专利名称：电子式内燃机轴系信号模拟器电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种信号模拟装置，特别是一种电子式内燃机轴系信号模拟器电路，属于动力工程领域。
背景技术：
在研究内燃机轴系的动力特性时，需要一个信号发生器来模拟内燃机轴系的动力特性。内燃机动力测试仪器的研制过程中，也需要对测试仪器进行�：�。传统的方法是利用普通信号发生器进行�：�。传统观念将内燃机轴系运动简化为刚体运动，实际上内燃机轴系是一个弹性体。普通信号发生器只能发出频率不变的信号或者连续调频信号，这可以模拟内燃机轴系的刚体运动，但不能模拟内燃机轴系的弹性扭转振动。
经文献检索发现，美国亚特兰大科仪公司生产的2512型电子标定器只能轮流输出50个5000Hz和50个5063.3Hz的方波脉冲，也就是相当于100个齿的齿轮输出前半转较慢、后半转较快的扭振信号。2512型标定器只能输出信号为一个固定转速、固定频率，输出的方波电压固定为5V。检索中还发现，杜极生在东南大学出版社1994年出版的《轴系扭转振动的试验、监测和仪器》第212页上介绍了NB-1扭振标定器，将一个连续可调的振荡信号(外接信号发生器)代替400KHz的晶振，这样就可得到一个幅值为0.566°(峰值)三角波形，“模拟”的转速和频率连续可变的扭振信号。NB-1扭振标定器比2512型扭振标定器仅仅多了转速可调功能。后来又有NB-2型扭振标定器，但不能模拟轴系的传感器特性，采用单片机，制作成本高。
在内燃机扭振测试实践中，常见齿盘的齿数为60、100、180及其倍数。为模拟传感器信号，要求标定器输出电压幅值可以调节；为模拟发动机活塞状态，要求在总齿数的1/2时发出一个止点信号。以上的2512、NB-1以及NB-2型电子标定器都不能实现这些功能。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的上述不足，为了更好地满足内燃机轴系特性研究和扭振测试系统开发地需要，提供一种电子式内燃机轴系信号模拟器电路，使其具有同时模拟扭振信号、止点信号、可以调节齿数和输出电压幅值的功能。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括信号发生部分、分频部分、计数与止点发生部分、外接线部分。其连接方式为信号发生部分的信号输出端连到外接线部分的signal out端子，如果选择本振信号，将外接线部分的signal out端子与pulse_in端子连接，如果接外部信号发生器，将外部信号发生器输入端与pulse_in端子连接，pulse_in端子与分频部分的输入端连接，分频部分输出与计数与止点发生部分连接，并由计数与止点发生部分来控制，这种控制由计数与止点发生部分的D触发器CD4013 U5的第5脚与分频部分的十进制计数器CD4518 U1的第15脚相连，计数与止点发生部分的D触发器CD4013 U5的第1脚与分频部分的十六进制计数器CD4520 U6的第7脚相连而完成。
信号由信号发生部分发出，经过分频器将信号进行两种不同倍数的分频，这样可以得到两种不同频率的信号。这两种不同频率的信号再经过计数与止点发生电路进行计数，当达到规定的齿数时发生跳转，这样就形成了扭振信号，跳转同时输出一个方波信号代表止点信号。扭振信号经电位器R3后和止点信号由外接线部分向外输出供用户使用。
信号发生部分包括或非门芯片CD4001 U12、电阻R1、可变电阻R2、电容C1、可变电容C2。其连接方式为U12的1脚和2脚相连，3脚与可变电阻R2相连；可变电阻R2与电阻R1串联；电阻R1串联上U12的5脚和6脚，U12的4脚与U12的8脚、9脚和signal out线相连；U12的10脚与U12的1脚、2脚相连。电容C1和可变电容C2并联后分别与U12的2脚、电阻R1相连。
分频部分包括一个十进制计数器CD4518 U1、一个十六进制计数器CD4520 U6、一个或门芯片CD4071 U2、一个与门芯片7411 U4。其连接方式为十进制计数器CD4518即U1的1脚和9脚相连，并和pulse_in线相连，U1的2、10脚接VCC，3脚接与门芯片7411即U4的10脚，6脚接4520即U6的2脚，7脚接U2的3脚，14脚接U6的10脚，15脚和U6的15脚相连；U6的1、9脚接地，3、4脚分别和U4的5、4脚相连，5脚与U4的3脚、U2的6脚相连，7脚与U2的2脚相连，13脚与U2的5脚相连；U2的1脚与U4的8脚相连，4脚与输出线out相连；U4的1、2、13脚为计数与止点电路部分，U4的6脚和自身的11脚相接，9脚和U1的6脚相连。
计数与止点发生部分包括两个十进制计数器CD4518，分别为U3、U8、一个D触发器CD4013 U5。其连接方式为U3的1、9脚接地，2脚与14脚相连，3脚与U4的2脚相连，4、5、6脚分别和接线端子的teeth_60、teeth_100、teeth_180相连，10脚和输出线out连接，并与U5的10脚连接；U4的1脚和teeth_in线相连，13脚接VCC，12脚与U5的11、U8的2脚相连；U5的1脚和U6的7脚相连，2脚与5脚相连，3脚和13脚、U3的7脚相接，8脚接地，9脚接VCC；U8的1脚接地，7脚与3脚相连并与dp_out线相接。
外接线部分包括3个4脚插针，为U9、U10、U11。其连接方式为U9、U10、U11为4脚插针；U9的1、2脚分别接VCC即电源和地；U10的1-4脚分别接pulse_in、signal out、tvout、dp_out线即外振信号、本振信号、扭振输出信号、上止点输出信号的接线，扭振输出信号接电位器输出；U11的1-4脚分别接teeth_60、teeth_100、teeth_180线，即60、100、180齿数管脚信号。
这几个电路功能是有机地组合在一起。信号发生电路是一个典型的谐振电路，电位器R2可以调节信号的频率，这样就调节了转速。原始信号由signal out线从信号发生部分输出并进入分频电路，分频电路将原始信号1和2分频。1分频后的信号频率较高，代表轴转得快；2分频后的信号频率较低，代表轴转得慢，这样快慢交错就形成了扭振。这两种不同频率的信号是轮流输出的，输出的个数由计数与止点部分电路来控制。这种控制由U5(D触发器CD4013)的第5脚与U1(十进制计数器CD4518)的第15脚相连，U5(D触发器CD4013)的第1脚与U6(十六进制计数器CD4520)的第7脚相连而完成。当U3(十进制计数器CD4518)的4、5、6脚分别和U4(与门芯片7411)的1脚相连，就得到60、100、180的齿数个数。U5(D触发器CD4013)的11脚与U8(十进制计数器CD4518)的2脚相连得到止点信号。将输入输出线引到插针上就可以向用户提供信号。
本发明具有实质性特点和显著进步，本发明不仅模拟的转速连续可变，而且可以实现模拟(标定)的齿数为60、100、180三挡可变，同时可以发出一个止点信号模拟活塞运动状态，最后还实现了输出电压可调节来模拟传感器特性。本发明不需要单片机开发系统，制作成本极大降低。
图1本发明电路图具体实施方式
如图1所示，本发明包括信号发生部分a、分频部分b、计数与止点发生部分c、外接线部分d。其连接方式为信号发生部分a的信号输出端连到外接线部分d的signal out端子，如果选择本振信号，将外接线部分d的signal out端子与pulse_in端子连接，如果接外部信号发生器，将外部信号发生器输入端与pulse_in端子连接，pulse_in端子与分频部分b的输入端连接，分频部分b输出与计数与止点发生部分c连接，并由计数与止点发生部分c来控制，这种控制由计数与止点发生部分c的D触发器CD4013 U5的第5脚与分频部分b的十进制计数器CD4518 U1的第15脚相连，计数与止点发生部分c的D触发器CD4013 U5的第1脚与分频部分b的十六进制计数器CD4520 U6的第7脚相连而完成。
信号发生部分a包括或非门芯片CD4001 U12、电阻R1、可变电阻R2、电容C1、可变电容C2。其连接方式为U12的1脚和2脚相连，3脚与可变电阻R2相连；可变电阻R2与电阻R1串联；电阻R1串联上U12的5脚和6脚，U12的4脚与U12的8脚、9脚和signal out线相连；U12的10脚与U12的1脚、2脚相连。电容C1和可变电容C2并联后分别与U12的2脚、电阻R1相连。
分频部分b包括一个十进制计数器CD4518 U1；一个十六进制计数器CD4520 U6；一个或门芯片CD4071 U2；一个与门芯片7411 U4。其连接方式为十进制计数器CD4518即U1的1脚和9脚相连，并和pulse_in线相连，U1的2、10脚接VCC，3脚接与门芯片7411即U4的10脚，6脚接4520即U6的2脚，7脚接U2的3脚，14脚接U6的10脚，15脚和U6的15脚相连；U6的1、9脚接地，3、4脚分别和U4的5、4脚相连，5脚与U4的3脚、U2的6脚相连，7脚与U2的2脚相连，13脚与U2的5脚相连；U2的1脚与U4的8脚相连，4脚与输出线out相连；U4的1、2、13脚为计数与止点电路部分，U4的6脚和自身的11脚相接，9脚和U1的6脚相连。
计数与止点发生部分c包括两个十进制计数器CD4518，分别为U3、U8；一个D触发器CD4013 U5。其连接方式为U3的1、9脚接地，2脚与14脚相连，3脚与U4的2脚相连，4、5、6脚分别和接线端子的teeth_60、teeth_100、teeth_180相连，10脚和输出线out连接，并与U5的10脚连接；U4的1脚和teeth_in线相连，13脚接VCC，12脚与U5的11、U8的2脚相连；U5的1脚和U6的7脚相连，2脚与5脚相连，3脚和13脚、U3的7脚相接，8脚接地，9脚接VCC；U8的1脚接地，7脚与3脚相连并与dp_out线相接。
外接线部分d包括三个4脚插针，为U9、U10、U11和电位器R3。其连接方式为U9、U10、U11为4脚插针；U9的1、2脚分别接VCC即电源和地；U10的1-4脚分别接pulse_in、signal_out、tvout、dp_out线即外振信号、本振信号、扭振输出信号、上止点输出信号的接线。扭振信号的out经过电位器R3接扭振信号输出tvout；U11的1-4脚分别接teeth_60、teeth_100、teeth_180线，即60、100、180齿数管脚信号。
权利要求
1.一种电子式内燃机轴系信号模拟器电路，包括信号发生部分a、分频部分b、外接线部分d，其特征在于还包括计数与止点发生部分c，其连接方式为信号发生部分a的信号输出端连到外接线部分d的signal out端子，如果选择本振信号，将外接线部分d的signal out端子与pulse_in端子连接，如果接外部信号发生器，将外部信号发生器输入端与pulse_in端子连接，pulse_in端子与分频部分b的输入端连接，分频部分b输出与计数与止点发生部分c连接，并由计数与止点发生部分c来控制，这种控制由计数与止点发生部分c的D触发器CD4013 U5的第5脚与分频部分b的十进制计数器CD4518 U1的第15脚相连，计数与止点发生部分c的D触发器CD4013 U5的第1脚与分频部分b的十六进制计数器CD4520 U6的第7脚相连而完成。
2.根据权利要求1所述的电子式内燃机轴系信号模拟器电路，其特征是，所述的信号发生部分a包括或非门芯片CD4001 U12、电阻R1、可变电阻R2、电容C1、可变电容C2，其连接方式为U12的1脚和2脚相连，3脚与可变电阻R2相连，可变电阻R2与电阻R1串联，电阻R1串联上U12的5脚和6脚，U12的4脚与U12的8脚、9脚和signal out线相连，U12的10脚与U12的1脚、2脚相连，电容C1和可变电容C2并联后分别与U12的2脚、电阻R1相连。
3.根据权利要求1所述的电子式内燃机轴系信号模拟器电路，其特征是，所述的分频部分电路b包括一个十进制计数器CD4518 U1，一个十六进制计数器CD4520 U6，一个或门芯片CD4071 U2，一个与门芯片7411 U4，其连接方式为十进制计数器CD4518即U1的1脚和9脚相连，并和pulse_in线相连，U1的2、10脚接VCC，3脚接与门芯片7411即U4的10脚，6脚接4520即U6的2脚，7脚接U2的3脚，14脚接U6的10脚，15脚和U6的15脚相连，U6的1、9脚接地，3、4脚分别和U4的5、4脚相连，5脚与U4的3脚、U2的6脚相连，7脚与U2的2脚相连，13脚与U2的5脚相连，U2的1脚与U4的8脚相连，4脚与输出线out相连，U4的1、2、13脚为计数与止点电路部分，U4的6脚和自身的11脚相接，9脚和U1的6脚相连。
4.根据权利要求1所述的电子式内燃机轴系信号模拟器电路，其特征是，所述的计数与止点发生部分c包括两个十进制计数器CD4518，分别为U3、U8，一个D触发器CD4013 U5，其连接方式为U3的1、9脚接地，2脚与14脚相连，3脚与U4的2脚相连，4、5、6脚分别和接线端子的teeth_60、teeth_100、teeth_180相连，10脚和输出线out连接，并与U5的10脚连接，U4的1脚和teeth_in线相连，13脚接VCC，12脚与U5的11、U8的2脚相连，U5的1脚和U6的7脚相连，2脚与5脚相连，3脚和13脚、U3的7脚相接，8脚接地，9脚接VCC，U8的1脚接地，7脚与3脚相连并与dp_out线相接。
5.根据权利要求1所述的电子式内燃机轴系信号模拟器电路，其特征是，所述的外接线部分d包括三个4脚插针，为U9、U10、U11，其连接方式为U9、U10、U11为4脚插针，U9的1、2脚分别接VCC即电源和地，U10的1-4脚分别接pulse_in、signal_out、tvout、dp_out线即外振信号、本振信号、扭振输出信号、上止点输出信号的接线，扭振信号的out经过电位器R3接扭振信号输出tvout，U11的1-4脚分别接teeth_60、teeth_100、teeth_180线，即60、100、180齿数管脚信号。
全文摘要
一种电子式内燃机轴系信号模拟器电路，属于动力工程领域。本发明的信号发生部分的信号输出端连到外接线部分signal out端子，如果选择本振信号，将外接线部分的signalout端子与pulse_in端子连接，如果接外部信号发生器，将外部信号发生器输入端与pulse_in端子连接，pulse_in端子与分频部分的输入端连接，分频部分输出与计数与止点发生部分连接，并由计数与止点发生部分来控制，这种控制由计数与止点发生部分的D触发器CD4013的第5脚与分频部分的十进制计数器CD4518的第15脚相连，计数与止点发生部分的D触发器CD4013的第1脚与分频部分的十六进制计数器CD4520的第7脚相连而完成。本发明具有同时模拟扭振信号、止点信号、可调节齿数和输出幅值的功能。
文档编号G01M15/00GK1488928SQ0315048
公开日2004年4月14日 申请日期2003年8月21日 优先权日2003年8月21日
发明者李玩幽, 张志谊, 华宏星, 刘妍 申请人:上海交通大学
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