波形分析在物流設(shè)備傳感器檢測(cè)中的應(yīng)用

　　摘要：在現(xiàn)代物流設(shè)備中，電子設(shè)備所在的比例越來(lái)越大，而對(duì)電子設(shè)備的診斷檢測(cè)，示波器因其使用方便，準(zhǔn)確，得到了越來(lái)越廣泛的運(yùn)用，本文以汽車(chē)電控燃油噴射發(fā)動(dòng)機(jī)的磁電式發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸位置傳感器和光電式發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸位置傳感器為例，介紹波形分析在傳感器檢測(cè)中的應(yīng)用。并能推及其他物流設(shè)備發(fā)動(dòng)機(jī)的其他元器件的波形分析方法。
　　關(guān)鍵詞：物流設(shè)備；傳感器；波形分析
　　中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
　　
　　一、引言
　　
　　在現(xiàn)代自動(dòng)化物流產(chǎn)品和物流工程中，比如在物流運(yùn)輸車(chē)輛、自動(dòng)分揀系統(tǒng)、自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)等系統(tǒng)中，傳感器的運(yùn)用越來(lái)越廣泛。以汽車(chē)為例，汽車(chē)上的電子設(shè)備每年都在增加，汽車(chē)維修中電子設(shè)備的修理工作也就越來(lái)越多，現(xiàn)代的汽車(chē)修理工作，已經(jīng)不再是一個(gè)單純的機(jī)械修理，而是機(jī)械和電子一體化的維修。
　　在工程實(shí)踐中，對(duì)物流設(shè)備電子器件故障的診斷檢測(cè)，示波器、解碼器和萬(wàn)用表是最經(jīng)常使用的汽車(chē)檢測(cè)分析設(shè)備，而示波器有著更為精確及描述細(xì)致的優(yōu)點(diǎn)。萬(wàn)用表通常只能用一、二個(gè)電參數(shù)來(lái)反映電信號(hào)的特征，而解碼器的波形分析功能相對(duì)較弱，示波器則用電壓隨時(shí)間的變化的圖象來(lái)反應(yīng)一個(gè)電信號(hào)，它顯示電信號(hào)比萬(wàn)用表更準(zhǔn)確、更形象。比如在汽車(chē)維修中，示波器對(duì)汽車(chē)電子設(shè)備的測(cè)試時(shí)，通過(guò)菜單選擇要測(cè)試的內(nèi)容，無(wú)需任何設(shè)定和調(diào)整就可以直接觀察波形，如何分析獲取的波形，成為了故障診斷分析的關(guān)鍵。電控發(fā)動(dòng)機(jī)是現(xiàn)代物流設(shè)備中最常見(jiàn)的動(dòng)力提供裝置，本文以汽車(chē)曲軸位置傳感器為例，說(shuō)明波形分析在傳感器檢測(cè)中的應(yīng)用。
　　曲軸位置傳感器（CPS）主要是用來(lái)采集發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)角度信號(hào)、曲軸位置信號(hào)和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)，并輸入電控單元，以便確定點(diǎn)火時(shí)刻和噴油時(shí)刻，一般安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸前部、中部或者飛輪上。發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸位置傳感器通常有霍爾式、磁電式和光電式三種。如轎車(chē)中桑塔納2000GSi采用磁電式，桑塔納2000GLi采用霍爾式。本文以磁電式發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸位置傳感器為例，說(shuō)明在傳感器檢測(cè)中的波形分析方法。
　　
　　二、波形分析方法和判定依據(jù)
　　
　　對(duì)不同傳感器的波形分析，一般都應(yīng)著重從幅值、頻率、脈寬、形狀、陣列等方面分析。幅值是信號(hào)的最大電壓，頻率是信號(hào)的循環(huán)時(shí)間，脈寬是信號(hào)的占空比或所占時(shí)間，形狀是信號(hào)的外形模樣，陣列是重復(fù)信號(hào)的一致性。分析檢出波形和正常波形相比較在以上五個(gè)判定依據(jù)上的差異，結(jié)合曲軸位置傳感器的原理和結(jié)構(gòu)，判定這些差異是由于發(fā)動(dòng)機(jī)工況、環(huán)境因素帶來(lái)的正常變化，還是因?yàn)楣收蠋?lái)的變化，進(jìn)而分析出波形所包含的故障信息，從而檢查出傳感器以及電路和控制電腦等各部分的故障。
　　故障電路從損壞狀態(tài)到被修復(fù)狀態(tài)在汽車(chē)示波器上顯示的波形幾乎總是在它的五種判定依據(jù)指標(biāo)上發(fā)生劇烈的變化，所以我們可以用汽車(chē)示波器對(duì)維修對(duì)象修理后進(jìn)行波形驗(yàn)證，將維修前波形以及正常波形對(duì)比，以確定是否將其修復(fù)或者進(jìn)一步診斷。
　　
　　三、磁電式汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸位置傳感器的波形分析方法
　　
　　1.波形檢測(cè)方法
　　連接波形測(cè)試設(shè)備（汽車(chē)示波器或者發(fā)動(dòng)機(jī)綜合分析儀等），起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，怠速運(yùn)轉(zhuǎn)。而后加速或按照行駛性能發(fā)生故障的需要駕駛等，獲得波形，典型的磁電式曲軸位置傳感器信號(hào)波形如圖1所示。
　　
　　
　　2.波形分析方法
　　（１）觸發(fā)輪上相同的齒形應(yīng)產(chǎn)生相同型式的連續(xù)脈沖，脈沖有幾乎一致的形狀。其中幅值應(yīng)與曲軸（或凸輪軸）的轉(zhuǎn)速成正比，輸出信號(hào)的頻率也會(huì)隨觸發(fā)輪轉(zhuǎn)動(dòng)速度增大而增大，并且觸發(fā)輪與傳感器磁極間的間歇大小也會(huì)對(duì)傳感器信號(hào)的幅值有很大的影響。
　　（2）波形各個(gè)最大（最小）峰值電壓應(yīng)相差不多，若某一個(gè)峰值電壓低于其他的峰值電壓，一般是觸發(fā)輪缺角或彎曲引起的。
　　（3）觸發(fā)輪缺齒會(huì)帶來(lái)波形的變化。磁電式曲軸位置傳感器是依靠除去傳感器觸發(fā)輪上一個(gè)齒或兩個(gè)相互靠近的的齒所產(chǎn)生的同步脈沖，以確定上止點(diǎn)的信號(hào)，這會(huì)引起輸出信號(hào)頻率的變化，而在齒數(shù)減少的情況下，幅值也會(huì)變化，所以應(yīng)注意分析觸發(fā)輪缺齒處的波形變化。
　　（4）波形的形狀分析。波形的上下波動(dòng)，不可能在0V電位的上下完美地對(duì)稱，但大多數(shù)傳感器的波形相當(dāng)接近，磁電式曲軸位置傳感器的幅值隨轉(zhuǎn)速的增加而增加，轉(zhuǎn)速增加，波形高度相對(duì)增加。
　　（5）波形的幅值、頻率和形狀在確定的條件下(如相同轉(zhuǎn)速)應(yīng)是一致的、可重復(fù)的、有規(guī)律的和可預(yù)測(cè)的。即測(cè)得波形峰值的幅度應(yīng)該足夠高，兩脈沖時(shí)間間隔(頻率)應(yīng)一致(除同步脈沖外)，形狀一致并可預(yù)測(cè)。
　　（6）波形的頻率應(yīng)同發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速同步變化，兩個(gè)脈沖間隔只是在同步脈沖出現(xiàn)時(shí)才改變。能使兩脈沖間隔時(shí)間改變的唯一理由，是觸發(fā)輪上的齒輪數(shù)缺少或特殊齒經(jīng)過(guò)傳感器，任何其他改變脈沖間隔時(shí)間的波形出現(xiàn)都可能意味著傳感器有故障。
　　（7）在大多數(shù)情況下，如果傳感器或電路有故障，波形檢測(cè)設(shè)備上將完全沒(méi)有信號(hào)，所以波形測(cè)試設(shè)備中間0V電壓處是一條直線便是很重要的診斷資料。
　　如果示波器顯示在零電位時(shí)是一條直線，則說(shuō)明傳感器信號(hào)系統(tǒng)中有故障，那么應(yīng)該在確定示波器到傳感器的連接是正常的之后，進(jìn)一步檢查相關(guān)的零件(分電器軸、曲軸、凸輪軸)是否旋轉(zhuǎn)、磁電式曲軸位置傳感器的空氣間隙是否適當(dāng)和傳感器頭有無(wú)故障。
　　注意：也有可能是點(diǎn)火模塊或發(fā)動(dòng)機(jī)ECU中的傳感器內(nèi)部電路搭鐵，此時(shí)可以用拔下傳感器導(dǎo)線連接器后再用波形測(cè)試設(shè)備測(cè)試的方法來(lái)判斷。
　　（8）當(dāng)故障出現(xiàn)在示波器上時(shí)，搖動(dòng)線束可以進(jìn)一步證明磁電式曲軸位置傳感器是不是故障的根本原因。
　　（9）如果發(fā)動(dòng)機(jī)異響和行駛性能故障與波形的異常有關(guān)，則說(shuō)明故障是由該傳感器故障造成的。
　　（10）不同類型的傳感器的波形峰值電壓和形狀并不相同。由于線圈是傳感器的核心部分，所以故障往往與溫度關(guān)系密切，大多數(shù)情況是波形峰值變小或變形，同時(shí)出現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)失速、斷火或熄火。通常最常見(jiàn)的傳感器故障是根本不產(chǎn)生信號(hào)，這說(shuō)明是傳感器的線圈有斷路故障。
　　（11）學(xué)習(xí)典型故障的典型波形。掌握常見(jiàn)故障的典型波形，對(duì)快速準(zhǔn)確的診斷故障有很大的幫助。如果檢測(cè)出的波形異常，應(yīng)維修或更換磁電式曲軸位置傳感器（含傳感器頭和觸發(fā)輪）。
　　
　　四、結(jié)束語(yǔ)
　　
　　對(duì)電控發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸位置傳感器的檢測(cè)中，借助示波器的波形，對(duì)其幅值、頻率、脈寛、形狀、陣列等信息的分析，并與正常的基本波形進(jìn)行比對(duì)分析，在熟悉常見(jiàn)故障的波形的基礎(chǔ)上，可以快速、準(zhǔn)確的確定曲軸位置傳感器的故障。
　　根據(jù)本文的分析，對(duì)電控發(fā)動(dòng)機(jī)其他電子設(shè)備的診斷分析提供了有效的方法，其應(yīng)用還不限于汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)傳感器檢測(cè)，可以運(yùn)用去其他物流設(shè)備傳感器檢測(cè)和維修。
　　作者單位：成都電子機(jī)械高等專科學(xué)校
　　
　　參考文獻(xiàn)：
　　[1] 宋福昌．汽車(chē)傳感器的識(shí)別與檢測(cè)[M]．北京：電子工業(yè)出版社，2004.
　　[2] 繆寧陵，宋建軍．汽車(chē)點(diǎn)火波形分析探究[J]．桂林航天工業(yè)專科學(xué)