０引言
　　流量(liang)是現代工業(yè)測量過程中(zhōng)的一個重要(yao)參數，渦輪流(liu)量傳感器 渦(wō)輪轉子輕、慣(guan)性小，因此測(cè)量精度高、量(liang)程範圍寬、重(zhòng)複性與動态(tai)特性好［１］。因此(ci)，各國的發動(dòng)機試車台多(duō)使用渦輪流(liú)♋量傳感器測(cè)量發動機燃(rán)油流量［２］。渦輪(lun)流量傳感器(qì)屬于速度式(shì)流量儀表，當(dang)被測流體流(liú)過傳感器時(shi)，在流💚體作用(yòng)下，葉輪受力(li)而旋轉，轉速(su)與管道内流(liu)體流速成正(zheng)比，葉輪轉動(dòng)後周期性⛷️地(dì)改變磁電轉(zhuǎn)換器的磁阻(zǔ)值，檢測線圈(quan)中的🎯磁通随(sui)之發生周期(qi)性變化，産生(shēng)周期性的感(gan)應電勢，即電(diàn)脈沖信号［３］，流(liú)量傳感器輸(shū)出的脈沖信(xìn)🌈号頻率代表(biǎo)流量大小，流(liu)量與信💃🏻号頻(pin)率在一定區(qu)間内近似🧡成(chéng)線性關系［４］。無(wu)人機燃油消(xiao)耗量屬重要(yào)參數，測量🈲意(yì)義重大，有利(lì)于正确飛‼️行(hang)🔴方案，有效提(ti)高載油利💚用(yong)率［５］。在進行無(wú)人機燃油流(liú)量❓檢查過程(cheng)中，發動機在(zai)低速狀态下(xià)開車，燃油流(liú)量測量不準(zhun)确。本文主要(yao)對此故障進(jìn)行仿真分析(xi)及試驗驗證(zheng)。
１測量原理　
１.１工(gōng)作原理由于(yú)葉輪的葉片(pian)與流向有一(yi)定角度，當燃(ran)❄️油🔞沖擊渦輪(lun)轉子時，流體(ti)的沖擊作用(yòng)産生推動力(lì)矩♍，克服🛀🏻流量(liàng)傳感器支撐(cheng)軸承與轉子(zǐ)之間的機🧡械(xiè)摩擦力矩以(yi)及由于流體(ti)粘性作用産(chan)生的液體阻(zǔ)力之後使轉(zhuan)子開始運動(dòng)［１］，渦輪流量傳(chuán)感器結構原(yuan)理如圖１所示(shì)。

　　在葉輪(lún)上的磁鐵産(chǎn)生磁場，固定(ding)在傳感器内(nèi)部的㊙️線圈組(zu)件處于磁場(chang)中，如圖２所示(shi)，當燃油通過(guo)傳感器内腔(qiāng)後，燃油的流(liu)速驅動葉輪(lun)旋轉，帶動葉(ye)輪上的磁鐵(tie)旋轉，此時線(xiàn)圈組件感應(ying)的磁通量也(yě)周期發生變(biàn)化。

根據電磁感(gǎn)應原理，線圈(quān)的磁通量發(fā)生變化，相應(ying)産⁉️生感💘應電(diàn)勢：

Ｎ爲線圈的(de)匝數，ΔΦ爲磁通(tong)量變化，ΔＴ爲變(biàn)化時間。因此(ci)，燃🔞油流過渦(wo)輪流量傳感(gǎn)器時，線圈會(hui)産生周期變(biàn)化電壓，即葉(ye)輪轉動一圈(quan)，就會感應出(chu)一個正弦信(xìn)号，葉輪連續(xu)轉動㊙️，就會周(zhou)期的産生正(zhèng)弦信号。經過(guo)信号處理轉(zhuan)換爲脈沖信(xìn)号，渦輪流量(liàng)傳感器穩定(ding)運行輸出的(de)脈沖頻率與(yu)流經流量傳(chuán)感器的流量(liang)理❤️論關系如(ru)下［６］：

Ｑ爲通過渦(wo)輪流量傳感(gan)器的體積流(liu)量（Ｌ／ｓ），ｆ爲脈沖信(xin)号頻率（Ｈｚ），ｋ爲儀(yi)表系數（１／Ｌ）。
　　信号(hao)處理單元主(zhu)要實現交流(liú)信号處理及(ji)數據通信🔞，首(shou)先将交流信(xìn)号轉爲脈沖(chòng)信号，其次單(dan)片機控✊制器(qi)通過光耦電(dian)氣隔離采集(jí)并計算脈沖(chong)頻率，依據标(biāo)定的流量和(he)頻率關系計(ji)💋算相應燃油(you)流量，最後将(jiang)數據寫入串(chuàn)口通信模塊(kuài)，經由電氣接(jie)口發至機載(zǎi)計算機⭐。
１.２信号(hào)轉換及處理(lǐ)
　　渦輪流量傳(chuan)感器中的葉(yè)輪旋轉時，線(xiàn)圈周期産生(sheng)幅值爲數十(shi)毫安至數百(bai)毫安的微小(xiao)交流信号，經(jing)✔️過第一級運(yùn)算放大器将(jiāng)微小交流信(xin)号進行放大(da)并限幅，消除(chú)幅值爲負的(de)信号。再經過(guo)第二級比較(jiào)器，比較電壓(yā)爲零，輸入電(diàn)壓大于零時(shi)，輸出高電平(ping)㊙️，否則輸出低(dī)電平，即将交(jiao)💛流信号轉換(huan)爲脈沖信号(hào)。脈沖經過光(guang)⚽耦進行電氣(qì)隔離，電信号(hào)單向傳輸，由(yóu)單片機采集(ji)光耦信号輸(shu)出的通斷🆚頻(pin)率，即爲原始(shǐ)信号頻率值(zhí)，再通過預先(xiān)标定的頻率(lǜ)與流量關系(xi)，計算可得原(yuan)始信号對應(yīng)的燃油流量(liang)，信号轉換過(guo)🚩程如圖３所示(shi)。

　　在渦輪流(liu)量傳感器标(biāo)定試驗台中(zhong)進行傳感器(qì)标定💁，針對主(zhǔ)😄流量點（１００Ｌ／ｈ、１５０Ｌ／ｈ、３００Ｌ／ｈ、６００Ｌ／ｈ）輸入(ru)相應流量的(de)燃油流經渦(wo)輪傳感器，使(shǐ)用頻率采集(jí)設備測量脈(mo)沖頻率，并輸(shū)入的流量與(yǔ)采集🔞到的頻(pin)率相關聯，得(dé)到表１中标定(dìng)結果。
２故障現(xian)象通過地面(miàn)電源爲設備(bèi)上電後，發動(dong)機在低轉速(su)狀态下開車(chē)，在地面控制(zhi)站人機交互(hu)界面查看到(dào)燃油流量在(zai)５００Ｌ／ｈ～１５００Ｌ／ｈ跳動，已經超(chāo)過傳感器實(shi)際測量範圍(wéi)♋，此時理論值(zhi)：

應(yīng)爲８０Ｌ／ｈ～１００Ｌ／ｈ。通過分析(xi)飛參記錄設(she)備中的數據(jù)，得到圖４中曲(qǔ)線。

　　由(you)曲線可以看(kan)出，在發動機(jī)未起動時，燃(ran)油流量爲０Ｌ／ｈ，故(gu)🛀障未出🐇現；在(zài)發動機起動(dòng)至最低轉速(su)時，燃油流量(liang)出現異常，在(zai)５００Ｌ／ｈ～１５００Ｌ／ｈ随機跳動；在(zai)轉速達到最(zuì)大轉速時，燃(rán)油流量爲２６０Ｌ／ｈ，故(gù)障消失。
通過(guo)分析燃油渦(wo)輪流量傳感(gǎn)器工作原理(li)及現場環🤩境(jìng)，出現上述故(gù)障原因可能(neng)爲外界磁場(chang)耦合進渦輪(lun)✏️流量傳感器(qi)線圈，使得原(yuan)始微小交流(liu)信号混入幹(gan)擾⚽信号，且💞此(ci)時信噪比較(jiào)低，幹擾信号(hào)起主導作用(yong)，信号處理單(dān)元将混入幹(gan)擾的信号處(chù)理後計算得(de)到的頻率較(jiao)高，由脈沖頻(pín)率與燃油流(liu)量成線👄性對(dui)應關系✍️，即會(huì)出現較大的(de)燃油流量。
３建(jiàn)模仿真及驗(yàn)證
３.１建模仿真(zhen)
　　爲進一步分(fèn)析故障原因(yin)，根據渦輪流(liu)量傳感器的(de)信号轉換💋過(guò)程建立邏輯(ji)模型，在不同(tóng)頻率段加入(ru)頻率爲５０Ｈｚ的外(wai)界💜幹擾，查看(kàn)脈沖頻率變(biàn)化情況。
将表(biao)１中數據拟合(he)爲線性函數(shù)，得到如下燃(rán)油渦輪流量(liàng)傳♍感器♉産生(sheng)脈沖的頻率(lü)和燃油流量(liàng)的關系：

燃油(yóu)流量産生的(de)微小交流信(xìn)号爲：
假定外(wài)界電磁幹擾(rǎo)作用于渦輪(lún)流量傳感器(qi)産生的幹擾(rao)爲：
渦輪傳感(gǎn)器線圈輸出(chū)信号爲：
限幅(fu)後的信号爲(wei)：
轉換爲脈沖(chong)信号：Ｍａｘ爲脈沖(chòng)幅值。
　　基于ｓｉｍｕｌｉｎｋ建(jiàn)立燃油渦輪(lún)流量傳感器(qi)的邏輯模型(xing)，如圖５所示。由(yóu)于Ｓ－ｆｕｎｃｔｉｏｎ可以用連(lián)續或離散狀(zhuang)态方程描述(shù)動态系統模(mo)塊，因此，渦輪(lún)流量傳感器(qi)線圈磁－電轉(zhuan)換、波形限幅(fu)🥰、交流轉✍️脈沖(chong)等⭐模塊基㊙️于(yu)Ｍ－ｆｉｌｅ模闆✊編寫Ｓ－ｆｕｎｃｔｉｏｎ來(lai)實現［７－８］。

　　分别(bié)設定理論燃(ran)油流量爲表(biǎo)１中标定的下(xia)限１００Ｌ／ｈ和上限６００Ｌ／ｈ，渦(wō)輪流量🧑🏽‍🤝‍🧑🏻傳感(gan)器信号輸出(chū)及脈沖輸出(chu)如圖６所示。

　　仿真結果表(biao)明，在低流量(liàng)時，渦輪流量(liàng)傳感器原始(shi)微小交流🌏信(xin)号過零比較(jiao)處，脈沖頻率(lǜ)較高，且幅值(zhi)💞不穩定。而在(zai)高🌏流量💃時，脈(mò)沖信号頻率(lü)與真實信号(hao)頻率相近，幅(fu)值🏃🏻‍♂️穩定。
仿真(zhen)結果與故障(zhang)現象一緻，初(chu)步推斷渦輪(lun)流量傳感器(qì)故障🌈原因爲(wèi)外界磁場幹(gan)擾。
３.２　
　　驗證試驗(yan)爲确定故障(zhang)原因，在燃油(yóu)測試台中進(jin)行驗證🔆試驗(yàn)，設定供給至(zhi)渦輪流量傳(chuán)感器的燃油(you)真實流🌈量爲(wèi)👌９０Ｌ／ｈ，通過繼電器(qì)控制外置線(xian)圈通／斷電，頻(pín)率爲５０ Ｈｚ，模拟外(wai)界電磁幹擾(rao)，分别用兩台(tái)示波器檢測(cè)到渦輪流量(liang)傳感器線圈(quan)輸出信号和(hé)脈沖輸出信(xin)号❄️，如圖７所示(shi)。
　　試驗結果表(biao)明，在未加入(ru)外界幹擾時(shí)，原始微小交(jiao)流信号及脈(mò)沖信号電氣(qì)特性良好，脈(mò)沖最高幅值(zhi)🐪穩定，光耦可(kě)以正常通／斷(duàn)，單片機計算(suan)得出脈沖信(xin)号頻率值。而(er)加入外界幹(gàn)擾後💚，原始信(xin)🛀🏻号出現明顯(xian)畸變，幅值在(zai)２２ｍＶ左右，轉🙇🏻換脈(mo)沖信号最高(gāo)幅值不穩定(dìng) （１.７Ｖ～１.０Ｖ），且最低幅值(zhi)亦有突變，導(dǎo)⛷️緻光耦出現(xiàn)異常通／斷，最(zui)終導緻單片(pian)機計算出的(de)頻率☎️較真實(shí)圖７線圈輸出(chū)⛷️波形及脈沖(chong)轉換波形頻(pin)率較高，在５００Ｌ／ｈ～１　５００Ｌ／ｈ之(zhī)間跳動。

　　經進一步(bu)分析，由于葉(yè)輪的機械特(tè)性，在高流量(liàng)段工⚽作✨時，葉(ye)🈲輪轉速和燃(ran)油流量成線(xiàn)性的正比關(guan)系，在低流量(liang)🏃‍♂️段工作時，葉(ye)輪轉速和燃(ran)油流量成非(fei)線性的關系(xi)，流量越小，轉(zhuan)速下降得越(yue)快。供油管路(lù)的✏️燃油流量(liàng)在低流量段(duan)時，傳感器葉(yè)輪的㊙️轉速會(hui)降👅得很低，線(xiàn)圈的感應電(dian)勢㊙️Ｅ會跟着變(bian)小，即信号的(de)電壓呈非線(xian)性的加速下(xià)降，這說明傳(chuán)感器已經♻️工(gong)作在非線性(xing)🥵流量段，由于(yú)葉🛀🏻輪轉速太(tài)低，感應的信(xin)号很弱小，在(zài)存在電源噪(zao)聲和幹擾的(de)情況下，信号(hào)處理單元無(wú)法區分真實(shí)信号和幹擾(rao)信号，導緻燃(ran)油測量不準(zhun)确。
４　結束語
　　針(zhen)對燃油渦輪(lún)流量傳感器(qi)在低流量段(duàn)出現流量不(bu)準确的🔴故障(zhàng)，分析了其工(gōng)作原理及信(xin)号轉換過程(chéng)，建立了其邏(luó)輯模✉️型，最後(hòu)，進行了故障(zhang)仿真及驗證(zheng)試驗。最終确(que)✌️定了故💋障原(yuán)因爲外界磁(cí)場幹擾，排除(chú)故障可考慮(lü)以下兩種措(cuo)施：
１）在渦輪流(liu)量傳感器中(zhōng)設計電磁屏(ping)蔽結構，阻止(zhi)外🏃界電磁幹(gan)擾❓耦合進線(xian)圈；
２）信号處理(lǐ)單元中的采(cǎi)用滞回比較(jiao)器電路，可以(yǐ)過濾外界幹(gan)擾造成的電(dian)壓波動。

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