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

　　關(guān)鍵詞：電感測(cè)量,；電壓比例法,；多周期采樣,；直方圖過(guò)濾

0引言

　　電控高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)燃油噴射量、噴射壓力,、噴射速率和噴射定時(shí)的靈活控制,，優(yōu)化燃燒過(guò)程，使柴油機(jī)在動(dòng)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(dòng)機(jī)的性能,。電磁閥通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元（ECU）進(jìn)行驅(qū)動(dòng),，正常狀態(tài)下電磁閥的電感值是一個(gè)穩(wěn)定數(shù)值，但是如果電磁閥發(fā)生損壞,，其電感值就會(huì)發(fā)生變化,，ECU驅(qū)動(dòng)狀態(tài)就會(huì)發(fā)生改變，導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)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(dòng)機(jī)系統(tǒng)工作前對(duì)電磁閥電感進(jìn)行診斷,，確保系統(tǒng)正常工作,。

1電感測(cè)量原理

　　本設(shè)計(jì)采用了電壓比例法來(lái)測(cè)量電感，即將待測(cè)電感與標(biāo)準(zhǔn)電阻串聯(lián),，再利用電壓比例來(lái)計(jì)算出電感值,。由于電感屬電抗元件，因此不能采用直流源來(lái)產(chǎn)生測(cè)量信號(hào),，而只能采用交流信號(hào),。為保證測(cè)量精度，本設(shè)計(jì)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(guó)ADI公司生產(chǎn)的高集成度DDS,，接上精確的時(shí)鐘源，采用單片機(jī)控制,，可產(chǎn)生一個(gè)頻譜純凈,、頻率和相位都可編程控制的模擬正弦信號(hào)。對(duì)于125 MHz基準(zhǔn)時(shí)鐘輸入,，輸出調(diào)諧分辨率可以達(dá)到0291 Hz,，該正弦波可以直接用作頻率源［2］。

　　文獻(xiàn)［2］中硬件組成包括了運(yùn)放放大芯片及有效值轉(zhuǎn)換芯片,，電路較復(fù)雜［3］,。本文直接用單片機(jī)集成的A/D模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)采集［4］,，經(jīng)統(tǒng)計(jì)處理后得出結(jié)果［5］。電路簡(jiǎn)單,，將標(biāo)準(zhǔn)電阻R和待測(cè)電磁閥Lx串聯(lián),，組成如圖1所示的測(cè)量電路。在角頻率為ω的交流信號(hào)的作用下,，標(biāo)準(zhǔn)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(cè)電磁閥電感。

2電壓采樣

　　本模塊主要用單片機(jī)MC9S12XEP100集成的ATD模塊完成電壓采樣,，其A/D轉(zhuǎn)換精度可以達(dá)到12位,，當(dāng)A/D模塊時(shí)鐘頻率為8 MHz時(shí)，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(hào)的峰峰值,。由于電感的作用,，在電路中會(huì)產(chǎn)生反電勢(shì)阻止電流變化，也就是說(shuō)UL會(huì)存在負(fù)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(lái)，再設(shè)法計(jì)算峰峰值,。根據(jù)設(shè)計(jì)要求,，作用于電磁閥的是頻率為100 kHz的正弦信號(hào),，故UR及UL的變化曲線也是100 kHz,。單片機(jī)完成一次采樣需要28 μs，因此在一個(gè)周期內(nèi),，最多只能采樣到UL的4個(gè)點(diǎn),，無(wú)法準(zhǔn)確計(jì)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(hào)：利用單片機(jī)定時(shí)器,，在信號(hào)的一個(gè)周期只采樣一次,，且相鄰兩個(gè)采樣點(diǎn)間隔時(shí)間為n×T+t（n為整數(shù)，T為待采樣信號(hào)的周期,，t=T/m）,，如圖2所示，通過(guò)采集m個(gè)周期的m個(gè)數(shù)據(jù)組成一個(gè)周期的反映原始信號(hào)的數(shù)據(jù),。根據(jù)取樣定理,，當(dāng)1/t≥2×1/T時(shí)，可以正確無(wú)誤地用取樣信號(hào)表示待采樣的模擬信號(hào),。但為了準(zhǔn)確計(jì)算出正弦波的峰峰值,，取m=32,，即t=T/32。

　　22多周期采樣實(shí)現(xiàn)

　　在總線頻率為64 MHz的工作狀態(tài)下,，單片機(jī)MC9S12XEP100集成的定時(shí)器定時(shí)精度可以達(dá)到65 ns,，UR及UL信號(hào)的周期為10 μs。為保證采樣時(shí)間及其他處理時(shí)間,，設(shè)置定時(shí)器定時(shí)時(shí)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(jì)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(hào)采樣數(shù)據(jù)如圖4所示,。圖4(a)為AD9850輸出100 kHz信號(hào)的示波器顯示圖,，圖4(b)為由單片機(jī)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(zhǔn)確表示原始信號(hào),。

　　23幅值的計(jì)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(dāng)電路中電流發(fā)生變化時(shí)，由于電感的反電動(dòng)勢(shì)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(huì)大于0，即波形中線可以直接被單片機(jī)采集到,。從峰值往前或往后第m/4個(gè)采樣點(diǎn)處于變化波形的中線,，由此設(shè)計(jì)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(jì)算得到電磁閥測(cè)量電感值L,。　　

3直方圖過(guò)濾

　　實(shí)驗(yàn)用AD9850輸出頻率為100 kHz,、幅度為2 V的交流正弦波作為信號(hào)進(jìn)行測(cè)試,。測(cè)試實(shí)驗(yàn)測(cè)量了12個(gè)電磁閥，對(duì)每個(gè)電磁閥測(cè)量得到了多組數(shù)據(jù),，通過(guò)觀察數(shù)據(jù)分布直方圖發(fā)現(xiàn),，當(dāng)測(cè)量數(shù)據(jù)達(dá)到一定量后，數(shù)據(jù)頻率分布存在一高一低兩個(gè)峰值,，如圖7所示（為方便觀察,，提取了5個(gè)電磁閥的測(cè)量數(shù)據(jù)分布曲線）。為此取兩個(gè)峰值總和的平均值，例如峰值1處數(shù)值為L(zhǎng)p1,，對(duì)應(yīng)頻率為N,，峰值2處數(shù)值為L(zhǎng)p2，對(duì)應(yīng)頻率為M,，則測(cè)量結(jié)果為：

　　根據(jù)式（4）,，測(cè)得12個(gè)電磁閥在100 kHz下的電感值，測(cè)量結(jié)果與惠普HP4263B型電感測(cè)量?jī)x在100 kHz下的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行對(duì)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(cè)量模塊工作穩(wěn)定，測(cè)量精度高,，滿足設(shè)計(jì)要求,。

4結(jié)束語(yǔ)

　　本文根據(jù)電壓比例法設(shè)計(jì)了一個(gè)電感測(cè)量模塊及其軟件實(shí)現(xiàn)方法，提出的多周期采集法可以準(zhǔn)確反映原始信號(hào)的峰值,、周期等關(guān)鍵指標(biāo),，直方圖過(guò)濾法能有效排除誤差干擾，使得測(cè)量模塊電路簡(jiǎn)單,，操作方便,，測(cè)量精度高，能滿足電磁閥電感診斷要求,，具有較強(qiáng)的實(shí)用性,。

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