電火花強度紫外測試儀的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種電火花強度紫外測試儀，包括主控模塊、信號處理部分、電源部分和紫外光敏器件，所述的電源部分給信號處理部分供電，電源部分通過升壓部分給紫外光敏器件供電，在紫外光敏器件上連接有探測窗口，紫外光敏器件檢測紫外線將信號傳輸給信號處理部分，信號處理部分將信號處理后再將數(shù)據(jù)傳輸給主控模塊；所述的主控模塊包括微處理器模塊、數(shù)據(jù)存取模塊、按鍵模塊和聲光報警模塊，信號處理部分將信號傳輸給微處理器模塊，微處理器模塊與數(shù)據(jù)存取模塊之間實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲和讀取。本產(chǎn)品能夠直接對電火花強度進行測量，測試成本低，測試準確度高。
【專利說明】電火花強度紫外測試儀
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及發(fā)動機點火系統(tǒng)的測試領域，具體地講是一種電火花強度紫外測試儀。
【背景技術】
[0002]活塞式發(fā)動機磁電機點火系統(tǒng)是發(fā)動機的重要系統(tǒng)?；钊桨l(fā)動機磁電機點火系統(tǒng)的作用就是按規(guī)定的點火次序，適時地產(chǎn)生高強度的電火花，點燃混合氣，推動發(fā)動機做功。它工作的好壞直接影響起動機性能、發(fā)動機功率、經(jīng)濟性以及工作的可靠性。在實際工作中，點火系統(tǒng)發(fā)生的問題也比較多，據(jù)各類統(tǒng)計數(shù)字表明，活塞式發(fā)動機中三分之二的故障與點火系統(tǒng)有關。
[0003]汽車和船舶發(fā)動機點火系統(tǒng)是發(fā)動機的重要組成部分。它工作的好壞直接影響起動機性能、發(fā)動機功率、經(jīng)濟性以及工作的可靠性。實際工作中發(fā)動機不能正常工作除一些基本機械故障外，主要與點火系統(tǒng)工作是否正常密切相關。
[0004]點火電火花強度測試是一個技術難題，普通眼睛觀查不準確，常規(guī)的儀器測試是通過測試點火電嘴兩端的超高電壓(20KV或以上)和大電流(60A以上)來間接反應點火電火花強度。但是該儀器電壓探頭特別昂貴，并且電壓電流測試方法不準確(屬于間接測試手段)，原因在于點火電嘴由于積油、掛碳、電極間距改變等原因，使測得相同電壓電流會產(chǎn)生完全不同的電火花點火強度，所以迫切需要一種直接的電火花點火強度測試手段。
實用新型內(nèi)容
[0005]本實用新型要解決的技術問題是，提供一種可以直接進行電火花強度測試，測試成本低，準確度高的電火花強度紫外測試儀。
[0006]本實用新型的技術解決方案是，提供一種以下結(jié)構(gòu)的電火花強度紫外測試儀，包括主控模塊、信號處理部分、電源部分和紫外光敏器件，所述的電源部分給信號處理部分供電，電源部分通過升壓部分給紫外光敏器件供電，在紫外光敏器件上連接有探測窗口，紫外光敏器件檢測紫外線將信號傳輸給信號處理部分，信號處理部分將信號處理后再將數(shù)據(jù)傳輸給主控模塊。
[0007]采用以上結(jié)構(gòu)，本實用新型與現(xiàn)有技術相比具有以下優(yōu)點:采用本實用新型，由電火花產(chǎn)生的紫外線通過探測窗口作用于紫外光敏器件，紫外光敏器件探測和采集紫外信號，并將信號傳遞給信號處理部分進行處理后，再傳輸給主控模塊，由主控模塊完成電火花點火強度數(shù)據(jù)記錄、存儲、測試模式控制、歷史數(shù)據(jù)調(diào)用、查詢等功能；本產(chǎn)品能夠直接對電火花強度進行測量，測試成本低，測試準確度高。
[0008]作為改進，所述的主控模塊包括微處理器模塊、數(shù)據(jù)存取模塊、按鍵模塊和聲光報警模塊，信號處理部分將信號傳輸給微處理器模塊，微處理器模塊與數(shù)據(jù)存取模塊之間實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲和讀取，當檢測到電火花紫外輻射時，儀器將會出現(xiàn)紅色燈光閃爍、音頻鈴聲報警，并且隨著被紫外輻射強度增加閃爍速度會越來越快、報警音頻也越來越快。[0009]作為改進，紫外光敏器件為日盲型紫外光敏管；可以避免背景太陽光紫外輻射對系統(tǒng)目標紫外探測的影響。
[0010]作為改進，所述的探測窗口由氟化鎂紫外光學透鏡系統(tǒng)制成；本紫外光學透鏡鏡頭系統(tǒng)設計的目的就是通過“物鏡”增加輻射的角密度，并使經(jīng)過“目鏡”準直的紫外輻射充滿在整個探測器上，同時充分利用氟化鎂材料的紫外波段的選擇性，使需要的被探測紫外波段通過，使干擾背景光波段被濾除。
[0011]作為改進，所述的信號處理部分包括相互串接的A/D轉(zhuǎn)換器和數(shù)字濾波器，所述的數(shù)字濾波器與主控模塊連接。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為本實用新型電火花強度紫外測試儀的結(jié)構(gòu)框圖。
[0013]圖2為主控模塊的結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步說明。
[0015]如圖1和2所示，本實用新型的電火花強度紫外測試儀，包括主控模塊、信號處理部分、電源部分和紫外光敏器件，所述的電源部分給信號處理部分供電，電源部分通過升壓部分給紫外光敏器件供電，在紫外光敏器件上連接有探測窗口，紫外光敏器件檢測紫外線將信號傳輸給信號處理部分，信號處理部分將信號處理后再將數(shù)據(jù)傳輸給主控模塊。
[0016]所述的主控模塊包括微處理器模塊、數(shù)據(jù)存取模塊、按鍵模塊和聲光報警模塊，信號處理部分將信號傳輸給微處理器模塊，微處理器模塊與數(shù)據(jù)存取模塊之間實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲和讀取。
[0017]紫外光敏器件為日盲型紫外光敏管。
[0018]所述的探測窗口由氟化鎂紫外光學透鏡系統(tǒng)制成。
[0019]所述的信號處理部分包括相互串接的A/D轉(zhuǎn)換器和數(shù)字濾波器，所述的數(shù)字濾波器與主控模塊連接。
[0020]紫外測試儀的核心器件為日盲型充氣紫外光敏管，利用器件“日盲”特征，可以避免背景太陽光紫外輻射對系統(tǒng)目標紫外探測的影響；利用對器件充氣種類與比例和純度特征，可以選擇特別需要的紫外探測波段，避免主探測波段之外其它光波干擾，利用特別設計噪聲清洗電路模塊對器件本底噪聲進行徹底清洗，使該儀器能探測點火電火花發(fā)出的最小點火強度0.2暈焦耳。
[0021]本儀器要求設計為防爆型紫外探測光學鏡頭系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，不受風、雨、太陽光和普通電燈照明光等背景干擾光的影響，適合于苛刻環(huán)境中使用。紫外光學鏡頭系統(tǒng)設計，首先根據(jù)使用要求，擬設計指標，然后再對構(gòu)成幾個部件進行計算和設計，包括確定系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式、工作波段、光學鏡頭機構(gòu)形式、作用距離、視場、分辨率、探測概率和虛警率，以及信號檢測和信號處理系統(tǒng)的設計。紫外光學鏡頭系統(tǒng)采用氟化鎂作為紫外探測窗口材料，其工作波段最大范圍地覆蓋本探測器需要的真空紫外波段和短波紫外波段。氟化鎂材料物理化學性能穩(wěn)定，價格比藍寶石便宜但比普通石英玻璃要貴，所以從探測波段覆蓋考慮，選擇氟化鎂材料作為紫外探測器窗口材料。然而氟化鎂紫外光學透鏡與普通日光光學相機透鏡不同，市面上很難買到。選擇高純度氟化鎂粉體經(jīng)過研制樣塊、高溫燒結(jié)、機器初磨、手工精磨等多道加工工藝制備得到聚焦的紫外光學透鏡鏡片。該光學系統(tǒng)中用一個氟化鎂材料制造的“物鏡”透鏡產(chǎn)生輻射源的像，然后由氟化鎂材料制造的“目鏡”透鏡對這個像進行觀察，并將紫外輻射能量送到探測器上。在該系統(tǒng)中，聚光“目鏡”實際上是一個準直元件，它的焦點上有一個經(jīng)“物鏡”聚焦而形成的輻射源。本紫外光學透鏡鏡頭系統(tǒng)設計的目的就是通過“物鏡”增加輻射的角密度，并使經(jīng)過“目鏡”準直的紫外輻射充滿在整個探測器上，同時充分利用氟化鎂材料的紫外波段的選擇性，使需要的被探測紫外波段通過，使干擾背景光波段被濾除。
[0022]日盲型紫外光敏管起始放電電壓要求直流+280V，最佳工作電壓是直流+350V。本儀器使用一節(jié)3.7V，2500mAH鋰電池供電，需要再普通電源模塊基礎山更增加升壓模塊。將
3.7V直流一次性升壓近一百倍至350V直流還沒有很好的方案，為此本儀器采用了兩級升壓的方案，來滿足日盲型充氣紫外光敏管的工作需求。具體的兩級升壓方案是，升壓電路模塊把鋰電池提供的直流3.7V升壓至直流+12V，然后把直流+12V通過P麗調(diào)制升壓至+350V,給日盲型充氣紫外光敏管供電。這樣就可滿足紫外敏感器件的工作電源要求，升壓電路示意圖如圖3所示。
[0023]信號處理部分主要完成以下任務，當有185nnT260nm的紫外輻射進入光敏管的探測范圍時，采集光敏管接收到該信號，然后送入選頻放大器，放大有效信號，抑制噪聲信號，之后送入二級放大器對信號進行二次放大，此時該模擬信號滿足模數(shù)轉(zhuǎn)換要求，送入A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；為減小信號中高斯白噪聲和脈沖噪聲的影響，在送入主控模塊之前進行一次數(shù)字濾波，這一過程由單片機及其軟件來實現(xiàn)。
[0024]主控模塊中微處理器模塊有重要作用，微處理器AT91SAM7S256是主控模塊的控制核心，還包括微處理器電源供電電路設計、微處理器外圍配置電路設計、UART異步串行接口通信的電平轉(zhuǎn)換設計、USB接口電路設計、實時時鐘電路設計、液晶顯示接口電路設計，最后制作了基于上述硬件電路的電火花強度紫外測試儀的PCB電路板。微處理器電源模塊設計完成后，需要對微處理器的管腳及周圍衍生電路進行配置，比如建構(gòu)時鐘發(fā)生器電路，分配各電源管腳類的連接策略，使之能啟動工作。微處理器周圍的配置狀況如圖4所示圖中處理器的時鐘發(fā)生器由I個主振蕩器、I個PLL和一個RC振蕩器組成，它能提供下列時鐘:SLCK，慢速時鐘，系統(tǒng)內(nèi)唯一恒定時鐘；主振蕩器輸出MAINCK ;分頻器與PLL塊輸出PLLCK。這里選用的18.432MHz的基頻晶體，當晶體有12.5pF的負載電容時，圖中C108和C109可以去除。圖中C106、C107和R109構(gòu)成一個二階濾波電路，三個器件的選擇由PLL輸入頻率、PLL輸出頻率及相位容限確定。
[0025]微處理器軟件設計包含了抗噪聲數(shù)字濾波程序、微功耗電源智能管理程序、系統(tǒng)硬件底層驅(qū)動程序等。設計數(shù)字濾波程序，濾除系統(tǒng)中存在的高頻干擾信號和其它雜波干擾；為實現(xiàn)設備的微功耗化和電源的智能管理，設計了鋰電池供電和電源管理電路；設計了升壓電路，實現(xiàn)了紫外傳感器模塊與控制模塊共用一節(jié)鋰電池維持工作；把嵌入式實時操作系統(tǒng)內(nèi)核μ C/OS-1I移植到AT91SAM7S256上，編寫系統(tǒng)驅(qū)動程序和各功能模塊的應用程序，建構(gòu)起一個完整的嵌入式操作系統(tǒng)。
[0026]數(shù)據(jù)存取模塊，為了方便對現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)的實時存儲，采用SD卡設計了數(shù)據(jù)存取模塊，能完成連續(xù)4Μ數(shù)據(jù)的存儲，存儲卡存儲滿后，可自動覆蓋存儲或更換新卡繼續(xù)存儲。[0027]按鍵模塊主要設置儀器操作需要的四種功能按鍵及其響應按下鍵后的菜單操作命令。從“待機模式”進入“工作模式”，按下最左邊按鈕，IXD屏顯示解鎖；再按下最右邊按鍵，系統(tǒng)進入“開機界面”。進入“菜單選擇”界面，按動上下箭頭按鍵可以選定相應的工作模式。“時間調(diào)整”工作模式可以調(diào)整日月年時分秒；“檢測模式”工作模式可使若有紫外信號被探測，“TEST VALUE”欄將顯示檢測到的紫外脈沖數(shù)，“MAX”欄顯示本次檢測到的最大值，。檢測過程中按下“保存”鍵(最左邊鍵)，“保存”反色顯示，開始保存檢測數(shù)據(jù)。若不想保存數(shù)據(jù)，再次按下“保存”，恢復正常顯示，停止保存數(shù)據(jù)?！安榭礆v史數(shù)據(jù)”工作模式可對在檢測時保存了檢測數(shù)據(jù)，進行歷史記錄數(shù)據(jù)查看。“對比度調(diào)整”工作模式可以調(diào)整屏幕亮度指示，按動上下按鍵可以增減LCD屏的亮度并確定。
[0028]以上僅就本實用新型較佳的實施例作了說明，但不能理解為是對權(quán)利要求的限制。本實用新型不僅局限于以上實施例，其具體結(jié)構(gòu)允許有變化?？傊苍诒緦嵱眯滦酮毩?quán)利要求的保護范圍內(nèi)所作的各種變化均在本實用新型的保護范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種電火花強度紫外測試儀，其特征在于:包括主控模塊、信號處理部分、電源部分和紫外光敏器件，所述的電源部分給信號處理部分供電，電源部分通過升壓部分給紫外光敏器件供電，在紫外光敏器件上連接有探測窗口，紫外光敏器件檢測紫外線將信號傳輸給信號處理部分，信號處理部分將信號處理后再將數(shù)據(jù)傳輸給主控模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電火花強度紫外測試儀，其特征在于:所述的主控模塊包括微處理器模塊、數(shù)據(jù)存取模塊、按鍵模塊和聲光報警模塊，信號處理部分將信號傳輸給微處理器模塊，微處理器模塊與數(shù)據(jù)存取模塊之間實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲和讀取。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電火花強度紫外測試儀，其特征在于:紫外光敏器件為日盲型紫外光敏管。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電火花強度紫外測試儀，其特征在于:所述的探測窗口由氟化鎂紫外光學透鏡系統(tǒng)制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電火花強度紫外測試儀，其特征在于:所述的信號處理部分包括相互串接的A/D轉(zhuǎn)換器和數(shù)字濾波器，所述的數(shù)字濾波器與主控模塊連接。
【文檔編號】F02P17/12GK203476584SQ201320641303
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年10月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月17日
【發(fā)明者】張登洪, 林英, 胡紅革, 吳斌, 余政革 申請人:寧波東方之光安全技術有限公司