摘要：介紹了一種高壓共軌電磁閥電感測量模塊的設(shè)計。設(shè)計了利用定時器進行多周期采樣高頻正弦波的采樣方法,，可準確采集到正弦波的幅值及周期,；再通過電壓比例法計算出電磁閥的粗略電感值；最后通過直方圖過濾的統(tǒng)計方法,，得出電磁閥的測量電感值,。實驗結(jié)果表明，本設(shè)計性能穩(wěn)定,，測量精度高,，滿足應(yīng)用要求。

　　關(guān)鍵詞：電感測量,；電壓比例法；多周期采樣,；直方圖過濾

0引言

　　電控高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)可以實現(xiàn)對燃油噴射量,、噴射壓力、噴射速率和噴射定時的靈活控制,，優(yōu)化燃燒過程,，使柴油機在動力性、油耗,、噪聲,、排放等方面得到顯著改善［1］。噴油器是電控燃油噴射系統(tǒng)的核心部件,，電磁閥式噴油器作為使用范圍最為廣泛的結(jié)構(gòu)形式,，其電磁閥的穩(wěn)定性直接影響燃油噴射系統(tǒng)乃至發(fā)動機的性能。電磁閥通過發(fā)動機電控單元（ECU）進行驅(qū)動,，正常狀態(tài)下電磁閥的電感值是一個穩(wěn)定數(shù)值,，但是如果電磁閥發(fā)生損壞，其電感值就會發(fā)生變化,，ECU驅(qū)動狀態(tài)就會發(fā)生改變,，導致驅(qū)動電流異常，造成的直接后果就是噴油器工作異常,。因此,，需要在發(fā)動機系統(tǒng)工作前對電磁閥電感進行診斷，確保系統(tǒng)正常工作,。

1電感測量原理

　　本設(shè)計采用了電壓比例法來測量電感,，即將待測電感與標準電阻串聯(lián),，再利用電壓比例來計算出電感值。由于電感屬電抗元件,，因此不能采用直流源來產(chǎn)生測量信號,，而只能采用交流信號。為保證測量精度,，本設(shè)計采用高精度和高穩(wěn)定度的波形產(chǎn)生芯片AD9850,。AD9850芯片是美國ADI公司生產(chǎn)的高集成度DDS，接上精確的時鐘源,，采用單片機控制,，可產(chǎn)生一個頻譜純凈、頻率和相位都可編程控制的模擬正弦信號,。對于125 MHz基準時鐘輸入,，輸出調(diào)諧分辨率可以達到0291 Hz，該正弦波可以直接用作頻率源［2］,。

　　文獻［2］中硬件組成包括了運放放大芯片及有效值轉(zhuǎn)換芯片,，電路較復雜［3］。本文直接用單片機集成的A/D模塊進行數(shù)據(jù)采集［4］,，經(jīng)統(tǒng)計處理后得出結(jié)果［5］,。電路簡單，將標準電阻R和待測電磁閥Lx串聯(lián),，組成如圖1所示的測量電路,。在角頻率為ω的交流信號的作用下，標準電阻R獲得的電壓為:

　　UR=IR（1）

　　電磁閥獲得的電壓為：

　　UL=IjωLx（2）

　　根據(jù)電壓比例法,，可得：

　　式中:Lx為待測電磁閥電感,。

2電壓采樣

　　本模塊主要用單片機MC9S12XEP100集成的ATD模塊完成電壓采樣，其A/D轉(zhuǎn)換精度可以達到12位,，當A/D模塊時鐘頻率為8 MHz時,，完成一次轉(zhuǎn)換只需要28 μs。根據(jù)式（3）,，需要讀取到UR及UL的有效值,，即要讀取到代表UR及UL的正弦波信號的峰峰值。由于電感的作用,，在電路中會產(chǎn)生反電勢阻止電流變化,，也就是說UL會存在負值，因此不能直接讀取到正弦波的峰峰值,。只能將UR及UL處的變化曲線采樣出來,，再設(shè)法計算峰峰值。根據(jù)設(shè)計要求，作用于電磁閥的是頻率為100 kHz的正弦信號,，故UR及UL的變化曲線也是100 kHz,。單片機完成一次采樣需要28 μs，因此在一個周期內(nèi),，最多只能采樣到UL的4個點,，無法準確計算出正弦波UL的峰峰值。

　　21多周期采樣

　　多周期采樣用于采樣頻率穩(wěn)定的信號：利用單片機定時器,，在信號的一個周期只采樣一次,，且相鄰兩個采樣點間隔時間為n×T+t（n為整數(shù)，T為待采樣信號的周期,，t=T/m）,，如圖2所示，通過采集m個周期的m個數(shù)據(jù)組成一個周期的反映原始信號的數(shù)據(jù),。根據(jù)取樣定理,，當1/t≥2×1/T時，可以正確無誤地用取樣信號表示待采樣的模擬信號,。但為了準確計算出正弦波的峰峰值,，取m=32，即t=T/32,。

　　22多周期采樣實現(xiàn)

　　在總線頻率為64 MHz的工作狀態(tài)下,，單片機MC9S12XEP100集成的定時器定時精度可以達到65 ns，UR及UL信號的周期為10 μs,。為保證采樣時間及其他處理時間，設(shè)置定時器定時時間為1031 μs,。程序流程如圖3所示,。由于m=32，為保證峰峰值計算數(shù)據(jù)足夠,，設(shè)UR及UL采樣保存數(shù)組大小均為70,，得到的一組AD9850輸出信號采樣數(shù)據(jù)如圖4所示。圖4(a)為AD9850輸出100 kHz信號的示波器顯示圖,，圖4(b)為由單片機采集到的數(shù)據(jù)組成的曲線圖,。從圖4可以看出，利用本方法采集到的數(shù)據(jù)可以準確表示原始信號,。

　　23幅值的計算

　　如圖5所示上方曲線為UR變化波形,，下方曲線為UL變化波形。從圖5可以看出,，當電路中電流發(fā)生變化時,，由于電感的反電動勢有限，最低波谷值總小于最大波峰值,，因此UL正弦波曲線的中線會大于0,，即波形中線可以直接被單片機采集到,。從峰值往前或往后第m/4個采樣點處于變化波形的中線，由此設(shè)計了如圖6所示的峰峰值Up的提取法,，分別得到UR及UL的有效值,。最后根據(jù)式（3）計算得到電磁閥測量電感值L?！　?/p>

3直方圖過濾

　　實驗用AD9850輸出頻率為100 kHz,、幅度為2 V的交流正弦波作為信號進行測試。測試實驗測量了12個電磁閥,，對每個電磁閥測量得到了多組數(shù)據(jù),，通過觀察數(shù)據(jù)分布直方圖發(fā)現(xiàn)，當測量數(shù)據(jù)達到一定量后,，數(shù)據(jù)頻率分布存在一高一低兩個峰值,，如圖7所示（為方便觀察，提取了5個電磁閥的測量數(shù)據(jù)分布曲線）,。為此取兩個峰值總和的平均值,，例如峰值1處數(shù)值為Lp1，對應(yīng)頻率為N,，峰值2處數(shù)值為Lp2,，對應(yīng)頻率為M，則測量結(jié)果為：

　　根據(jù)式（4）,，測得12個電磁閥在100 kHz下的電感值,，測量結(jié)果與惠普HP4263B型電感測量儀在100 kHz下的測量結(jié)果進行對比，最大誤差13%,，平均誤差02%,，如圖8所示。從圖8可以看出,，本電磁閥電感測量模塊工作穩(wěn)定,，測量精度高，滿足設(shè)計要求,。

4結(jié)束語

　　本文根據(jù)電壓比例法設(shè)計了一個電感測量模塊及其軟件實現(xiàn)方法,，提出的多周期采集法可以準確反映原始信號的峰值、周期等關(guān)鍵指標,，直方圖過濾法能有效排除誤差干擾,，使得測量模塊電路簡單，操作方便,，測量精度高,，能滿足電磁閥電感診斷要求，具有較強的實用性。

　　參考文獻

　?。?］ 曾偉,，顧東亮，宋國民,，等. 新型高壓共軌電磁鐵型噴油器驅(qū)動方式［J］. 車用發(fā)動機,，2010（4）：32-34.

　　［2］ 劉軍,，李智. 基于單片機的高精度電容電感測量儀［J］. 研究與開發(fā),，2007，26（6）：48-51.

　?。?］ 陳仁偉,，朱長青，岳夕彪. 高準確度有效值轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計與實現(xiàn)［J］. 電子測量技術(shù),，2010,，33（6）：20-22.