波形分析在物流设备传感器检测中的应用

　　摘要：在现代物流设备中，电子设备所在的比例越来越大，而对电子设备的诊断检测，示波器因其使用方便，准确，得到了越来越广泛的运用，本文以汽车电控燃油喷射发动机的磁电式发动机曲轴位置传感器和光电式发动机曲轴位置传感器为例，介绍波形分析在传感器检测中的应用。并能推及其他物流设备发动机的其他元器件的波形分析方法。
　　关键词：物流设备；传感器；波形分析
　　中图分类号：G642 文献标识码：A
　　
　　一、引言
　　
　　在现代自动化物流产品和物流工程中，比如在物流运输车辆、自动分拣系统、自动化立体仓库等系统中，传感器的运用越来越广泛。以汽车为例，汽车上的电子设备每年都在增加，汽车维修中电子设备的修理工作也就越来越多，现代的汽车修理工作，已经不再是一个单纯的机械修理，而是机械和电子一体化的维修。
　　在工程实践中，对物流设备电子器件故障的诊断检测，示波器、解码器和万用表是最经常使用的汽车检测分析设备，而示波器有着更为精确及描述细致的优点。万用表通常只能用一、二个电参数来反映电信号的特征，而解码器的波形分析功能相对较弱，示波器则用电压随时间的变化的图象来反应一个电信号，它显示电信号比万用表更准确、更形象。比如在汽车维修中，示波器对汽车电子设备的测试时，通过菜单选择要测试的内容，无需任何设定和调整就可以直接观察波形，如何分析获取的波形，成为了故障诊断分析的关键。电控发动机是现代物流设备中最常见的动力提供装置，本文以汽车曲轴位置传感器为例，说明波形分析在传感器检测中的应用。
　　曲轴位置传感器（CPS）主要是用来采集发动机曲轴转动角度信号、曲轴位置信号和发动机转速信号，并输入电控单元，以便确定点火时刻和喷油时刻，一般安装在发动机曲轴前部、中部或者飞轮上。发动机曲轴位置传感器通常有霍尔式、磁电式和光电式三种。如轿车中桑塔纳2000GSi采用磁电式，桑塔纳2000GLi采用霍尔式。本文以磁电式发动机曲轴位置传感器为例，说明在传感器检测中的波形分析方法。
　　
　　二、波形分析方法和判定依据
　　
　　对不同传感器的波形分析，一般都应着重从幅值、频率、脉宽、形状、阵列等方面分析。幅值是信号的最大电压，频率是信号的循环时间，脉宽是信号的占空比或所占时间，形状是信号的外形模样，阵列是重复信号的一致性。分析检出波形和正常波形相比较在以上五个判定依据上的差异，结合曲轴位置传感器的原理和结构，判定这些差异是由于发动机工况、环境因素带来的正常变化，还是因为故障带来的变化，进而分析出波形所包含的故障信息，从而检查出传感器以及电路和控制电脑等各部分的故障。
　　故障电路从损坏状态到被修复状态在汽车示波器上显示的波形几乎总是在它的五种判定依据指标上发生剧烈的变化，所以我们可以用汽车示波器对维修对象修理后进行波形验证，将维修前波形以及正常波形对比，以确定是否将其修复或者进一步诊断。
　　
　　三、磁电式汽车发动机曲轴位置传感器的波形分析方法
　　
　　1.波形检测方法
　　连接波形测试设备（汽车示波器或者发动机综合分析仪等），起动发动机，怠速运转。而后加速或按照行驶性能发生故障的需要驾驶等，获得波形，典型的磁电式曲轴位置传感器信号波形如图1所示。
　　
　　
　　2.波形分析方法
　　（１）触发轮上相同的齿形应产生相同型式的连续脉冲，脉冲有几乎一致的形状。其中幅值应与曲轴（或凸轮轴）的转速成正比，输出信号的频率也会随触发轮转动速度增大而增大，并且触发轮与传感器磁极间的间歇大小也会对传感器信号的幅值有很大的影响。
　　（2）波形各个最大（最小）峰值电压应相差不多，若某一个峰值电压低于其他的峰值电压，一般是触发轮缺角或弯曲引起的。
　　（3）触发轮缺齿会带来波形的变化。磁电式曲轴位置传感器是依靠除去传感器触发轮上一个齿或两个相互靠近的的齿所产生的同步脉冲，以确定上止点的信号，这会引起输出信号频率的变化，而在齿数减少的情况下，幅值也会变化，所以应注意分析触发轮缺齿处的波形变化。
　　（4）波形的形状分析。波形的上下波动，不可能在0V电位的上下完美地对称，但大多数传感器的波形相当接近，磁电式曲轴位置传感器的幅值随转速的增加而增加，转速增加，波形高度相对增加。
　　（5）波形的幅值、频率和形状在确定的条件下(如相同转速)应是一致的、可重复的、有规律的和可预测的。即测得波形峰值的幅度应该足够高，两脉冲时间间隔(频率)应一致(除同步脉冲外)，形状一致并可预测。
　　（6）波形的频率应同发动机的转速同步变化，两个脉冲间隔只是在同步脉冲出现时才改变。能使两脉冲间隔时间改变的唯一理由，是触发轮上的齿轮数缺少或特殊齿经过传感器，任何其他改变脉冲间隔时间的波形出现都可能意味着传感器有故障。
　　（7）在大多数情况下，如果传感器或电路有故障，波形检测设备上将完全没有信号，所以波形测试设备中间0V电压处是一条直线便是很重要的诊断资料。
　　如果示波器显示在零电位时是一条直线，则说明传感器信号系统中有故障，那么应该在确定示波器到传感器的连接是正常的之后，进一步检查相关的零件(分电器轴、曲轴、凸轮轴)是否旋转、磁电式曲轴位置传感器的空气间隙是否适当和传感器头有无故障。
　　注意：也有可能是点火模块或发动机ECU中的传感器内部电路搭铁，此时可以用拔下传感器导线连接器后再用波形测试设备测试的方法来判断。
　　（8）当故障出现在示波器上时，摇动线束可以进一步证明磁电式曲轴位置传感器是不是故障的根本原因。
　　（9）如果发动机异响和行驶性能故障与波形的异常有关，则说明故障是由该传感器故障造成的。
　　（10）不同类型的传感器的波形峰值电压和形状并不相同。由于线圈是传感器的核心部分，所以故障往往与温度关系密切，大多数情况是波形峰值变小或变形，同时出现发动机失速、断火或熄火。通常最常见的传感器故障是根本不产生信号，这说明是传感器的线圈有断路故障。
　　（11）学习典型故障的典型波形。掌握常见故障的典型波形，对快速准确的诊断故障有很大的帮助。如果检测出的波形异常，应维修或更换磁电式曲轴位置传感器（含传感器头和触发轮）。
　　
　　四、结束语
　　
　　对电控发动机曲轴位置传感器的检测中，借助示波器的波形，对其幅值、频率、脉寛、形状、阵列等信息的分析，并与正常的基本波形进行比对分析，在熟悉常见故障的波形的基础上，可以快速、准确的确定曲轴位置传感器的故障。
　　根据本文的分析，对电控发动机其他电子设备的诊断分析提供了有效的方法，其应用还不限于汽车发动机传感器检测，可以运用去其他物流设备传感器检测和维修。
　　作者单位：成都电子机械高等专科学校
　　
　　参考文献：
　　[1] 宋福昌．汽车传感器的识别与检测[M]．北京：电子工业出版社，2004.
　　[2] 缪宁陵，宋建军．汽车点火波形分析探究[J]．桂林航天工业专科学