０引(yin)言
　　流量(liang)是現代(dai)工業測(ce)量過程(cheng)中的一(yi)個重要(yao)參數，渦(wo)輪流量(liang)傳感器(qi) 渦輪轉(zhuan)子輕、慣(guan)性小，因(yin)此測量(liang)精度高(gao)、量程範(fan)圍寬、重(zhong)複性與(yu)動态特(te)性好［１］。因(yin)此，各國(guo)的發動(dong)機試車(che)台多使(shi)用渦輪(lun)流量傳(chuan)感器☎️測(ce)量發動(dong)機燃油(you)流量［２］。渦(wo)輪流量(liang)傳感器(qi)屬于速(su)度式流(liu)量儀表(biao)🈲，當被測(ce)流體流(liu)過傳感(gan)器時，在(zai)流體作(zuo)用下，葉(ye)輪受力(li)而旋轉(zhuan)，轉速與(yu)管道内(nei)流體流(liu)速成正(zheng)比，葉輪(lun)轉動後(hou)周期性(xing)✏️地改變(bian)磁電轉(zhuan)換器的(de)磁阻值(zhi)，檢測線(xian)圈中的(de)磁通随(sui)之發生(sheng)周期性(xing)☀️變化，産(chan)生周期(qi)性的感(gan)應電勢(shi)，即⭕電脈(mo)沖信号(hao)［３］，流量傳(chuan)感器輸(shu)出的脈(mo)沖信号(hao)頻率代(dai)表流量(liang)大小，流(liu)量與信(xin)号頻率(lü)在一定(ding)區間内(nei)✂️近似成(cheng)線性關(guan)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(zheng)确飛行(hang)方案，有(you)效提高(gao)載油利(li)用率［５］。在(zai)進行無(wu)人機燃(ran)油💞流量(liang)檢查過(guo)程中，發(fa)動機在(zai)低速狀(zhuang)态下開(kai)車，燃油(you)流量測(ce)量不準(zhun)确。本文(wen)主要對(dui)此故障(zhang)進❤️行仿(pang)🔞真分析(xi)及試驗(yan)驗證。
１測(ce)量原理(li)　
１.１工作原(yuan)理由于(yu)葉輪的(de)葉片與(yu)流向有(you)一定角(jiao)度，當✊燃(ran)♊油沖擊(ji)渦輪轉(zhuan)子時，流(liu)體的沖(chong)擊作用(yong)産生推(tui)動力矩(ju)，克服流(liu)量傳感(gan)器支撐(cheng)軸承與(yu)轉子之(zhi)間的機(ji)械摩擦(ca)😘力矩以(yi)及由于(yu)流體粘(zhan)性作用(yong)🥰産生的(de)液體阻(zu)力之後(hou)使轉子(zi)開始運(yun)動［１］，渦輪(lun)流量傳(chuan)感器結(jie)構👌原理(li)如圖１所(suo)示。

　　在葉(ye)輪上的(de)磁鐵産(chan)生磁場(chang)，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(suo)示，當燃(ran)油通過(guo)傳感器(qi)内腔後(hou)，燃油的(de)流⛹🏻‍♀️速驅(qu)動葉輪(lun)旋轉，帶(dai)動葉輪(lun)上的磁(ci)鐵💁旋轉(zhuan)，此☂️時線(xian)圈組件(jian)感♈應的(de)磁👣通量(liang)也周期(qi)發生變(bian)化。

根據電(dian)磁感應(ying)原理，線(xian)圈的磁(ci)通量發(fa)生變化(hua)，相應産(chan)生感應(ying)電☔勢：

Ｎ爲(wei)線圈的(de)匝數，ΔΦ爲(wei)磁通量(liang)變化，ΔＴ爲(wei)變化時(shi)間。因此(ci)，燃油流(liu)☎️過渦輪(lun)流量傳(chuan)感器時(shi)，線圈會(hui)産生周(zhou)期變化(hua)電壓✍️，即(ji)葉👌輪轉(zhuan)動一✔️圈(quan)，就會感(gan)應出一(yi)個正弦(xian)信号，葉(ye)輪連續(xu)轉動，就(jiu)會周期(qi)的産生(sheng)正弦信(xin)号。經過(guo)信👉号處(chu)理轉換(huan)爲脈沖(chong)🛀信号，渦(wo)輪流量(liang)傳感器(qi)穩定運(yun)行輸出(chu)的脈沖(chong)頻率與(yu)流經流(liu)量傳感(gan)器的流(liu)量理論(lun)關系如(ru)下［６］：

Ｑ爲通(tong)過渦輪(lun)流量傳(chuan)感器的(de)體積流(liu)量（Ｌ／ｓ），ｆ爲脈(mo)沖信号(hao)頻率（Ｈｚ），ｋ爲(wei)儀表系(xi)數（１／Ｌ）。
　　信号(hao)處理單(dan)元主要(yao)實現交(jiao)流信号(hao)處理及(ji)數據通(tong)信，首先(xian)将交流(liu)信号轉(zhuan)爲脈沖(chong)信号，其(qi)次單片(pian)機控制(zhi)器通過(guo)光耦電(dian)氣隔離(li)采集并(bing)計算脈(mo)沖頻率(lü)，依據标(biao)定🔴的流(liu)量和頻(pin)率🧡關系(xi)計算相(xiang)應燃油(you)流量，最(zui)後将數(shu)據寫入(ru)串口通(tong)信模塊(kuai)，經由電(dian)氣接口(kou)發至♈機(ji)載計算(suan)機。
１.２信号(hao)轉換及(ji)處理
　　渦(wo)輪流量(liang)傳感器(qi)中的葉(ye)輪旋轉(zhuan)時，線圈(quan)周期産(chan)生幅值(zhi)爲⛹🏻‍♀️數十(shi)毫安至(zhi)數百毫(hao)安的微(wei)小交流(liu)信号，經(jing)🌈過第一(yi)級運算(suan)放大器(qi)将微小(xiao)交流信(xin)号進行(hang)放大并(bing)限幅，消(xiao)除幅值(zhi)爲負的(de)信号。再(zai)經過第(di)二級比(bi)較器，比(bi)較電壓(ya)爲零，輸(shu)入電壓(ya)大于零(ling)時，輸出(chu)高電平(ping)，否則輸(shu)出低電(dian)平，即将(jiang)交流信(xin)号轉換(huan)爲脈沖(chong)信号♍。脈(mo)沖經過(guo)光耦進(jin)行電氣(qi)隔離，電(dian)信号單(dan)向傳輸(shu)，由單片(pian)機采集(ji)光耦信(xin)号輸出(chu)的通斷(duan)頻率，即(ji)爲原始(shi)信号頻(pin)率值，再(zai)通過🌂預(yu)先标定(ding)的頻率(lü)與流量(liang)關系，計(ji)算可得(de)原始信(xin)号對應(ying)的燃油(you)流量，信(xin)号轉❗換(huan)過程如(ru)圖３所示(shi)。

　　在(zai)渦輪流(liu)量傳感(gan)器标定(ding)試驗台(tai)中進行(hang)傳感器(qi)标定，針(zhen)對主流(liu)量點（１００Ｌ／ｈ、１５０Ｌ／ｈ、３００Ｌ／ｈ、６００Ｌ／ｈ）輸(shu)入相應(ying)流量的(de)燃油流(liu)經渦輪(lun)傳感器(qi)，使用頻(pin)率采集(ji)設備測(ce)量脈沖(chong)頻率，并(bing)輸入的(de)流量⛷️與(yu)采集到(dao)的頻率(lü)相關聯(lian)，得到👄表(biao)１中标定(ding)結果。
２故(gu)障現象(xiang)通過地(di)面電源(yuan)爲設備(bei)上電後(hou)，發動機(ji)在低轉(zhuan)速狀态(tai)♈下開車(che)，在地面(mian)控制站(zhan)人機交(jiao)互界面(mian)查看到(dao)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(lun)值：

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

　　由(you)曲線可(ke)以看出(chu)，在發動(dong)機未起(qi)動時，燃(ran)油流量(liang)爲０Ｌ／ｈ，故障(zhang)⭕未✂️出♍現(xian)；在發動(dong)機起動(dong)至最低(di)轉速時(shi)，燃油流(liu)量出現(xian)異常，在(zai)５００Ｌ／ｈ～１５００Ｌ／ｈ随機♻️跳(tiao)動；在轉(zhuan)速達到(dao)最大轉(zhuan)速時，燃(ran)油流量(liang)爲２６０Ｌ／ｈ，故障(zhang)消失。
通(tong)過分析(xi)燃油渦(wo)輪流量(liang)傳感器(qi)工作原(yuan)理及現(xian)場環境(jing)🌈，出現上(shang)述故障(zhang)原因可(ke)能爲外(wai)界磁場(chang)耦合進(jin)渦輪流(liu)量傳感(gan)器線圈(quan)，使得原(yuan)始微小(xiao)交流信(xin)号混入(ru)幹擾🙇‍♀️信(xin)号，且此(ci)時信噪(zao)比較低(di)，幹擾👄信(xin)号起主(zhu)導作用(yong)，信号😘處(chu)理單元(yuan)将混入(ru)幹擾的(de)信号處(chu)理後計(ji)算得到(dao)的頻率(lü)較高，由(you)脈✍️沖頻(pin)率與燃(ran)油流量(liang)成線性(xing)對應關(guan)系💯，即會(hui)出現較(jiao)大的🔞燃(ran)油流量(liang)。
３建模仿(pang)真及驗(yan)證
３.１建模(mo)仿真
　　爲(wei)進一步(bu)分析故(gu)障原因(yin)，根據渦(wo)輪流量(liang)傳感器(qi)的信号(hao)🙇‍♀️轉換過(guo)程建立(li)邏輯模(mo)型，在不(bu)同頻率(lü)段加入(ru)🛀頻率✏️爲(wei)５０Ｈｚ的外界(jie)👨‍❤️‍👨幹擾，查(cha)看脈沖(chong)頻率變(bian)化情況(kuang)。
将表１中(zhong)數據拟(ni)合爲線(xian)性函數(shu)，得到如(ru)下燃油(you)渦輪流(liu)量傳感(gan)器産生(sheng)脈沖的(de)頻率和(he)燃油流(liu)量的關(guan)系：

燃油(you)流量産(chan)生的微(wei)小交流(liu)信号爲(wei)：
假定外(wai)界電磁(ci)幹擾作(zuo)用于渦(wo)輪流量(liang)傳感器(qi)産生的(de)幹擾爲(wei)：
渦輪傳(chuan)感器線(xian)圈輸出(chu)信号爲(wei)：
限幅後(hou)的信号(hao)爲：
轉換(huan)爲脈沖(chong)信号：Ｍａｘ爲(wei)脈沖幅(fu)值。
　　基于(yu)ｓｉｍｕｌｉｎｋ建立燃(ran)油渦輪(lun)流量傳(chuan)感器的(de)邏輯模(mo)型，如圖(tu)５所示。由(you)🏃‍♂️于Ｓ－ｆｕｎｃｔｉｏｎ可以(yi)用連續(xu)或離散(san)狀态方(fang)程描述(shu)動态系(xi)統模塊(kuai)，因此😄，渦(wo)輪流量(liang)傳感器(qi)線圈磁(ci)－電轉換(huan)、波形限(xian)幅、交流(liu)轉脈沖(chong)等模塊(kuai)基于Ｍ－ｆｉｌｅ模(mo)闆編寫(xie)Ｓ－ｆｕｎｃｔｉｏｎ來實現(xian)［７－８］。

　　分(fen)别設定(ding)理論燃(ran)油流量(liang)爲表１中(zhong)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(shu)出及脈(mo)沖輸出(chu)如圖６所(suo)示。

　　仿真結(jie)果表明(ming)，在低流(liu)量時，渦(wo)輪流量(liang)傳感器(qi)原始微(wei)🍉小⭐交流(liu)信号過(guo)零比較(jiao)處，脈沖(chong)頻率較(jiao)高，且幅(fu)值🔱不穩(wen)定。而在(zai)高流量(liang)☁️時，脈沖(chong)信号頻(pin)率與真(zhen)實信号(hao)頻率相(xiang)近，幅值(zhi)♋穩定。
仿(pang)真結果(guo)與故障(zhang)現象一(yi)緻，初步(bu)推斷渦(wo)輪流量(liang)傳感器(qi)📧故障原(yuan)因爲外(wai)界磁場(chang)幹擾。
３.２　
　　驗(yan)證試驗(yan)爲确定(ding)故障原(yuan)因，在燃(ran)油測試(shi)台中進(jin)行驗證(zheng)試驗，設(she)定供給(gei)至渦輪(lun)流量傳(chuan)感器的(de)燃油真(zhen)實流🏃🏻量(liang)爲☁️９０Ｌ／ｈ，通過(guo)繼電器(qi)控制外(wai)置線圈(quan)通／斷電(dian)，頻率爲(wei)５０ Ｈｚ，模拟外(wai)界電🏒磁(ci)幹擾，分(fen)别用兩(liang)台示波(bo)器檢測(ce)到渦輪(lun)流量傳(chuan)感器線(xian)圈輸出(chu)信号和(he)脈沖☔輸(shu)出信号(hao)，如圖７所(suo)示。
　　試驗(yan)結果表(biao)明，在未(wei)加入外(wai)界幹擾(rao)時，原始(shi)微小交(jiao)流信号(hao)及脈沖(chong)信号電(dian)氣特性(xing)良好，脈(mo)沖最高(gao)幅值📱穩(wen)定，光耦(ou)可以正(zheng)常🐆通／斷(duan)，單片機(ji)計算得(de)出脈沖(chong)信号頻(pin)率❗值。而(er)加入外(wai)界🔴幹擾(rao)後，原始(shi)信号出(chu)現明顯(xian)畸變，幅(fu)值在２２ｍＶ左(zuo)右，轉🥰換(huan)脈沖信(xin)号最高(gao)幅值不(bu)穩定 （１.７Ｖ～１.０Ｖ），且(qie)最低幅(fu)值✏️亦有(you)突變，導(dao)緻光耦(ou)出現異(yi)常通／斷(duan)，最終導(dao)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(zhuan)換波形(xing)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(ye)輪的機(ji)械特性(xing)，在高流(liu)量段工(gong)作時，葉(ye)輪轉速(su)和燃油(you)流量成(cheng)線性的(de)正比關(guan)系，在低(di)📐流量🏃‍♂️段(duan)工作時(shi)，葉輪轉(zhuan)速和燃(ran)油流量(liang)成非線(xian)性的關(guan)系，流量(liang)越小，轉(zhuan)速下降(jiang)💃🏻得越快(kuai)⛷️。供油管(guan)路的燃(ran)油流量(liang)在低流(liu)量段時(shi)，傳感器(qi)葉輪的(de)轉速會(hui)降🧡得很(hen)低，線圈(quan)的感應(ying)電勢Ｅ會(hui)跟着變(bian)小，即信(xin)号的電(dian)🥵壓呈非(fei)線性的(de)加速下(xia)降，這說(shuo)明傳感(gan)器已經(jing)工作在(zai)非線性(xing)流量段(duan)，由于葉(ye)輪轉速(su)太🔴低，感(gan)應的信(xin)号很弱(ruo)小，在存(cun)在電源(yuan)噪聲和(he)幹擾的(de)情況下(xia)，信号處(chu)理單元(yuan)無法區(qu)分真實(shi)信号和(he)幹擾信(xin)号，導緻(zhi)🌈燃油⭐測(ce)量不準(zhun)确。
４　結束(shu)語
　　針對(dui)燃油渦(wo)輪流量(liang)傳感器(qi)在低流(liu)量段出(chu)現流量(liang)不準🔞确(que)⭕的🚶‍♀️故障(zhang)，分析了(le)其工作(zuo)原理及(ji)信号轉(zhuan)換過程(cheng)，建🐕立了(le)其邏輯(ji)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(yuan)因爲外(wai)界磁場(chang)幹擾，排(pai)除故障(zhang)可考慮(lü)以下兩(liang)種措施(shi)：
１）在渦輪(lun)流量傳(chuan)感器中(zhong)設計電(dian)磁屏蔽(bi)結構，阻(zu)止外🤟界(jie)電磁幹(gan)擾耦合(he)進線圈(quan)；
２）信号處(chu)理單元(yuan)中的采(cai)用滞回(hui)比較器(qi)電路，可(ke)以過濾(lü)外界幹(gan)擾造成(cheng)的電壓(ya)波動。

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