０引言
　　流量(liang)是現代工業測(cè)量過程中的一(yi)個重要參數，渦(wō)輪流量傳感器(qi) 渦輪轉子輕、慣(guan)性小，因此測量(liàng)精度高、量程範(fàn)圍寬、重複性與(yu)🈲動态特性好［１］。因(yin)此，各國的發動(dong)機試車台多使(shi)用渦輪流✊量傳(chuan)感器測量發動(dong)機燃油流量［２］。渦(wō)輪流量傳感器(qi)屬于速🥰度式流(liú)量儀表，當被測(cè)流體流過傳感(gǎn)器時，在流體作(zuo)用下，葉輪受力(lì)💞而旋轉，轉速與(yu)管道内流體流(liú)速成正比，葉輪(lun)轉動後周期性(xìng)地改變磁電轉(zhuan)換器的磁阻值(zhi)⭐，檢測線圈中的(de)磁通随之發生(sheng)周期性變化，産(chǎn)生周期性的感(gǎn)應電勢，即電脈(mo)沖信号［３］，流量傳(chuan)🍓感器輸出的脈(mò)沖🌈信号頻率代(dai)表流量大小，流(liú)量與信号頻率(lü)在一定區間内(nei)近似成線性關(guan)系［４］。無人機燃油(you)消耗量屬重要(yao)參數，測量意義(yì)重大，有利于正(zhèng)确飛行方案，有(you)效提高載油利(li)用率［５］。在進行無(wú)人機燃油流量(liang)⚽檢查過程中，發(fā)動機📱在低速狀(zhuàng)态下開車，燃油(you)流量測量不準(zhǔn)🈲确。本文主要對(dui)此故障進行仿(páng)🌂真分析及試驗(yan)驗證。
１測量原理(li)　
１.１工作原理由于(yú)葉輪的葉片與(yu)流向有一定角(jiao)度，當燃油沖擊(jī)渦輪轉子時，流(liu)體的沖擊作用(yong)産生推動🧑🏽‍🤝‍🧑🏻力矩(ju)，克服流量傳感(gǎn)器支撐軸承與(yǔ)轉子之間的機(jī)械摩擦力矩以(yi)及由于流體粘(zhan)性作用産生的(de)液體阻力之後(hòu)使轉子開始運(yùn)動［１］，渦☀️輪流量傳(chuan)感器結構原理(li)如圖１所示。

　　在葉(ye)輪上的磁鐵産(chǎn)生磁場，固定在(zai)傳感器内部的(de)線🌈圈㊙️組件處于(yú)磁場中，如圖２所(suo)示，當燃油通過(guò)傳感器内腔後(hou)，燃油🙇‍♀️的流速驅(qu)動葉輪旋轉，帶(dai)動葉輪上的磁(ci)鐵旋轉，此時線(xiàn)圈組件感應的(de)磁通量也周期(qi)發生變化😄。

根據電磁感應(ying)原理，線圈的磁(ci)通量發生變化(huà)，相應産‼️生感應(yīng)✉️電勢：

Ｎ爲線圈的(de)匝數，ΔΦ爲磁通量(liang)變化，ΔＴ爲變化時(shí)間。因此，燃油流(liú)過渦輪流量傳(chuan)感器時，線圈會(huì)産生周期變化(hua)電壓，即葉輪轉(zhuǎn)動一圈，就會感(gǎn)應出一個正弦(xian)信号，葉輪連續(xù)轉動，就會周👉期(qi)的産生正弦信(xin)号。經過信号處(chù)理轉換爲脈沖(chong)信号，渦輪流量(liàng)傳感器穩定運(yun)🈲行輸出的脈⭐沖(chong)頻率與流經流(liú)量傳感💋器的流(liú)量理🐉論關系如(ru)下［６］：

Ｑ爲通過渦輪(lún)流量傳感器的(de)體積流量（Ｌ／ｓ），ｆ爲脈(mo)沖信号頻☎️率（Ｈｚ），ｋ爲(wèi)儀表系數（１／Ｌ）。
　　信号(hào)處理單元主要(yào)實現交流信号(hao)處理及數據通(tong)信，首先将交⁉️流(liu)信号轉爲脈沖(chòng)信号，其次單片(piàn)機控制器通過(guo)♋光耦電氣隔離(li)采集并計算脈(mo)沖頻率，依據标(biao)定👄的流量和頻(pín)率關系計算相(xiang)應👈燃油流量，最(zuì)後将數據🐇寫入(rù)串口🏃🏻‍♂️通信模塊(kuài)，經由電氣接口(kou)發至機載計算(suan)機。
１.２信号轉換及(jí)處理
　　渦輪流量(liang)傳感器中的葉(yè)輪旋轉時，線圈(quān)周期産生幅值(zhí)‼️爲數十毫安至(zhi)數百毫安的微(wei)小交流信号，經(jing)過第一級❗運算(suan)放大器将微小(xiǎo)交流信号進行(háng)放大并限幅，消(xiāo)除幅值爲負的(de)信号。再經過第(dì)二級比較器，比(bǐ)較電壓爲零，輸(shū)入電壓大㊙️于零(ling)時，輸出高電平(píng)，否則輸出低🐇電(diàn)平，即将交流信(xin)号轉換爲脈沖(chong)信号。脈沖經過(guò)光耦進行電氣(qi)隔離，電信号單(dān)向傳輸，由單片(pian)機采集光耦信(xin)号輸出的通斷(duàn)🌈頻率，即爲原始(shi)信号頻率值，再(zai)通過預先标定(ding)的頻率與流量(liàng)關系，計算可得(de)原始信号對⚽應(ying)的燃🤩油流量，信(xin)号轉換過🤞程如(ru)圖３所示。

　　在渦輪流(liu)量傳感器标定(ding)試驗台中進行(háng)傳感器标定，針(zhen)☁️對🈚主流量點（１００Ｌ／ｈ、１５０Ｌ／ｈ、３００Ｌ／ｈ、６００Ｌ／ｈ）輸(shū)入相應流量的(de)燃油流經渦輪(lún)傳感器，使用頻(pin)率采集設備測(ce)量脈沖頻率，并(bìng)輸入的流量與(yu)采集到的頻🌍率(lü)相關聯，得到表(biao)１中标定結果。
２故(gu)障現象通過地(di)面電源爲設備(bèi)上電後，發動機(jī)在低轉速狀态(tai)下開車，在地面(mian)控制站人機交(jiao)互界面查看到(dào)燃油流量在５００Ｌ／ｈ～１５００Ｌ／ｈ跳(tiào)動🏃‍♂️，已經超過傳(chuán)感器實際測量(liang)範圍，此時理論(lun)值：

應爲(wèi)８０Ｌ／ｈ～１００Ｌ／ｈ。通過分析飛參(can)記錄設備中的(de)數據，得到圖４中(zhōng)曲💰線㊙️。

　　由曲線可(ke)以看出，在發動(dòng)機未起動時，燃(rán)油流量爲０Ｌ／ｈ，故障(zhàng)未💘出🚶‍♀️現；在發動(dong)機起動至最低(di)轉速時，燃油流(liú)量出🔅現異✏️常，在(zai)５００Ｌ／ｈ～１５００Ｌ／ｈ随機跳動♻️；在轉(zhuan)速達到最大轉(zhuǎn)速時，燃油流量(liang)爲２６０Ｌ／ｈ，故障消失✔️。
通(tōng)過分析燃油渦(wo)輪流量傳感器(qi)工作原理及現(xian)場🚩環境，出♌現上(shang)述故障原因可(ke)能爲外界磁場(chang)耦合進💯渦輪流(liú)量傳感器線圈(quān)，使得原始微小(xiao)交流信号混入(rù)幹擾信号，且此(cǐ)時信🏃‍♂️噪比較低(di)，幹擾信号起主(zhu)導👣作用，信号處(chu)理單元将混入(rù)幹擾的信号處(chu)理後計算得到(dao)的頻率較高，由(yóu)脈沖頻率與燃(ran)油流量成線性(xing)對應關系，即會(huì)出現較大的燃(rán)油流量。
３建模仿(pang)真及驗證
３.１建模(mó)仿真
　　爲進一步(bù)分析故障原因(yin)，根據渦輪流量(liàng)傳感器的信号(hao)轉換過程建立(li)邏輯模型，在不(bu)同頻率段加入(ru)頻率爲５０Ｈｚ的外界(jiè)幹擾，查看脈沖(chong)頻率變化情況(kuàng)。
将表１中數據拟(nǐ)合爲線性函數(shu)，得到如下燃油(yóu)渦輪流量傳感(gan)💚器🚶‍♀️産生脈沖的(de)頻率和燃油流(liú)量的關系：

燃油(you)流量産生的微(wēi)小交流信号爲(wèi)：
假定外界電磁(ci)幹擾作用于渦(wō)輪流量傳感器(qi)産生的幹擾爲(wei)：
渦輪傳感器線(xian)圈輸出信号爲(wèi)：
限幅後的信号(hào)爲：
轉換爲脈沖(chong)信号：Ｍａｘ爲脈沖幅(fu)值。
　　基于ｓｉｍｕｌｉｎｋ建立燃(ran)油渦輪流量傳(chuan)感器的邏輯模(mó)型，如圖５所示。由(you)于Ｓ－ｆｕｎｃｔｉｏｎ可以用連續(xù)或離散狀态方(fang)程描述動态系(xì)統☔模塊，因此，渦(wo)輪流量🔴傳感器(qì)線圈磁－電轉換(huan)、波🧑🏽‍🤝‍🧑🏻形限幅、交流(liu)轉脈沖等模塊(kuài)基于Ｍ－ｆｉｌｅ模闆編寫(xiě)Ｓ－ｆｕｎｃｔｉｏｎ來實現💰［７－８］。

　　分别設定(ding)理論燃油流量(liang)爲表１中标定的(de)下限１００Ｌ／ｈ和上💯限６００Ｌ／ｈ，渦(wō)🚩輪✉️流量傳感器(qì)信号輸出及脈(mò)沖輸出如圖６所(suo)示。

　　仿真結果表明(míng)，在低流量時，渦(wō)輪流量傳感器(qi)原始微小📧交流(liu)信号過零比較(jiao)處，脈沖頻率較(jiao)高，且幅值不穩(wen)定。而在高流量(liang)時，脈沖信号頻(pín)率與真實信号(hao)頻率相近，幅值(zhi)穩定。
仿真結果(guǒ)與故障現象一(yi)緻，初步推斷渦(wō)輪流量傳感器(qì)故☎️障原🧑🏽‍🤝‍🧑🏻因爲外(wài)界磁場幹擾。
３.２　
　　驗(yan)證試驗爲确定(ding)故障原因，在燃(rán)油測試台中進(jin)行驗證試驗，設(shè)定供給至渦輪(lún)流量傳感器的(de)燃油真實流量(liàng)爲９０Ｌ／ｈ，通過繼電器(qi)控制外置線圈(quān)通／斷電，頻率爲(wèi)５０ Ｈｚ，模拟外界電磁(cí)幹擾，分别用兩(liǎng)台示‼️波器檢測(ce)到渦輪流量傳(chuán)感器線圈輸出(chu)信🧑🏽‍🤝‍🧑🏻号和脈沖輸(shū)出信号，如圖７所(suo)示。
　　試驗結果表(biao)明，在未加入外(wài)界幹擾時，原始(shi)微小交流信号(hao)及脈沖信号電(diàn)氣特性良好，脈(mo)沖最高幅值穩(wen)定，光耦📐可以🔴正(zheng)常🏃‍♂️通／斷，單片機(ji)計算得出脈沖(chòng)信号頻率值。而(ér)加入外界幹擾(rǎo)後，原始信号出(chu)現明顯畸變，幅(fu)值在２２ｍＶ左右，轉換(huàn)脈沖信号最高(gao)幅值不穩定🐆 （１.７Ｖ～１.０Ｖ），且(qie)最低幅值亦有(you)突變，導👣緻光耦(ǒu)出現🐇異常通／斷(duan)，最🔅終導緻單片(pian)機計算出的頻(pín)率較真實圖７線(xiàn)圈輸出波形及(jí)脈沖轉換波形(xíng)頻率較高，在５００Ｌ／ｈ～１　５００Ｌ／ｈ之(zhi)間跳動。

　　經進一(yi)步分析，由于葉(ye)輪的機械特性(xìng)，在高流量段工(gong)作時🚶‍♀️，葉輪轉速(sù)和燃油流量成(cheng)線性的正比關(guan)系，在低流量段(duan)工作時📱，葉輪轉(zhuan)速和燃油流量(liang)成非線✏️性的關(guan)系，流量越小，轉(zhuan)☎️速下降得越快(kuài)。供油管路的燃(ran)油流量在低流(liu)量段時，傳感器(qì)葉輪的轉速會(hui)降得很低，線圈(quan)的感應電勢Ｅ會(hui)跟着變小，即信(xin)号的電壓呈非(fei)線性的加速下(xia)降，這說明傳感(gan)器已經工作在(zai)非線性流量段(duan)，由于葉輪轉速(sù)太🆚低，感應的信(xin)号很弱小，在存(cún)在電源噪聲和(hé)幹擾的情況👄下(xia)，信号處理單元(yuan)無📱法區分真實(shi)㊙️信号和幹擾信(xin)号，導緻燃油測(cè)量不準确。
４　結束(shu)語
　　針對燃油渦(wō)輪流量傳感器(qi)在低流量段出(chu)現流量不準📧确(que)🐇的故障，分析了(le)其工作原理及(jí)信号轉換過程(chéng)，建立了其邏輯(ji)模型，最後，進行(háng)了故障仿真及(jí)驗證試驗。最終(zhong)确定了故障原(yuán)因爲外界磁場(chang)幹擾，排除故障(zhàng)可考慮以下兩(liang)種措施：
１）在渦輪(lun)流量傳感器中(zhōng)設計電磁屏蔽(bì)結構，阻止外🍓界(jie)電磁幹擾耦合(hé)進線圈；
２）信号處(chù)理單元中的采(cǎi)用滞回比較器(qi)電路，可以過濾(lǜ)外界幹擾造成(cheng)的電壓波動。

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