０引(yin)言
　　流量(liàng)是現代(dai)工業測(cè)量過程(chéng)中的一(yī)個重要(yào)參數，渦(wō)輪流量(liàng)傳感器(qì) 渦輪轉(zhuǎn)子輕、慣(guàn)性小，因(yīn)此測量(liàng)精度高(gāo)、量程範(fàn)圍寬、重(zhong)📞複性與(yu)動态特(te)性好［１］。因(yin)此，各國(guo)的發動(dòng)機試車(chē)台🌍多使(shǐ)㊙️用渦輪(lun)流量傳(chuán)感器測(ce)量發動(dong)機燃油(yóu)流量［２］。渦(wo)輪流量(liang)傳感器(qì)屬于速(su)度式流(liu)量儀表(biao)，當被測(cè)流體流(liú)過傳感(gǎn)器時，在(zai)流體作(zuò)用下，葉(ye)輪受力(lì)而旋轉(zhuan)，轉速與(yǔ)管道内(nei)流體流(liú)速成正(zhèng)比，葉輪(lún)轉動後(hou)周期性(xing)地改變(biàn)磁電轉(zhuan)換器的(de)磁阻值(zhi)，檢測線(xian)圈中的(de)磁通随(suí)之發生(shēng)周期性(xìng)變化，産(chan)生周期(qī)性的感(gǎn)應電勢(shì)，即電脈(mò)沖信号(hào)［３］，流量傳(chuán)感器輸(shu)出的脈(mò)沖信号(hào)頻率代(dai)表流量(liàng)大🈲小，流(liú)量與信(xìn)号頻率(lǜ)在一定(ding)區間内(nei)近似成(cheng)線性關(guān)系［４］。無人(ren)機燃油(you)消耗量(liang)屬重要(yao)參數，測(ce)量意義(yi)重大，有(you)利于正(zhèng)确飛行(hang)🔞方案，有(yǒu)效提高(gāo)載油利(li)用率［５］。在(zài)進行無(wu)人機燃(rán)油流量(liàng)檢查過(guò)程中，發(fa)動機在(zai)低速狀(zhuàng)✂️态下開(kāi)車，燃油(you)流量測(ce)量不準(zhǔn)确。本文(wén)主❤️要對(dui)此故障(zhang)進行仿(pang)真分析(xī)及試驗(yàn)驗證。
１測(cè)量原理(li)　
１.１工作原(yuán)理由于(yú)葉輪的(de)葉片與(yǔ)流向有(you)一定角(jiao)度，當⚽燃(rán)油沖擊(ji)渦輪轉(zhuǎn)子時，流(liu)體的沖(chong)擊作用(yong)産生推(tui)動🙇‍♀️力矩(jǔ)，克服🎯流(liu)量傳感(gǎn)器支撐(cheng)軸承與(yu)轉子之(zhī)間的機(ji)械摩擦(cā)力矩以(yǐ)及由于(yu)流體粘(zhān)🔴性作用(yong)産生的(de)液體阻(zǔ)力之後(hòu)使轉子(zǐ)開始運(yun)動［１］，渦輪(lun)流量傳(chuan)感器結(jié)構🈲原理(li)如圖１所(suǒ)示。

　　在葉(yè)輪上的(de)磁鐵産(chan)生磁場(chǎng)，固定在(zai)傳感器(qi)内部的(de)線圈組(zu)件處🔱于(yu)磁場中(zhong)，如圖２所(suǒ)示，當燃(rán)油通過(guò)傳感器(qì)内腔後(hòu)，燃油的(de)流速驅(qu)動葉輪(lún)旋轉，帶(dài)動葉輪(lun)上的磁(cí)鐵旋轉(zhuan)，此時線(xian)圈組件(jian)感應的(de)磁♋通量(liàng)也周期(qī)🐉發生變(bian)化。

根據電(diàn)磁感應(yīng)原理，線(xiàn)圈的磁(cí)通量發(fa)生變化(huà)，相應🔞産(chǎn)生🚩感應(ying)電勢：

Ｎ爲(wèi)線圈的(de)匝數，ΔΦ爲(wèi)磁通量(liàng)變化，ΔＴ爲(wei)變化時(shí)間。因此(ci)，燃油流(liú)過渦輪(lún)流量傳(chuán)感器時(shi)，線圈會(huì)産生周(zhou)期變化(hua)電壓，即(ji)葉㊙️輪轉(zhuǎn)動一圈(quān)，就會感(gǎn)應出一(yi)個正弦(xián)信号，葉(ye)輪連續(xu)轉動，就(jiu)會周期(qī)的産生(sheng)正弦信(xin)号。經過(guò)信号處(chù)理轉換(huan)爲脈沖(chong)信号，渦(wo)輪🛀流量(liang)傳感器(qì)穩定運(yun)行輸出(chu)的脈沖(chong)頻率與(yǔ)流經流(liú)量傳感(gan)器的流(liú)量理🐆論(lùn)關系如(rú)下［６］：

Ｑ爲通(tong)過渦輪(lún)流量傳(chuán)感器的(de)體積流(liú)量（Ｌ／ｓ），ｆ爲脈(mò)沖信号(hào)頻率🛀（Ｈｚ），ｋ爲(wèi)儀表系(xì)數（１／Ｌ）。
　　信号(hào)處理單(dan)元主要(yào)實現交(jiāo)流信号(hao)處理及(ji)數據通(tōng)信，首先(xiān)将交流(liu)信号轉(zhuǎn)爲脈沖(chong)信号，其(qí)次單片(piàn)機控制(zhì)器通過(guò)光耦電(diàn)氣隔離(lí)采集并(bing)計算脈(mò)沖頻率(lü)，依據标(biāo)定的流(liu)量和頻(pín)率關系(xi)計算相(xiàng)應燃油(yóu)流量，最(zuì)後将數(shù)據寫入(rù)串口通(tōng)信模塊(kuai)，經由電(dian)氣接口(kou)發至機(jī)載計算(suàn)機⁉️。
１.２信号(hào)轉換及(jí)處理
　　渦(wo)輪流量(liàng)傳感器(qì)中的葉(yè)輪旋轉(zhuan)時，線圈(quān)周期産(chǎn)生幅值(zhi)爲數十(shí)毫安至(zhì)數百毫(hao)安的微(wēi)小交流(liu)信号，經(jīng)過第一(yī)級運算(suan)放大器(qì)将🐪微小(xiao)交流信(xin)号進行(hang)放大☔并(bìng)限幅，消(xiāo)除幅💔值(zhi)爲負的(de)信号🛀。再(zài)經過第(di)二級比(bi)較器，比(bǐ)較電壓(yā)爲零，輸(shu)入電壓(yā)大于零(ling)時，輸🌈出(chū)高電平(píng)，否則輸(shū)出低🛀🏻電(diàn)平，即将(jiāng)交🌏流信(xin)号轉換(huan)爲脈沖(chòng)信号。脈(mò)沖經過(guò)光耦進(jin)行電氣(qi)隔離🚶‍♀️，電(dian)信号單(dān)向傳🍉輸(shū)，由單片(pian)機采集(ji)光耦信(xin)号輸出(chu)的通斷(duàn)頻率，即(jí)爲原始(shi)信号頻(pín)率值，再(zài)通過預(yu)先标定(ding)的頻率(lǜ)與流量(liàng)關系，計(jì)算可得(de)原始信(xìn)号對應(yīng)的燃🐕油(you)流量，信(xìn)号轉換(huan)過程如(ru)圖３所示(shì)。

　　在(zai)渦輪流(liu)量傳感(gǎn)器标定(ding)試驗台(tái)中進行(hang)傳感器(qì)标定，針(zhen)對主流(liu)量點（１００Ｌ／ｈ、１５０Ｌ／ｈ、３００Ｌ／ｈ、６００Ｌ／ｈ）輸(shū)入相應(yīng)流量的(de)燃油流(liu)經渦輪(lún)傳感器(qì)，使用頻(pín)率采集(jí)設備測(ce)量脈沖(chong)頻率，并(bìng)輸入的(de)流量與(yǔ)采集到(dào)的頻率(lǜ)相關聯(lian)，得到表(biǎo)１中标定(dìng)結果。
２故(gu)障現象(xiang)通過地(di)面電源(yuan)爲設備(bèi)上電後(hou)，發動機(jī)在🐕低轉(zhuǎn)速狀态(tài)下開車(chē)，在地面(mian)控制站(zhàn)人機交(jiao)互界面(mian)查看👉到(dào)燃油流(liu)🔞量在５００Ｌ／ｈ～１５００Ｌ／ｈ跳(tiao)動，已經(jing)超過傳(chuan)感器實(shi)際測量(liang)範圍，此(ci)時理💯論(lùn)值：

應爲(wei)８０Ｌ／ｈ～１００Ｌ／ｈ。通過分(fèn)析飛參(can)記錄設(she)備中的(de)數據，得(dé)到圖４中(zhong)曲線。

　　由(you)曲線可(kě)以看出(chū)，在發動(dong)機未起(qi)動時，燃(rán)油流量(liàng)爲🏃🏻０Ｌ／ｈ，故障(zhàng)未出♊現(xiàn)；在發動(dong)機起動(dong)至最低(dī)轉速時(shí)，燃油流(liu)⭐量出現(xian)異常，在(zài)５００Ｌ／ｈ～１５００Ｌ／ｈ随機跳(tiao)動；在轉(zhuan)速達到(dao)最大轉(zhuǎn)速時，燃(ran)油流量(liàng)爲２６０Ｌ／ｈ，故障(zhàng)消失。
通(tōng)過分析(xī)燃油渦(wo)輪流量(liang)傳感器(qì)工作原(yuán)理及現(xiàn)場環境(jìng)，出現上(shang)述故障(zhàng)原因可(kě)能爲外(wai)界磁場(chang)耦合進(jìn)☂️渦輪流(liu)量傳感(gan)器線圈(quan)，使得原(yuán)始微小(xiǎo)交流信(xin)号混入(ru)幹擾信(xìn)号，且此(ci)時信✊噪(zào)比較低(dī)，幹擾信(xìn)号起主(zhǔ)導作用(yong)，信号處(chù)理單元(yuan)将混入(rù)幹擾的(de)信号處(chù)理後計(jì)算得到(dào)的頻率(lü)較高，由(you)脈沖頻(pín)率與燃(ran)❗油流量(liang)成線🔞性(xing)對應關(guan)系，即會(huì)出現較(jiao)大的燃(ran)油流量(liàng)。
３建模仿(pang)真及驗(yàn)證
３.１建模(mo)仿真
　　爲(wei)進一步(bu)分析故(gù)障原因(yīn)，根據渦(wo)輪流量(liang)傳感器(qi)的信号(hao)轉換過(guò)♌程建立(lì)邏輯模(mo)型，在不(bu)同頻率(lü)段加入(rù)頻率爲(wei)５０Ｈｚ的外界(jiè)幹擾❌，查(chá)看脈沖(chong)頻率變(bian)化情況(kuang)。
将表１中(zhong)數據拟(ni)合爲線(xiàn)性函數(shu)，得到如(ru)下燃油(yóu)渦輪🈚流(liú)✏️量⭐傳感(gǎn)器産生(shēng)脈沖的(de)頻率和(he)燃油流(liu)量的關(guān)系：

燃油(yóu)流量産(chǎn)生的微(wēi)小交流(liú)信号爲(wèi)：
假定外(wai)界電磁(ci)幹擾作(zuo)用于渦(wo)輪流量(liàng)傳感器(qì)産生的(de)幹擾爲(wèi)：
渦輪傳(chuán)感器線(xiàn)圈輸出(chū)信号爲(wèi)：
限幅後(hòu)的信号(hao)爲：
轉換(huàn)爲脈沖(chong)信号：Ｍａｘ爲(wei)脈沖幅(fu)值。
　　基于(yú)ｓｉｍｕｌｉｎｋ建立燃(ran)油渦輪(lun)流量傳(chuan)感器的(de)邏輯模(mo)型，如圖(tú)５所示。由(yóu)于Ｓ－ｆｕｎｃｔｉｏｎ可以(yi)用連續(xu)或離散(sàn)狀态方(fang)程描述(shù)動态系(xi)統模塊(kuài)，因此，渦(wō)輪流量(liàng)傳感器(qi)線圈磁(cí)－電轉換(huan)、波形限(xian)幅、交流(liu)轉脈沖(chòng)等模塊(kuai)基于Ｍ－ｆｉｌｅ模(mo)闆編寫(xiě)Ｓ－ｆｕｎｃｔｉｏｎ來實現(xian)［７－８］。

　　分(fen)别設定(ding)理論燃(rán)油流量(liang)爲表１中(zhōng)标定的(de)下限１００Ｌ／ｈ和(he)上限６００Ｌ／ｈ，渦(wo)輪流量(liang)傳感器(qi)信号輸(shū)出及脈(mo)沖輸出(chū)如圖６所(suǒ)示。

　　仿真結(jie)果表明(míng)，在低流(liu)量時，渦(wō)輪流量(liang)傳感器(qi)原始微(wei)小交流(liú)信🛀🏻号過(guò)零比較(jiào)處，脈沖(chòng)頻率較(jiao)高，且幅(fú)值不穩(wěn)定。而在(zài)高⛷️流量(liàng)㊙️時，脈沖(chòng)信号頻(pin)率與真(zhēn)實信号(hào)頻率相(xiàng)近，幅值(zhi)✏️穩定。
仿(pang)真結果(guǒ)與故障(zhang)現象一(yi)緻，初步(bù)推斷渦(wo)輪流量(liang)傳感器(qì)故🔴障原(yuán)因爲外(wai)界磁場(chang)幹擾。
３.２　
　　驗(yàn)證試驗(yan)爲确定(dìng)故障原(yuan)因，在燃(rán)油測試(shi)台中進(jin)行驗證(zhèng)試驗，設(shè)定供給(gei)至渦輪(lun)流量傳(chuán)感器的(de)燃油真(zhēn)實流量(liang)爲９０Ｌ／ｈ，通過(guò)繼電🎯器(qì)控制外(wai)置線圈(quān)通／斷電(diàn)，頻率爲(wèi)５０ Ｈｚ，模拟外(wài)界電🛀🏻磁(ci)幹擾，分(fèn)别用兩(liang)台示波(bo)器檢測(ce)到🚩渦輪(lun)流量傳(chuan)感器線(xiàn)圈輸出(chū)信💰号和(he)脈沖輸(shū)出信号(hào)，如圖７所(suǒ)示。
　　試驗(yan)結果表(biao)明，在未(wei)加入外(wài)界幹擾(rǎo)時，原始(shi)微小交(jiāo)流❓信号(hao)及脈沖(chong)信号電(diàn)氣特性(xing)良好，脈(mò)沖最高(gao)幅值穩(wěn)定，光耦(ou)可以✔️正(zhèng)常通／斷(duàn)，單片機(jī)計算得(dé)出脈沖(chòng)信号頻(pín)率值。而(ér)加入外(wai)界幹擾(rǎo)後，原始(shi)信号出(chu)現明顯(xian)畸變，幅(fu)值🔞在２２ｍＶ左(zuǒ)右，轉🧑🏾‍🤝‍🧑🏼換(huan)脈沖信(xin)😍号最高(gao)幅值不(bu)穩定 （１.７Ｖ～１.０Ｖ），且(qiě)最低幅(fú)值亦有(yǒu)突變，導(dǎo)緻光耦(ou)出現異(yi)常通／斷(duàn)，最🎯終導(dǎo)緻單片(pian)機計算(suan)出的頻(pin)率較真(zhen)實圖７線(xian)圈輸出(chu)🔆波形及(ji)脈沖轉(zhuǎn)換波形(xíng)頻🈚率較(jiao)高，在５００Ｌ／ｈ～１　５００Ｌ／ｈ之(zhi)間跳動(dong)。

　　經進一(yi)步分析(xi)，由于葉(yè)輪的機(ji)械特性(xing)，在高流(liu)量段工(gong)作時，葉(ye)輪轉速(sù)和燃油(yóu)流量成(cheng)線性的(de)正比關(guān)系，在低(di)流量🈲段(duan)工作時(shí)，葉輪轉(zhuǎn)速和燃(ran)油流量(liang)成非線(xiàn)性的關(guan)系，流量(liang)☁️越小，轉(zhuan)速下降(jiang)得越快(kuài)✌️。供油管(guan)路的燃(rán)油流量(liàng)在低流(liú)量🐪段時(shi)，傳感器(qi)葉輪的(de)轉速會(huì)降得很(hen)低，線圈(quān)的感應(ying)電勢Ｅ會(huì)跟着變(biàn)小，即信(xin)号的電(diàn)壓呈非(fei)線性的(de)加速下(xià)降，這說(shuo)明傳感(gǎn)器已經(jing)工作🎯在(zai)非線性(xìng)㊙️流量段(duàn)，由于葉(yè)輪轉速(su)太低，感(gǎn)應的信(xin)号很弱(ruò)小，在存(cún)在電源(yuán)噪聲和(hé)幹擾的(de)情🔱況下(xia)，信号處(chù)理單元(yuán)無法區(qu)分真實(shí)信号和(he)幹擾信(xin)号，導緻(zhì)燃油測(cè)量不準(zhun)确。
４　結束(shù)語
　　針對(dui)燃油渦(wo)輪流量(liang)傳感器(qì)在低流(liu)量段出(chū)現流量(liang)不準确(que)的故障(zhang)，分析了(le)其工作(zuo)原理及(jí)信号轉(zhuan)換過程(cheng)，建❤️立了(le)其邏💞輯(jí)模型，最(zui)後，進行(hang)了故障(zhang)仿真及(ji)驗證試(shi)驗。最終(zhong)确定了(le)故障原(yuán)因爲外(wai)界磁場(chang)幹擾，排(pai)除故障(zhang)可考慮(lǜ)以下兩(liang)種措施(shi)：
１）在渦輪(lún)流量傳(chuán)感器中(zhong)設計電(dian)磁屏蔽(bi)結構，阻(zǔ)止外界(jie)電磁🐆幹(gan)擾耦合(hé)進線圈(quan)；
２）信号處(chù)理單元(yuán)中的采(cai)用滞回(huí)比較器(qi)電路，可(ke)以過濾(lǜ)外界幹(gan)擾造成(cheng)的電壓(ya)波動。

以(yǐ)上内容(róng)來源于(yú)網絡，如(rú)有侵權(quan)請聯系(xì)即删除(chú)!