硬件选型

• 缸压传感器：高频响应火花塞式，测量范围 0-25MPa，固有频率≥150kHz，适配高温高压极端工况。

• 数据采集卡：24 路模拟输入 PCIe 总线卡，16 位 500kHz 同步采样，支持多通道时序精准对齐。

• 旋转编码器：5-24VDC 供电，4000P/R 分辨率，A/B/Z 三路信号，上止点标定精度 ±0.09°CA。

• 电荷放大器：输入阻抗 10¹⁴Ω，测量范围 PC ±10-10⁶，噪声低至 PCrms/pF <2×10⁻⁵，信号放大无失真。

• 振动加速度计：量程 ±50g，频率响应 1-10kHz，安装于缸体关键位置，捕捉爆震振动信号。

• 排放分析仪：支持 HC、CO、CO₂、NOₓ、O₂、NH₃多组分检测，响应时间≤1s，适配新型燃料排放测试。

选型依据

• 缸压传感器的宽量程与高固有频率，满足氢能发动机燃烧压力峰值高、变化速率快的测试需求，避免信号饱和失真。

• 数据采集卡的 PCIe 总线传输速率较传统 PCI 提升 3 倍，500kHz 采样率可精准捕捉爆震产生的高频压力脉冲，同步采样功能保障多通道数据时序一致性。

• 旋转编码器 4000P/R 分辨率实现更高转角精度，为缸压 - 振动信号的相位关联分析提供基础。

• 振动加速度计与缸压传感器联动，通过振动 - 压力信号融合，提升爆震识别的抗干扰能力，解决单一传感器误判问题。

• 排放分析仪新增 NH₃检测通道，适配氨氢混合燃料发动机的排放测试，多组分快速响应满足动态工况实时分析需求。

软件架构

• 多源数据采集：通过 LabVIEW 的 CLF 节点调用采集卡 DLL 库，同时读取缸压、振动、转角、排放信号，采用滑动窗口缓存技术，实现 500 个燃烧循环连续存储，支持 TXT/CSV/TDMS 多格式导出。

• 爆震检测：集成声音和振动工具包，通过滑动窗口 FFT 分析振动信号频率特征，利用三维可视化图谱区分气门机构噪声与爆震信号，实现初始爆震（深蓝色斑点特征）与高强度爆震（红黄色峰值特征）的分级识别。

• 燃烧模型：

问题与解决

• 爆震信号抗干扰：气门机构振动与爆震信号频率重叠导致误判，解决方案：利用 LabVIEW 声音和振动工具包的平均 FFT 功能，对比相同转速下爆震与非爆震工况的频率特征，自动确定 IIR 滤波器交越频率，通过滑动窗口 FFT 生成三维图谱，实现噪声与爆震信号的精准分离，误判率降至 5% 以下。

• 新型燃料模型适配：传统燃烧模型对氢能等燃料预测误差大，解决方案：嵌入机器学习模块，基于拉丁超立方采样生成 1000 组训练数据，通过 Nelder-Mead 算法迭代 79 次优化反应参数，构建简化版燃烧机理模型，预测误差较传统模型降低 24% 以上。

• 多通道同步延迟：高采样率下多传感器数据传输不同步，解决方案：采用 LabVIEW 的硬件定时触发功能，以旋转编码器 Z 信号为同步基准，设置采集卡通道延迟补偿参数，将多通道时序偏差控制在 1μs 以内。

• 大数据存储卡顿：连续采集产生海量数据导致存储延迟，解决方案：采用 TDMS 文件格式存储，结合数据分块压缩算法，存储效率提升 40%，同时支持边采集边存储边分析，避免数据丢失。

• 极端工况信号失真：氢能发动机高温高压下信号饱和，解决方案：优化传感器量程匹配与电荷放大器增益参数，通过 LabVIEW 的信号调理模块实现动态量程自适应调整，确保极端工况下信号完整采集。