻部分、計(jì)數(shù)與止點(diǎn)發(fā)生部分、外接線部分。其連接方式為信號(hào)發(fā)生部分的信號(hào)輸出端連到外接線部分的signal out端子，如果選擇本振信號(hào)，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(hào)發(fā)生器，將外部信號(hào)發(fā)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(jì)數(shù)與止點(diǎn)發(fā)生部分連接，并由計(jì)數(shù)與止點(diǎn)發(fā)生部分來(lái)控制，這種控制由計(jì)數(shù)與止點(diǎn)發(fā)生部分的D觸發(fā)器CD4013 U5的第5腳與分頻部分的十進(jìn)制計(jì)數(shù)器CD4518 U1的第15腳相連，計(jì)數(shù)與止點(diǎn)發(fā)生部分的D觸發(fā)器CD4013 U5的第1腳與分頻部分的十六進(jìn)制計(jì)數(shù)器CD4520 U6的第7腳相連而完成。
信號(hào)由信號(hào)發(fā)生部分發(fā)出，經(jīng)過(guò)分頻器將信號(hào)進(jìn)行兩種不同倍數(shù)的分頻，這樣可以得到兩種不同頻率的信號(hào)。這兩種不同頻率的信號(hào)再經(jīng)過(guò)計(jì)數(shù)與止點(diǎn)發(fā)生電路進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)達(dá)到規(guī)定的齒數(shù)時(shí)發(fā)生跳轉(zhuǎn)，這樣就形成了扭振信號(hào)，跳轉(zhuǎn)同時(shí)輸出一個(gè)方波信號(hào)代表止點(diǎn)信號(hào)。扭振信號(hào)經(jīng)電位器R3后和止點(diǎn)信號(hào)由外接線部分向外輸出供用戶使用。
信號(hào)發(fā)生部分包括或非門芯片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(lián)；電阻R1串聯(lián)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并聯(lián)后分別與U12的2腳、電阻R1相連。
分頻部分包括一個(gè)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器CD4518 U1、一個(gè)十六進(jìn)制計(jì)數(shù)器CD4520 U6、一個(gè)或門芯片CD4071 U2、一個(gè)與門芯片7411 U4。其連接方式為十進(jìn)制計(jì)數(shù)器CD4518即U1的1腳和9腳相連，并和pulse_in線相連，U1的2、10腳接VCC，3腳接與門芯片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(jì)數(shù)與止點(diǎn)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(jì)數(shù)與止點(diǎn)發(fā)生部分包括兩個(gè)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器CD4518，分別為U3、U8、一個(gè)D觸發(fā)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，并與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腳相連并與dp_out線相接。
外接線部分包括3個(gè)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(hào)、本振信號(hào)、扭振輸出信號(hào)、上止點(diǎn)輸出信號(hào)的接線，扭振輸出信號(hào)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(shù)管腳信號(hào)。
這幾個(gè)電路功能是有機(jī)地組合在一起。信號(hào)發(fā)生電路是一個(gè)典型的諧振電路，電位器R2可以調(diào)節(jié)信號(hào)的頻率，這樣就調(diào)節(jié)了轉(zhuǎn)速。原始信號(hào)由signal out線從信號(hào)發(fā)生部分輸出并進(jìn)入分頻電路，分頻電路將原始信號(hào)1和2分頻。1分頻后的信號(hào)頻率較高，代表軸轉(zhuǎn)得快；2分頻后的信號(hào)頻率較低，代表軸轉(zhuǎn)得慢，這樣快慢交錯(cuò)就形成了扭振。這兩種不同頻率的信號(hào)是輪流輸出的，輸出的個(gè)數(shù)由計(jì)數(shù)與止點(diǎn)部分電路來(lái)控制。這種控制由U5(D觸發(fā)器CD4013)的第5腳與U1(十進(jìn)制計(jì)數(shù)器CD4518)的第15腳相連，U5(D觸發(fā)器CD4013)的第1腳與U6(十六進(jìn)制計(jì)數(shù)器CD4520)的第7腳相連而完成。當(dāng)U3(十進(jìn)制計(jì)數(shù)器CD4518)的4、5、6腳分別和U4(與門芯片7411)的1腳相連，就得到60、100、180的齒數(shù)個(gè)數(shù)。U5(D觸發(fā)器CD4013)的11腳與U8(十進(jìn)制計(jì)數(shù)器CD4518)的2腳相連得到止點(diǎn)信號(hào)。將輸入輸出線引到插針上就可以向用戶提供信號(hào)。
本發(fā)明具有實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著進(jìn)步，本發(fā)明不僅模擬的轉(zhuǎn)速連續(xù)可變，而且可以實(shí)現(xiàn)模擬(標(biāo)定)的齒數(shù)為60、100、180三擋可變，同時(shí)可以發(fā)出一個(gè)止點(diǎn)信號(hào)模擬活塞運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，最后還實(shí)現(xiàn)了輸出電壓可調(diào)節(jié)來(lái)模擬傳感器特性。本發(fā)明不需要單片機(jī)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，制作成本極大降低。


圖1本發(fā)明電路圖具體實(shí)施方式
如圖1所示，本發(fā)明包括信號(hào)發(fā)生部分a、分頻部分b、計(jì)數(shù)與止點(diǎn)發(fā)生部分c、外接線部分d。其連接方式為信號(hào)發(fā)生部分a的信號(hào)輸出端連到外接線部分d的signal out端子，如果選擇本振信號(hào)，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(hào)發(fā)生器，將外部信號(hào)發(fā)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(jì)數(shù)與止點(diǎn)發(fā)生部分c連接，并由計(jì)數(shù)與止點(diǎn)發(fā)生部分c來(lái)控制，這種控制由計(jì)數(shù)與止點(diǎn)發(fā)生部分c的D觸發(fā)器CD4013 U5的第5腳與分頻部分b的十進(jìn)制計(jì)數(shù)器CD4518 U1的第15腳相連，計(jì)數(shù)與止點(diǎn)發(fā)生部分c的D觸發(fā)器CD4013 U5的第1腳與分頻部分b的十六進(jìn)制計(jì)數(shù)器CD4520 U6的第7腳相連而完成。
信號(hào)發(fā)生部分a包括或非門芯片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(lián)；電阻R1串聯(lián)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并聯(lián)后分別與U12的2腳、電阻R1相連。
分頻部分b包括一個(gè)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器CD4518 U1；一個(gè)十六進(jìn)制計(jì)數(shù)器CD4520 U6；一個(gè)或門芯片CD4071 U2；一個(gè)與門芯片7411 U4。其連接方式為十進(jìn)制計(jì)數(shù)器CD4518即U1的1腳和9腳相連，并和pulse_in線相連，U1的2、10腳接VCC，3腳接與門芯片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(jì)數(shù)與止點(diǎn)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(jì)數(shù)與止點(diǎn)發(fā)生部分c包括兩個(gè)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器CD4518，分別為U3、U8；一個(gè)D觸發(fā)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，并與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腳相連并與dp_out線相接。
外接線部分d包括三個(gè)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(hào)、本振信號(hào)、扭振輸出信號(hào)、上止點(diǎn)輸出信號(hào)的接線。扭振信號(hào)的out經(jīng)過(guò)電位器R3接扭振信號(hào)輸出tvout；U11的1-4腳分別接teeth_60、teeth_100、teeth_180線，即60、100、180齒數(shù)管腳信號(hào)。
權(quán)利要求
1.一種電子式內(nèi)燃機(jī)軸系信號(hào)模擬器電路，包括信號(hào)發(fā)生部分a、分頻部分b、外接線部分d，其特征在于還包括計(jì)數(shù)與止點(diǎn)發(fā)生部分c，其連接方式為信號(hào)發(fā)生部分a的信號(hào)輸出端連到外接線部分d的signal out端子，如果選擇本振信號(hào)，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(hào)發(fā)生器，將外部信號(hào)發(fā)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(jì)數(shù)與止點(diǎn)發(fā)生部分c連接，并由計(jì)數(shù)與止點(diǎn)發(fā)生部分c來(lái)控制，這種控制由計(jì)數(shù)與止點(diǎn)發(fā)生部分c的D觸發(fā)器CD4013 U5的第5腳與分頻部分b的十進(jìn)制計(jì)數(shù)器CD4518 U1的第15腳相連，計(jì)數(shù)與止點(diǎn)發(fā)生部分c的D觸發(fā)器CD4013 U5的第1腳與分頻部分b的十六進(jìn)制計(jì)數(shù)器CD4520 U6的第7腳相連而完成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子式內(nèi)燃機(jī)軸系信號(hào)模擬器電路，其特征是，所述的信號(hào)發(fā)生部分a包括或非門芯片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(lián)，電阻R1串聯(lián)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并聯(lián)后分別與U12的2腳、電阻R1相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子式內(nèi)燃機(jī)軸系信號(hào)模擬器電路，其特征是，所述的分頻部分電路b包括一個(gè)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器CD4518 U1，一個(gè)十六進(jìn)制計(jì)數(shù)器CD4520 U6，一個(gè)或門芯片CD4071 U2，一個(gè)與門芯片7411 U4，其連接方式為十進(jìn)制計(jì)數(shù)器CD4518即U1的1腳和9腳相連，并和pulse_in線相連，U1的2、10腳接VCC，3腳接與門芯片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(jì)數(shù)與止點(diǎn)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(jù)權(quán)利要求1所述的電子式內(nèi)燃機(jī)軸系信號(hào)模擬器電路，其特征是，所述的計(jì)數(shù)與止點(diǎn)發(fā)生部分c包括兩個(gè)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器CD4518，分別為U3、U8，一個(gè)D觸發(fā)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，并與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腳相連并與dp_out線相接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子式內(nèi)燃機(jī)軸系信號(hào)模擬器電路，其特征是，所述的外接線部分d包括三個(gè)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(hào)、本振信號(hào)、扭振輸出信號(hào)、上止點(diǎn)輸出信號(hào)的接線，扭振信號(hào)的out經(jīng)過(guò)電位器R3接扭振信號(hào)輸出tvout，U11的1-4腳分別接teeth_60、teeth_100、teeth_180線，即60、100、180齒數(shù)管腳信號(hào)。
全文摘要
一種電子式內(nèi)燃機(jī)軸系信號(hào)模擬器電路，屬于動(dòng)力工程領(lǐng)域。本發(fā)明的信號(hào)發(fā)生部分的信號(hào)輸出端連到外接線部分signal out端子，如果選擇本振信號(hào)，將外接線部分的signalout端子與pulse_in端子連接，如果接外部信號(hào)發(fā)生器，將外部信號(hào)發(fā)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(jì)數(shù)與止點(diǎn)發(fā)生部分連接，并由計(jì)數(shù)與止點(diǎn)發(fā)生部分來(lái)控制，這種控制由計(jì)數(shù)與止點(diǎn)發(fā)生部分的D觸發(fā)器CD4013的第5腳與分頻部分的十進(jìn)制計(jì)數(shù)器CD4518的第15腳相連，計(jì)數(shù)與止點(diǎn)發(fā)生部分的D觸發(fā)器CD4013的第1腳與分頻部分的十六進(jìn)制計(jì)數(shù)器CD4520的第7腳相連而完成。本發(fā)明具有同時(shí)模擬扭振信號(hào)、止點(diǎn)信號(hào)、可調(diào)節(jié)齒數(shù)和輸出幅值的功能。
文檔編號(hào)G01M15/00GK1488928SQ0315048
公開(kāi)日2004年4月14日 申請(qǐng)日期2003年8月21日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月21日
發(fā)明者李玩幽, 張志誼, 華宏星, 劉妍 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)