波形分析在物流設備傳感器檢測中的應用

　　摘要：在現代物流設備中，電子設備所在的比例越來越大，而對電子設備的診斷檢測，示波器因其使用方便，準確，得到了越來越廣泛的運用，本文以汽車電控燃油噴射發動機的磁電式發動機曲軸位置傳感器和光電式發動機曲軸位置傳感器為例，介紹波形分析在傳感器檢測中的應用。并能推及其他物流設備發動機的其他元器件的波形分析方法。
　　關鍵詞：物流設備；傳感器；波形分析
　　中圖分類號：G642 文獻標識碼：A
　　
　　一、引言
　　
　　在現代自動化物流產品和物流工程中，比如在物流運輸車輛、自動分揀系統、自動化立體倉庫等系統中，傳感器的運用越來越廣泛。以汽車為例，汽車上的電子設備每年都在增加，汽車維修中電子設備的修理工作也就越來越多，現代的汽車修理工作，已經不再是一個單純的機械修理，而是機械和電子一體化的維修。
　　在工程實踐中，對物流設備電子器件故障的診斷檢測，示波器、解碼器和萬用表是最經常使用的汽車檢測分析設備，而示波器有著更為精確及描述細致的優點。萬用表通常只能用一、二個電參數來反映電信號的特征，而解碼器的波形分析功能相對較弱，示波器則用電壓隨時間的變化的圖象來反應一個電信號，它顯示電信號比萬用表更準確、更形象。比如在汽車維修中，示波器對汽車電子設備的測試時，通過菜單選擇要測試的內容，無需任何設定和調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鍵。電控發動機是現代物流設備中最常見的動力提供裝置，本文以汽車曲軸位置傳感器為例，說明波形分析在傳感器檢測中的應用。
　　曲軸位置傳感器（CPS）主要是用來采集發動機曲軸轉動角度信號、曲軸位置信號和發動機轉速信號，并輸入電控單元，以便確定點火時刻和噴油時刻，一般安裝在發動機曲軸前部、中部或者飛輪上。發動機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。本文以磁電式發動機曲軸位置傳感器為例，說明在傳感器檢測中的波形分析方法。
　　
　　二、波形分析方法和判定依據
　　
　　對不同傳感器的波形分析，一般都應著重從幅值、頻率、脈寬、形狀、陣列等方面分析。幅值是信號的最大電壓，頻率是信號的循環時間，脈寬是信號的占空比或所占時間，形狀是信號的外形模樣，陣列是重復信號的一致性。分析檢出波形和正常波形相比較在以上五個判定依據上的差異，結合曲軸位置傳感器的原理和結構，判定這些差異是由于發動機工況、環境因素帶來的正常變化，還是因為故障帶來的變化，進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到被修復狀態在汽車示波器上顯示的波形幾乎總是在它的五種判定依據指標上發生劇烈的變化，所以我們可以用汽車示波器對維修對象修理后進行波形驗證，將維修前波形以及正常波形對比，以確定是否將其修復或者進一步診斷。
　　
　　三、磁電式汽車發動機曲軸位置傳感器的波形分析方法
　　
　　1.波形檢測方法
　　連接波形測試設備（汽車示波器或者發動機綜合分析儀等），起動發動機，怠速運轉。而后加速或按照行駛性能發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波形如圖1所示。
　　
　　
　　2.波形分析方法
　　（１）觸發輪上相同的齒形應產生相同型式的連續脈沖，脈沖有幾乎一致的形狀。其中幅值應與曲軸（或凸輪軸）的轉速成正比，輸出信號的頻率也會隨觸發輪轉動速度增大而增大，并且觸發輪與傳感器磁極間的間歇大小也會對傳感器信號的幅值有很大的影響。
　　（2）波形各個最大（最小）峰值電壓應相差不多，若某一個峰值電壓低于其他的峰值電壓，一般是觸發輪缺角或彎曲引起的。
　　（3）觸發輪缺齒會帶來波形的變化。磁電式曲軸位置傳感器是依靠除去傳感器觸發輪上一個齒或兩個相互靠近的的齒所產生的同步脈沖，以確定上止點的信號，這會引起輸出信號頻率的變化，而在齒數減少的情況下，幅值也會變化，所以應注意分析觸發輪缺齒處的波形變化。
　　（4）波形的形狀分析。波形的上下波動，不可能在0V電位的上下完美地對稱，但大多數傳感器的波形相當接近，磁電式曲軸位置傳感器的幅值隨轉速的增加而增加，轉速增加，波形高度相對增加。
　　（5）波形的幅值、頻率和形狀在確定的條件下(如相同轉速)應是一致的、可重復的、有規律的和可預測的。即測得波形峰值的幅度應該足夠高，兩脈沖時間間隔(頻率)應一致(除同步脈沖外)，形狀一致并可預測。
　　（6）波形的頻率應同發動機的轉速同步變化，兩個脈沖間隔只是在同步脈沖出現時才改變。能使兩脈沖間隔時間改變的唯一理由，是觸發輪上的齒輪數缺少或特殊齒經過傳感器，任何其他改變脈沖間隔時間的波形出現都可能意味著傳感器有故障。
　　（7）在大多數情況下，如果傳感器或電路有故障，波形檢測設備上將完全沒有信號，所以波形測試設備中間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是一條直線，則說明傳感器信號系統中有故障，那么應該在確定示波器到傳感器的連接是正常的之后，進一步檢查相關的零件(分電器軸、曲軸、凸輪軸)是否旋轉、磁電式曲軸位置傳感器的空氣間隙是否適當和傳感器頭有無故障。
　　注意：也有可能是點火模塊或發動機ECU中的傳感器內部電路搭鐵，此時可以用拔下傳感器導線連接器后再用波形測試設備測試的方法來判斷。
　　（8）當故障出現在示波器上時，搖動線束可以進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）如果發動機異響和行駛性能故障與波形的異常有關，則說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系密切，大多數情況是波形峰值變小或變形，同時出現發動機失速、斷火或熄火。通常最常見的傳感器故障是根本不產生信號，這說明是傳感器的線圈有斷路故障。
　　（11）學習典型故障的典型波形。掌握常見故障的典型波形，對快速準確的診斷故障有很大的幫助。如果檢測出的波形異常，應維修或更換磁電式曲軸位置傳感器（含傳感器頭和觸發輪）。
　　
　　四、結束語
　　
　　對電控發動機曲軸位置傳感器的檢測中，借助示波器的波形，對其幅值、頻率、脈寛、形狀、陣列等信息的分析，并與正常的基本波形進行比對分析，在熟悉常見故障的波形的基礎上，可以快速、準確的確定曲軸位置傳感器的故障。
　　根據本文的分析，對電控發動機其他電子設備的診斷分析提供了有效的方法，其應用還不限于汽車發動機傳感器檢測，可以運用去其他物流設備傳感器檢測和維修。
　　作者單位：成都電子機械高等專科學校
　　
　　參考文獻：
　　[1] 宋福昌．汽車傳感器的識別與檢測[M]．北京：電子工業出版社，2004.
　　[2] 繆寧陵，宋建軍．汽車點火波形分析探究[J]．桂林航天工業專科學