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基于时频分析的点火线圈放电脉冲检测研究

作　者: 熊健
导　师: 赵永平
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 仪器科学与技术
关键词: 点火线圈小波分析时域滤波 LC滤波器检测率
分类号: TM935.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

自加入WTO以来,我国汽车产业规模和竞争力不断提高,汽车销量逐年稳健增长。但受我国情的影响,汽车核心零部件技术严重依赖国外企业而使其成为汽车整体产业发展的主要瓶颈之一。点火线圈作为汽车点火系统的核心零部件,其性能直接影响整车环境和动力指标,日趋严格的安全和质量要求,对点火线圈质量提出了更高的标准。国内现有的检测设备无法有效检测点火线圈随机性放电脉冲,目前主要依靠汽车示波器观察和个人经验判断,而国外早已制度化、标准化,并向“智能化”方向发展。因此,开发一种可在线自动检测点火线圈放电脉冲的新技术,对提高企业生产率、市场地位,以及减少因质量问题导致的经济纠纷和索赔事件,乃至提高我国汽车零部件技术地位具有重要的现实意义。根据汽车点火线圈工作原理建立点火线圈模拟点火系统,本文以DQG128等放电线圈为研究对象,提取各种典型的放电信号,根据放电机理总结放电信号时域、频域和时频联合域内的共同特征,分别利用小波分析和时域滤波方法对放电脉冲进行检测。本文在原有点火波形诊断的相关研究基础之上,首先总结小波基选择规则,选择db3小波为分析工具,利用db3小波阈值滤波和本文改进的自适应对消滤波对信号进行去噪处理,通过分析各种典型放电信号小波系数极大值和位置信息,得出判断点火线圈存在放电现象与否的判据。在小波算法的基础之上,本文通过相关仿真试验,又提出了更具实用价值的点火线圈放电脉冲时域滤波检测方法,它以一个8阶巴特沃斯型高通LC滤波器为核心,提取点火线圈初次级的放电脉冲,将点火线圈放电检测转化为随机性放电脉冲的检测,再利用相应的检波电路,将本文所研究的问题最终转化为随机高速脉冲宽度的测量问题,根据所测得的脉冲宽度,即可判断被测线圈是否存在放电现象及其严重程度。本文设计相关试验合理地确定了点火电压等直接影响检测结果的各参数具体值。最后提取不同型号的放电线圈进行放电检测,以人工检测结果为标准,对比分析db3小波和时域滤波法的检测率,证明了时域滤波是一种低成本、新的、针对不同型号点火线圈放电现象的快速在线检测技术。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章绪论  10-17
  1.1 课题来源  10-11
    1.1.1 汽车产业现状和面临的挑战  10-11
  1.2 汽车点火线圈发展历程  11-12
  1.3 国内外汽车点火线圈及其放电检测研究状况  12-14
    1.3.1 汽车点火线圈研究现状  12-13
    1.3.2 汽车点火线圈放电检测国内外研究状况  13-14
  1.4 课题研究的目的和意义  14-15
  1.5 本文的主要研究内容  15-17
第2章汽车点火线圈放电脉冲分类及其特征分析  17-29
  2.1 点火线圈放电脉冲检测研究流程  17-19
  2.2 点火线圈放电因素分析  19-20
  2.3 点火线圈模拟点火系统以及放电现象分类  20-23
    2.3.1 点火线圈测试条件  20
    2.3.2 点火线圈模拟点火系统  20-21
    2.3.3 点火线圈放电脉冲分类  21-23
  2.4 点火线圈放电脉冲特征分析  23-27
    2.4.1 放电脉冲时域特征  23-24
    2.4.2 放电脉冲频域特征  24-26
    2.4.3 短时傅立叶（STFT）变换  26-27
    2.4.4 放电脉冲总体特征  27
  2.5 放电脉冲检测方法分析  27-28
    2.5.1 傅立叶变换检测可行性分析  27-28
    2.5.2 短时傅立叶变换检测可行性分析  28
  2.6 本章小结  28-29
第3章小波分析在点火线圈放电脉冲检测中的应用  29-47
  3.1 小波分析  29-31
    3.1.1 小波分析连续形式  29
    3.1.2 小波对非平稳信号检测的有效性分析  29-30
    3.1.3 小波变换离散形式  30-31
  3.2 小波基的选择  31-34
    3.2.1 相关定义  31-33
    3.2.2 小波基函数的选择  33-34
  3.3 点火线圈放电信号滤波分析  34-39
    3.3.1 小波阈值滤波  34-36
    3.3.2 自适应噪声对消滤波  36-38
    3.3.3 两种滤波结果对比  38-39
  3.4 放电脉冲的小波系数极大值及其位置检测算法  39-46
    3.4.1 小波系数极大值及其位置滤波前后对比  39-41
    3.4.2 小波系数放电检测有效性分析  41-44
    3.4.3 Db3 小波分析放电检测判据  44-45
    3.4.4 小波放电检测判据验证  45-46
  3.5 本章小结  46-47
第4章点火线圈放电脉冲时域滤波检测法  47-73
  4.1 放电脉冲时域滤波检测思想及其验证  47-50
    4.1.1 放电脉冲时域滤波设计思想  47-48
    4.1.2 时域滤波思想可行性分析  48-50
  4.2 射频电路理论基础  50-56
    4.2.1 高频无源器件  51
    4.2.2 传输线方程及其解  51-53
    4.2.3 阻抗匹配衰减器  53-55
    4.2.4 双端口网络参数定义  55-56
  4.3 放电脉冲时域滤波检测方案设计与实现  56-57
    4.3.1 滤波器选择分析  56
    4.3.2 放电脉冲时域滤波检测方案设计  56-57
  4.4 放电脉冲时域滤波检测硬件设计与实现  57-68
    4.4.1 微处理器选型  57-58
    4.4.2 次级电压幅度判断电路设计  58-59
    4.4.3 巴特沃斯高通LC 滤波器设计与实现  59-65
    4.4.4 电感线圈的设计与制作  65-66
    4.4.5 随机脉冲检测电路设计  66-67
    4.4.6 显示器选择  67-68
    4.4.7 硬件抗干扰设计  68
  4.5 放电脉冲时域滤波检测软件设计  68-72
    4.5.1 主程序软件设计  68-69
    4.5.2 次级电压幅度判断软件设计  69-70
    4.5.3 点火时间测量软件设计  70-71
    4.5.4 放电脉冲检测软件设计  71-72
    4.5.5 软件抗干扰设计  72
  4.6 本章小结  72-73
第5章点火线圈放电脉冲检测试验分析及其结论  73-85
  5.1 时域滤波检测法可行性验证  73-76
    5.1.1 8阶巴特沃斯高通滤波器ADS仿真试验  73-74
    5.1.2 放电脉冲时域滤波验证  74-76
  5.2 放电脉冲时域滤波检测影响因素分析  76-80
    5.2.1 点火电压U 的影响  76-77
    5.2.2 点火时间T 的影响  77
    5.2.3 点火频率f 的影响  77-78
    5.2.4 脉冲比较电压Uc 的影响  78
    5.2.5 检波电容C 对放电脉冲宽度的影响  78-80
  5.3 小波分析和时域滤波放电检测效果分析  80-82
    5.3.1 合格线圈标定结果  80
    5.3.2 DQG128 型点火线圈检测效率  80-82
    5.3.3 其他类型点火线圈放电检测效果分析  82
  5.4 小波分析和时域滤波检测率对比  82-84
  5.5 放电脉冲时域滤波检测法总结  84
  5.6 本章小结  84-85
结论  85-86
参考文献  86-91
附录1  91-92
附录2  92-93
攻读学位期间发表的学术论文  93-96
致谢  96

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