０引言
　　流量(liang)是現代工業(ye)測量過程中(zhong)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(ce)量精度高、量(liàng)程範圍寬、重(zhòng)⭐複性與動态(tài)特性好［１］。因此(ci)，各國的發動(dong)機試車台多(duo)使用渦輪流(liu)量傳感器測(ce)量發動機燃(ran)油流量［２］。渦輪(lún)流量傳感器(qi)屬于速度式(shì)流量儀表，當(dāng)被測流體流(liú)過傳感器時(shí)，在流體作用(yòng)下，葉輪受力(li)而旋轉，轉速(sù)與管道内🌈流(liú)體流速成正(zheng)比，葉輪轉⭐動(dòng)後周期性地(di)改變磁電轉(zhuan)換器的磁阻(zǔ)值✍️，檢測線圈(quān)中的磁通随(sui)之發生周期(qī)性變化，産生(shēng)周期性的感(gan)應電勢，即電(diàn)脈沖信号［３］，流(liu)量傳感器輸(shu)出的脈沖信(xin)号頻率代表(biǎo)流量大小，流(liú)量與信号頻(pin)率在一定區(qū)間内近似成(chéng)線性關系［４］。無(wú)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(háng)❌方案，有效提(ti)高載油利用(yòng)率🈚［５］。在進行無(wú)人機燃油流(liu)量檢查過程(cheng)中，發動機在(zài)低速狀态下(xia)開車，燃油流(liu)量測🈚量不準(zhǔn)确。本文主🈲要(yào)對此故障進(jin)行仿真分析(xi)及試驗驗證(zhèng)。
１測量原理　
１.１工(gong)作原理由于(yu)葉輪的葉片(piàn)與流向有一(yi)定角度，當燃(rán)油👄沖擊渦輪(lún)轉子時，流體(tǐ)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(zi)之間的機械(xie)摩擦力矩以(yǐ)㊙️及由于✉️流體(ti)粘🌈性作用産(chǎn)生的液體阻(zu)力之後使轉(zhuǎn)子開📧始運動(dong)［１］，渦輪流量傳(chuán)感器結構♋原(yuán)理如圖１所示(shì)。

　　在葉輪(lun)上的磁鐵産(chan)生磁場，固定(dìng)在傳感器内(nèi)部的線圈組(zu)件處于磁場(chǎng)中，如圖２所示(shi)，當燃油通過(guo)傳感🤞器内腔(qiāng)後，燃油的流(liú)速驅⚽動葉輪(lun)旋轉，帶動葉(yè)輪上的磁鐵(tiě)旋轉，此時線(xian)圈組件感應(ying)的磁🈲通量也(yě)周期㊙️發生變(bian)化🍉。

根據電磁感(gan)應原理，線圈(quān)的磁通量發(fa)生變化，相應(yīng)産生感☂️應電(dian)勢：

Ｎ爲線圈的(de)匝數，ΔΦ爲磁通(tōng)量變化，ΔＴ爲變(bian)化時間。因此(cǐ)，燃油流💃過渦(wo)輪流量傳感(gǎn)器時，線圈會(huì)産生周期變(biàn)化電壓，即葉(yè)輪轉動一圈(quan)，就🔴會感應出(chū)一個正弦信(xìn)号，葉輪連續(xù)轉動，就會周(zhou)期的産生正(zheng)弦信号。經過(guò)信号處理轉(zhuan)換爲脈沖信(xin)号，渦輪流量(liang)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(rú)下［６］：

Ｑ爲通過渦(wo)輪流量傳感(gǎn)器的體積流(liú)量（Ｌ／ｓ），ｆ爲脈沖信(xìn)号頻✨率（Ｈｚ），ｋ爲儀(yí)表系數（１／Ｌ）。
　　信号(hào)處理單元主(zhǔ)要實現交流(liu)信号處理及(jí)數據通🍉信，首(shou)先将交流信(xìn)号轉爲脈沖(chong)信号，其次單(dan)片機控制器(qì)通過光耦🔞電(dian)氣隔離采集(ji)并計算脈沖(chong)頻率，依據标(biao)定的流量和(he)頻率關系計(ji)算相應燃油(yóu)流量，最後将(jiāng)數據寫入串(chuàn)口🚩通信模塊(kuài)🤞，經由電氣接(jie)口發至🔴機載(zai)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(ye)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(xiǎo)交流信号，經(jīng)過第一級運(yùn)算放大器将(jiang)微小交流信(xìn)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(jiao)器，比較電壓(yā)爲零，輸入電(diàn)壓大于零時(shí)，輸出高電平(píng)，否則輸出低(di)電平，即将交(jiao)流信号轉換(huàn)❌爲脈沖信号(hào)。脈沖經過光(guāng)耦進行電氣(qi)隔離，電信号(hao)單向傳🎯輸，由(you)單片機采集(ji)光耦信号輸(shu)出的通斷🆚頻(pín)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(yuán)始信号對🏃應(yīng)的燃油流量(liàng)，信号轉換過(guo)✏️程如圖３所示(shi)。

　　在渦輪流(liu)量傳感器标(biao)定試驗台中(zhong)進行傳感器(qi)标定，針對主(zhu)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(wō)輪傳感器，使(shǐ)用頻率采🔴集(jí)設備測量脈(mò)沖頻率，并輸(shu)入的流量與(yu)采集到的頻(pin)率相關聯，得(dé)到表１中标定(ding)結⛱️果。
２故障現(xian)象通過地面(miàn)電源爲設備(bei)上電後，發動(dong)機在☎️低轉速(su)狀态下開車(che)，在地面控制(zhì)站人機交互(hù)界面🚩查看⚽到(dào)燃油流量在(zài)♉５００Ｌ／ｈ～１５００Ｌ／ｈ跳動，已經超(chao)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(xī)飛參記錄設(she)備中的數據(jù)，得到圖４中曲(qu)線。

　　由(you)曲線可以看(kàn)出，在發動機(ji)未起動時，燃(ran)油流量爲０Ｌ／ｈ，故(gù)障未🏃‍♀️出現；在(zài)發動機起動(dong)至最低轉速(sù)時，燃油流🈲量(liang)出㊙️現異常，在(zài)５００Ｌ／ｈ～１５００Ｌ／ｈ随機跳動；在(zài)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(wō)輪流量傳感(gan)器工作原理(lǐ)及現場環🏃境(jing)，出現上述故(gu)障原因可能(neng)爲外界磁場(chǎng)耦合進🔆渦輪(lun)流量傳感器(qì)線♻️圈，使得原(yuan)始微小交流(liú)信号混入幹(gan)擾信号，且此(cǐ)時信噪比較(jiào)低，幹擾🏃‍♀️信号(hào)起主導作用(yòng)，信号處理單(dān)元将混入幹(gan)✊擾的信号♋處(chù)理後計🙇🏻算得(dé)到的頻率較(jiao)高，由脈沖頻(pin)率與燃油流(liú)量成線性對(dui)應關系👉，即會(huì)出現較大的(de)燃油流量。
３建(jian)模仿真及驗(yàn)證
３.１建模仿真(zhen)
　　爲進一步分(fen)析故障原因(yin)，根據渦輪流(liu)量傳感器的(de)信号轉換過(guo)程建立邏輯(jí)模型，在不同(tóng)頻率段加入(rù)頻率爲５０Ｈｚ的外(wài)界幹擾✨，查看(kan)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(ran)油渦輪流量(liang)傳感🤞器❌産生(shēng)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(xin)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(chòng)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(qì)的邏輯模型(xíng)，如圖🏃🏻５所示🔞。由(yóu)于Ｓ－ｆｕｎｃｔｉｏｎ可👄以用連(lian)續或離散狀(zhuàng)态方程描述(shù)動态系統模(mó)塊，因此，渦輪(lún)流量傳感器(qì)線圈磁－電轉(zhuǎn)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(rán)油流量爲表(biǎo)１中标定的下(xià)限１００Ｌ／ｈ和上限６００Ｌ／ｈ，渦(wo)輪流量傳感(gan)器信号輸出(chū)及脈沖輸出(chū)如圖６所示。

　　仿真結果表(biǎo)明，在低流量(liàng)時，渦輪流量(liang)傳感器原始(shi)微小交流信(xìn)号過零比較(jiào)處，脈沖頻率(lǜ)較高，且幅值(zhi)不穩定。而在(zài)高流量時，脈(mo)沖信号頻率(lü)與真實信号(hào)頻率相近，幅(fú)值♊穩定。
仿真(zhen)結果與故障(zhàng)現象一緻，初(chū)步推斷渦輪(lun)流量傳感器(qi)故障原㊙️因爲(wei)外界磁場幹(gàn)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(chuan)感器的燃油(yóu)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(pin)率爲５０ Ｈｚ，模拟外(wài)界電磁幹擾(rǎo)，分别用🎯兩台(tai)示波器檢測(ce)到渦輪流量(liàng)傳感器線💯圈(quan)輸出信🐕号和(he)脈沖輸出信(xìn)号，如圖７所示(shì)。
　　試驗結果表(biao)明，在未加入(rù)外界幹擾時(shí)，原始微小交(jiāo)流信号及脈(mo)沖信号電氣(qi)特性良好，脈(mo)沖最高幅值(zhí)穩定👨‍❤️‍👨，光耦可(kě)以正常通／斷(duàn)，單片機計算(suàn)得出脈沖信(xin)🐉号頻率值。而(er)加❤️入外界幹(gan)擾後🔴，原始信(xin)号出現明顯(xian)📐畸變，幅值在(zài)２２ｍＶ左右，轉♉換脈(mo)沖信号最高(gāo)幅😍值不穩定(ding)✍️ （１.７Ｖ～１.０Ｖ），且最低幅值(zhi)🤩亦有突變，導(dao)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(shi)圖７線圈輸出(chu)波形及脈沖(chòng)轉換波形頻(pin)率較高，在５００Ｌ／ｈ～１　５００Ｌ／ｈ之(zhi)間跳動。

　　經進一步(bu)分析，由于葉(ye)輪的機械特(te)性，在高流量(liàng)段工作🐪時🌏，葉(ye)❄️輪轉速和燃(rán)油流量成線(xiàn)性的正比關(guān)系，在低流量(liang)段工🛀🏻作時，葉(yè)輪轉速和燃(rán)油流量成非(fēi)線👣性的關系(xi)，流量越小，轉(zhuǎn)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(ye)輪的轉速會(huì)降得很低，線(xiàn)圈的感應電(diàn)勢Ｅ會跟着變(bian)小，即信号的(de)電💔壓呈非線(xian)性的加速下(xia)降，這說明傳(chuan)感器已經工(gong)作在非線性(xìng)流量段，由于(yu)葉輪轉速太(tài)低，感應的信(xìn)号很弱小，在(zai)存在電源🔆噪(zào)聲和幹擾的(de)情況下，信号(hao)處理單元無(wú)法區分真實(shi)信号和幹擾(rǎo)信号，導緻燃(rán)油測量不準(zhǔn)确。
４　結束語
　　針(zhen)對燃油渦輪(lun)流量傳感器(qi)在低流量段(duan)出現流量不(bú)🌈準确🔞的🈚故障(zhàng)，分析了其工(gōng)作原理及信(xìn)号轉換過程(cheng)，建立了其邏(luo)輯模型，最後(hòu)，進行了故障(zhang)仿真及驗證(zhèng)試驗👨‍❤️‍👨。最終确(què)定了故❌障原(yuan)因爲外界磁(ci)場幹擾，排🚶除(chu)故障可考慮(lǜ)以下兩種措(cuo)施😘：
１）在渦輪流(liú)量傳感器中(zhōng)設計電磁屏(ping)蔽結構，阻止(zhi)外🧑🏾‍🤝‍🧑🏼界電磁幹(gàn)🔞擾耦合進線(xian)圈；
２）信号處理(li)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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