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超声波汽车不解体油耗分析仪现场应用研究

作　者: 宋云峰
导　师: 原培新
学　校: 东北大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 汽车油耗检测 LabVIEW 不解体油耗检测虚拟仪器系统超声波传感器时差法流量计
分类号: U472.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 21次
引　用: 1次
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内容摘要

近几年来,汽车工业特别是轿车行业有了突飞猛进的发展,例如2005年,全国汽车产量已达965万辆,由于全球高新技术的日新月异以及人们对保护环境与节约能源的更加关注,各种油耗检测设备就应运而生,但是其中大部分为解体式油耗检测技术,主要为容积法和质量法。由于此种检测设备结构复杂,拆装困难,其应用受到了一定的限制。目前,不解体式测量方法越来越受到人们的关注,不解体油耗分析系统的开发研究是交通部重大科技攻关项目之一,此项目包括从方案确定、硬件设计、信号处理到软件编程等很多内容,本论文的目的就是研制出一套不解体油耗检测系统。本论文首先对不解体油耗检测的技术进行了研究,通过对超声波检测技术的理论研究,得出了适合于不解体油耗检测的技术——超声波检测技术。从检测的实际情况出发,得出了适合于不解体油耗检测的超声波传感器选用及安装方案。根据实际需要,我们设计了以反拖型汽车底盘测功机为基础的检测平台,通过对汽车在测功机上的模拟道路行驶,进行即时检测,满足了检测的现场需要。同时通过大量的实验对超声波流量计的性能进行了测试,并对误差进行了分析与修正；提出了流量计系数法和误差曲线修正方法。在进行汽车油耗性能试验时,需测取的参数有流量、转数等信号,这些若以人工读取表计的方法,不仅耗时费力,而且在人工读数及记录过程中易产生各种误差,试验的精度难以得到保证。为此本课题研究开发了以PC为硬件平台、并利用虚拟仪器技术开发了上位机的软件系统,以LabVIEW软件为开发平台,配合必要的传感器、信号调理器和数据采集卡组成的多通道油耗检测虚拟仪器系统。该系统在计算机上通过软件控制数据采集、数据分析并显示结果,通过这些设计能满足用户的检测需要。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-12
第一章绪论  12-18
  1.1 油耗检测的国内外研究状况  12-13
  1.2 解体式油耗分析仪的研究状况  13-15
    1.2.1 油耗分析仪的分类  13-14
    1.2.2 解体式油耗仪的检测方法研究  14-15
      1.2.2.1 容积式油耗仪  14
      1.2.2.2 质量式油耗仪  14-15
  1.3 汽车燃油台架检测  15-16
    1.3.1 台架检验方法  16
    1.3.2 台架法中常见的两种检测油耗的方法  16
  1.4 论文的主要目标及工作  16-18
第二章汽车油耗检测的理论基础  18-32
  2.1 汽车油耗检测系统道路模拟部分工作原理  18-21
    2.1.1 利用反拖型汽车底盘测功机模拟道路实验工作原理  18-19
    2.1.2 基于测功机系统下的等速油耗检测  19
    2.1.3 汽车底盘测功机结构  19-21
    2.1.4 反拖型汽车底盘测功机基本性能参数  21
  2.2 激光测流量的理论基础  21-22
    2.2.1 激光多普勒效应  21-22
    2.2.2 激光多普勒流速计  22
  2.3 超声波测量流量的理论基础  22-32
    2.3.1 超声波的类型  23-24
      2.3.1.1 纵波  23
      2.3.1.2 横波  23-24
      2.3.1.3 表面波  24
      2.3.1.4 板波  24
    2.3.2 超声波流量计的声学原理  24-25
    2.3.3 超声波测流量的主要测量方法  25-32
      2.3.3.1 时差法  25-27
      2.3.3.2 相差法  27
      2.3.3.3 频差法  27-28
      2.3.3.4 超声束位移法  28-29
      2.3.3.5 超声多普勒法  29-32
第三章油耗检测现场应用系统总体设计  32-44
  3.1 油耗检测系统总体设计  32
  3.2 超声波流量计及转数传感器的选用及设计  32-41
    3.2.1 超声波流量计探头参数的选择  33-36
      3.2.1.1 声压强度传播理论  33
      3.2.1.2 换能器指向特性  33-34
      3.2.1.3 超声波倾斜入射到平界面上的反射与折射  34
      3.2.1.4 探头结构与波形转换问题  34-36
    3.2.2 超声波的激发与接收  36-37
    3.2.3 超声波流量计、传感器的选用及安装  37-41
  3.3 关于数据采集卡的选用及设计  41-43
    3.3.1 DAQ卡  41-42
    3.3.2 数据采集基本理论  42-43
  3.4 工控机的选择  43-44
第四章超声波流量计性能测试、误差分析与修正方案  44-66
  4.1 性能测试实验  44-52
    4.1.1 零流量测试实验  44-45
    4.1.2 质量法测试实验  45-47
      4.1.2.1 实验原理分析  45
      4.1.2.2 实验环境的确定  45-46
      4.1.2.3 实验数据  46-47
    4.1.3 标准流量计对比法实验  47-52
      4.1.3.1 实验环境的确定  47
      4.1.3.2 实验原理分析  47-49
      4.1.3.3 实验数据采集  49-52
  4.2 系统误差分析  52-55
  4.3 误差产生的原因分析  55-62
    4.3.1 管径参数对误差的影响  55-57
    4.3.2 管径参数对传感器距离的影响  57-59
    4.3.3 超声波流量计的内部误差  59-62
      4.3.3.1 流体动力学修正  59-61
        4.3.3.1.1 速度分布不均引起的超声波射线轨迹的变化  59
        4.3.3.1.2 线平均速度与面平均速度之差引起的误差  59-61
      4.3.3.2 温度变化引起的测量误差  61-62
      4.3.3.3 结论  62
  4.4 流量计的修正方案  62-66
    4.4.1 流量计系数法  62-64
    4.4.2 误差曲线修正法  64-66
第五章油耗检测系统软件设计  66-78
  5.1 软件设计方案  66-67
    5.1.1 LabVIEW开发环境  66
    5.1.2 LabVIEW软件的设计思想  66-67
  5.2 软件流程的设计  67
  5.3 基于串口通信的流量数据采集  67-70
    5.3.1 RS232通信协议  67-69
    5.3.2 RS-232串行接口接线图  69-70
  5.4 系统检测程序总体设计  70-78
    5.4.1 软件各模块设计部分  70-72
      5.4.1.1 启动模块设计  70-71
      5.4.1.2 转数部分模块  71-72
      5.4.1.3 油耗量输出部分  72
      5.4.1.4 百公里油耗检测部分  72
    5.4.2 基于数据采集卡部分的信号采集软件设计  72-75
      5.4.2.1 数据采集卡测量电脉冲的原理  73-74
      5.4.2.2 本课题基于数据采集卡的程序模块编写  74-75
      5.4.2.3 本课题的串口编程方法  75
      5.4.2.4 基于上位机的串行通讯接口编程部分  75
    5.4.3 LabVIEW与超声波流量计的串口程序通讯实现  75-78
      5.4.3.1 数据存储模块  77-78
第六章结论  78-79
参考文献  79-81
致谢  81

超声波汽车不解体油耗分析仪现场应用研究

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