[发明专利]内燃机活塞温度自供电无线遥测装置

说明书

技术领域

本发明涉及到内燃机测试技术领域，尤其涉及到活塞温度的自供电无线测量装置。

背景技术

活塞作为内燃机的“心脏”，是将高温燃气的内能转化为内燃机动能的最重要的零部件之一，其工作环境是内燃机组件中最为恶劣的，其中重要一方面是活塞承受着很大的热负荷。随着发动机向高速、强化方向的发展，发动机的增压比和比功率不断提高，热负荷严重状况愈加突出。为了评价活塞的热负荷，直观有效的方法是分析活塞的温度场。目前，活塞的温度场分析多采用有限元数值模拟，得到近似的温度场，而更准确的方式是直接测量活塞特征点的温度值。

目前测量活塞温度有很多测量方法，主要分为热塞法、光学测温法和电测法三类。热塞法在国内应用最为普遍，其只能得到单一工况下的最大温度，测量精度不高。光学测温法一次测量可以得到整个活塞表面的温度，没有温度梯度，但其结构较复杂，成本较高。电测法主要有电磁感应法、红外遥测法、存储法等。电磁感应法和红外遥测法靠点传送信号，只能得到活塞下止点的温度，也不利于多通道可靠性测量。存储法，能够连续性采样任意工况任意时刻的温度数据，但读取数据时需要从活塞内取出存储器。另外，现有电测法均需要电池或电源供电，一般的电池寿命大约也就4小时，而标准的发动机测试试验需要甚至100小时以上，电池安装在活塞内腔难以更换。而且，在150度左右的高温下，电池性能即使不被破坏，也会被大大削弱，而且电池在高温下使用非常危险。如果利用外部的电源，电源引线随活塞做快速往复运动，疲劳寿命极低。因此，电测法的供电也是亟需解决的关键问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种活塞温度的无线遥测装置，该装置实现了活塞温度的实时多通道测量和无线测量，而且能够将发动机的机械能转换为电能，从而实现自供电。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明的内燃机活塞温度自供电无线遥测装置包括：

电源单元，与温度信号采集单元、无线发送单元相连，用于产生电能，给其他单元供电。

温度信号采集单元，与电源单元和无线发送单元相连，用于将活塞内部的多通道温度信号转变成电压信号，并传送给无线发送单元。

无线发送单元，与电源单元和温度信号采集单元相连，用于接收温度信号采集单元的电压信号，计算温度值，并将温度值通过无线电波传送给无线发射单元。

无线接收单元，用于通过无线电波接收无线发送单元传输的温度值，并通过串口通讯转发给计算机。

所述的电源单元，包括永久磁铁、铁芯线圈、PCB板Ⅰ，所述永久磁铁固定安装在发动机连杆工字型凹槽的一侧底部，该侧必须是与曲轴平衡块相对的一侧；所述铁芯线圈固定安装在活塞腔底部并靠近永久磁铁的位置，铁芯线圈的形状是弯曲的，由于连杆相对于活塞销是往复旋转摆动的，连杆的往复旋转运动带动永久磁铁一直往复旋转摆动，从而在铁芯线圈中持续产生感应电流；所属铁芯线圈与PCB板Ⅰ相连，所述的PCB板I中集成了整流电路、滤波电路、稳压电路，PCB板Ⅰ固定安装在活塞内腔，且与永久磁铁安装在同一侧，PCB板Ⅰ输出为3.3V稳定电压。

所述的温度信号采集单元包括多通道的热敏电阻温度传感器、多路模拟开关、恒流源电路、电压放大电路，所述恒流源电路采用双运放构成，所述的温度传感器采用带有螺纹接口的PT100薄膜铂电阻。

所述的无线发送单元，包括微处理器Ⅰ、晶振电路和复位电路、无线发射芯片及其外围电路、天线，所述微处理器Ⅰ采用低功耗STM32微处理器，天线为PCB天线。

所述的无线发送单元及温度信号采集单元中的多路模拟开关、恒流源电路、电压放大电路都集成在PCB板Ⅱ中，所述的PCB板Ⅱ固定安装在活塞内腔，并与PCB板Ⅰ通过高温导线相连，高温导线用耐高温胶固定在连杆小头的上面或固定在活塞内腔壁上。所述PCB板Ⅱ中的所有芯片均能以3.3V作为供电电压。

所述的无线接收单元，包括PCB板Ⅲ、天线与上位机，PCB板Ⅲ集成了微处理器Ⅱ、晶振电路和复位电路、无线接收芯片及其外围电路，所述微处理器Ⅱ通过串口与上位机相连，PCB板Ⅲ固定在发动机曲轴箱的底部。

与现有技术相比，本发明的优点在于：1、本装置利用电磁感应原理能够将活塞的机械能持续转化成电能，给温度测量装置持续供电，保证了活塞温度测量的可持续性，可以测量活塞稳态工况下任意时刻的温度；2、本装置功耗低，对电源单元的供电功率要求低；3、本装置没有电池，使用安全，且整体质量小，对活塞自身运动影响很小；4、温度值采用无线电传输方式，编程简单，还避免了输出引线难的问题。