高压共轨系统压力波动与光学影像的同步采集装置及方法

技术领域

本发明涉及动力和液压技术领域，特别是涉及高压共轨系统压力波动与光学影像的同步采集装置及方法。

背景技术

为了提高内燃机的喷雾燃烧性能，对共轨系统中压力波动采集和喷雾可视化研究是共轨系统内部压力波动特征和喷雾特征的根本。为了能直观、准确地研究共轨系统的压力波动和喷雾特征，研究者们相继提出了多种压力波动的测量方法和光学可视化测试手段。但均不能找到科学且有效的同步采集方法和设备。

本发明就是在此基础上，创设的一种设计合理且有效可靠的高压共轨系统压力波动与光学影像的同步采集装置及方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种高压共轨系统压力波动与光学影像的同步采集装置，使其能有效的得到高压共轨系统内部压力波动特征与油束喷雾特征的对应关系，从而克服现有的高压共轨系统内部压力波动特征和喷雾特征研究的不足。

为解决上述技术问题，本发明提供一种高压共轨系统压力波动与光学影像的同步采集装置，所述高压共轨系统包括依次连接的油箱、高压油泵、高压共轨管和喷油器，所述同步采集装置包括压力信号采集机构、光学影像拍摄机构和与所述压力信号采集机构、光学影像拍摄机构均连接的工控机，

所述压力信号采集机构，用于同步采集所述喷油器工作时的压力波动信号和所述喷油器的使能信号，并将采集数据传送至所述工控机；

所述光学影像拍摄机构，用于拍摄所述喷油器喷出的油束，并将拍摄得到的油束图片传送至所述工控机。

作为本发明的一种改进，所述压力信号采集机构包括两个高频压力传感器、电流卡钳和同步数字采集卡，

所述两个高频压力传感器分别安装在所述喷油器的入口位置处和所述高压共轨管的末端位置处，用于相应的采集安装位置处的压力波动信号；

所述电流卡钳用于测量所述喷油器的使能信号；

所述同步数字采集卡与所述两个高频压力传感器和电流卡钳连接，用于同步采集所述喷油器工作时的压力波动信号和使能信号，并将其传送至所述工控机。

进一步改进，所述光学影像拍摄机构包括低温镝灯和高频摄像机，所述高频摄像机在所述低温镝灯的作用下实现对所述喷油器喷出油束的高频拍摄，并将拍摄得到的油束图片传送至所述工控机。

进一步改进，所述高频摄像机拍摄频率固定，得到的油束喷雾图片每张之间的时间间隔一致。

进一步改进，所述高频压力传感器应用Labview软件采集，采样频率为100KHz，所述工控机安装matlab软件和Anaconda编译器。

本发明还提供一种应用上述高压共轨系统压力波动与光学影像同步采集装置的同步采集方法，所述方法包括：

(1)由所述两个高频压力传感器分别采集所述喷油器入口位置和高压共轨管末端位置的压力波动信号，同时，由所述电流卡钳采集所述喷油器的使能信号，所述压力波动信号和所述喷油器使能信号被所述同步数字采集卡同步采集并输送到所述工控机中；

由所述高频摄像机以相同频率拍摄所述喷油器喷出的油束喷雾，拍摄得到的油束喷雾图片被所述高频摄像机输送到所述工控机中；

其中，所述喷油器使能信号与所述高频摄像机的触发信号同步；

(2)所述工控机将接收到的所述油束喷雾图片同所述压力波动信号对应，得到所述喷油器使能信号、压力波动信号以及油束喷雾图片的同步对照图，即得到所述高压共轨系统内部压力波动特征与油束喷雾特征的对应关系。

采用这样的设计后，本发明至少具有以下优点：

本发明采用在喷油器入口位置和高压共轨管末端位置两处安装高频压力传感器，测量该高压共轨系统内部的压力波动特性，同时选用合适的光学可视化测试设备对喷油器喷出的油束进行同步拍摄，最后通过工控机分析得到所述喷油器使能信号、压力波动信号以及油束喷雾图片的同步对照图，实现对该高压共轨系统的内部喷雾特征与压力特征的准确测量。

附图说明

上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

图1是本发明高压共轨系统压力波动与光学影像同步采集装置的结构示意图。

图2是本发明高压共轨系统压力波动与光学影像同步采集装置的原理图。

图3是本发明工控机分析得到的所述喷油器使能信号、压力波动信号以及油束喷雾图片的同步对照图。

具体实施方式

参照附图1所示，本发明为用于高压共轨系统压力波动与光学影像的同步采集装置，其中，该高压共轨系统包括依次连接的油箱1、高压油泵2、高压共轨管3和喷油器4。具体的，该油箱1通过低压油管与高压油泵2连接，且该低压油管上依次设置有粗滤器5和精滤器6，用于对进入高压油泵的油进行过滤；该高压共轨管3通过高压油管分别连接高压油泵2和喷油器4，本实施例中该高压共轨系统包括两个喷油器4。该喷油器4设置在定容燃烧弹12上，该高压油泵2还与驱动电机13连接。

本发明同步采集装置包括压力信号采集机构、光学影像拍摄机构和与所述压力信号采集机构、光学影像拍摄机构均连接的工控机9。

该压力信号采集机构，用于同步采集该喷油器4工作时的压力波动信号和该喷油器4的使能信号，并将采集数据传送至该工控机9。

本实施例中该压力信号采集机构包括两个高频压力传感器7、电流卡钳和同步数字采集卡8。

该两个高频压力传感器7分别安装在该喷油器4的入口位置处和该高压共轨管3的末端位置处，用于相应的采集安装位置处的压力波动信号。本实施例中该高频压力传感器7应用Labview软件采集压力波动信号，采样频率为100KHz；该电流卡钳用于测量该喷油器4的使能信号；该同步数字采集卡8与该两个高频压力传感器7和电流卡钳连接，用于同步采集该喷油器4工作时的压力波动信号和使能信号，并将其传送至工控机9。

该光学影像拍摄机构，用于拍摄该喷油器4喷出的油束，并将拍摄得到的油束喷雾图片传送至工控机9。

本实施例中该光学影像拍摄机构包括低温镝灯11和高频摄像机10，该高频摄像机10在该低温镝灯11的作用下实现对该喷油器4喷出油束的高频拍摄，并将拍摄得到的油束喷雾图片传送至工控机9。

具体的，该高频摄像机10拍摄频率固定，得到的油束喷雾图片每张之间的时间间隔一致。

本实施例中该工控机9安装matlab软件和Anaconda编译器，能对该压力信号采集机构传送的压力波动信号、使能信号以及该光学影像拍摄机构传送的油束喷雾图片进行分析，使高频压力传感器7采集的离散数据处理成压力信号变化曲线，使油束喷雾图片处理成白底黑色油束，最终得到该喷油器使能信号、压力波动信号以及油束喷雾图片的同步对照图，如附图3所示，该图很好的反映出压力波动信号和油束喷射锥角之间的对应关系，该结果为研究柴油的高效混合、雾化，精确计量喷射，喷油器结构优化等核心问题打下良好的基础。

本发明针对上述高压共轨系统压力波动与光学影像同步采集装置的同步采集方法，包括：

(1)由该两个高频压力传感器7分别采集该喷油器4入口位置和高压共轨管3末端位置的压力波动信号，同时，由该电流卡钳采集该喷油器4的使能信号，该压力波动信号和该喷油器使能信号被该同步数字采集卡8同步采集并输送到该工控机9中；

由该高频摄像机10以相同频率拍摄该喷油器4喷出的油束喷雾，拍摄得到的油束喷雾图片被该高频摄像机10输入到该工控机9中；

其中，该喷油器使能信号与该高频摄像机的触发信号同步，即喷油器的开启信号同时为高频摄像机的开启信号，那么第一张油束喷雾图片与喷油器使能信号起点同步。

(2)该工控机9将接收到的该油束喷雾图片同该压力波动信号对应，由于压力信号采集机构和光学影像拍摄机构的触发信号同步，可得到该喷油器使能信号、压力波动信号以及油束喷雾图片的同步对照图，从而可得到该高压共轨系统内部压力波动特征与油束喷雾特征的对应关系。

参照附图2所示，本发明高压共轨系统压力波动与光学影像的同步采集方法原理为：工控机同时给喷油器和高频摄像机发送使能信号，实现压力信号采集机构与光学影像拍摄机构的同步启动，即喷油器入口位置和高压共轨管末端位置的压力信号、喷油器使能信号以及油束喷雾图片同步采集，采集到的数据被传送至工控机后，由工控机对压力波动信号、喷油器使能信号与油束喷雾图片进行分析得到该喷油器使能信号、压力波动信号以及油束喷雾图片的同步对照图。

本发明高压共轨系统压力波动与光学影像的同步采集方法，可测试不同类型的喷油器，在不同的燃油喷射压力、喷射脉宽、不同背压的喷射参数下的喷射宏观参数与本身压力波动的关系，优化了喷油器与喷射压力、高压供油系统与燃烧系统匹配，促进了喷油器的结构设计，对高压喷射柴油机的系统匹配、喷油器设计均具有良好的作用。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。