０引言
　　流量是現代工業測量過程中的一個重要參數，渦輪流量傳感器渦輪轉子輕
、慣性小
，因此測量精度高
、量程範圍寬

、重複性與動態特性好［１］。因此


，各國的發動機試車台多使用渦輪流量傳感器測量發動機燃油流量［２］。渦(wo)輪(lun)流(liu)量(liang)傳(chuan)感(gan)器(qi)屬(shu)於(yu)速(su)度(du)式(shi)流(liu)量(liang)儀(yi)表(biao)
，當(dang)被(bei)測(ce)流(liu)體(ti)流(liu)過(guo)傳(chuan)感(gan)器(qi)時(shi)，在(zai)流(liu)體(ti)作(zuo)用(yong)下(xia)，葉(ye)輪(lun)受(shou)力(li)而(er)旋(xuan)轉(zhuan)，轉(zhuan)速(su)與(yu)管(guan)道(dao)內(nei)流(liu)體(ti)流(liu)速(su)成(cheng)正(zheng)比(bi)，葉(ye)輪(lun)轉(zhuan)動(dong)後(hou)周(zhou)期(qi)性(xing)地(di)改(gai)變(bian)磁(ci)電(dian)轉(zhuan)換(huan)器(qi)的(de)磁(ci)阻(zu)值(zhi)
，檢(jian)測(ce)線(xian)圈(quan)中(zhong)的(de)磁(ci)通(tong)隨(sui)之(zhi)發(fa)生(sheng)周(zhou)期(qi)性(xing)變(bian)化(hua)，產(chan)生(sheng)周(zhou)期(qi)性(xing)的(de)感(gan)應(ying)電(dian)勢(shi)，即(ji)電(dian)脈(mai)衝(chong)信(xin)號(hao)［３］
，流量傳感器輸出的脈衝信號頻率代表流量大小
，流量與信號頻率在一定區間內近似成線性關係［４］。無人機燃油消耗量屬重要參數，測量意義重大

，有利於正確飛行方案，有效提高載油利用率［５］。在進行無人機燃油流量檢查過程中
，發動機在低速狀態下開車，燃油流量測量不準確。本文主要對此故障進行仿真分析及試驗驗證。
１測量原理　
１.１gongzuoyuanliyouyuyelundeyepianyuliuxiangyouyidingjiaodu，dangranyouchongjiwolunzhuanzishi，liutidechongjizuoyongchanshengtuidongliju，kefuliuliangchuanganqizhichengzhouchengyuzhuanzizhijiandejixiemocalijuyijiyouyuliutizhanxingzuoyongchanshengdeyetizulizhihoushizhuanzikaishiyundong［１］

，渦輪流量傳感器結構原理如圖１所示。

　　在葉輪上的磁鐵產生磁場

，固定在傳感器內部的線圈組件處於磁場中，如圖２所示，當燃油通過傳感器內腔後，燃油的流速驅動葉輪旋轉，帶動葉輪上的磁鐵旋轉
，此時線圈組件感應的磁通量也周期發生變化。

根據電磁感應原理
，線圈的磁通量發生變化

，相應產生感應電勢：

Ｎ為線圈的匝數
，ΔΦ為磁通量變化
，ΔＴweibianhuashijian。yinci
，ranyouliuguowolunliuliangchuanganqishi
，xianquanhuichanshengzhouqibianhuadianya，jiyelunzhuandongyiquan，jiuhuiganyingchuyigezhengxianxinhao，yelunlianxuzhuandong，jiuhuizhouqidechanshengzhengxianxinhao。jingguoxinhaochulizhuanhuanweimaichongxinhao，wolunliuliangchuanganqiwendingyunxingshuchudemaichongpinlvyuliujingliuliangchuanganqideliulianglilunguanxiruxia［６］：

Ｑ為通過渦輪流量傳感器的體積流量（Ｌ／ｓ），ｆ為脈衝信號頻率（Ｈｚ），ｋ為儀表係數（１／Ｌ）。
　　xinhaochulidanyuanzhuyaoshixianjiaoliuxinhaochulijishujutongxin
，shouxianjiangjiaoliuxinhaozhuanweimaichongxinhao，qicidanpianjikongzhiqitongguoguangoudianqigelicaijibingjisuanmaichongpinlv，yijubiaodingdeliulianghepinlvguanxijisuanxiangyingranyouliuliang，zuihoujiangshujuxieruchuankoutongxinmokuai，jingyoudianqijiekoufazhijizaijisuanji。
１.２信號轉換及處理
　　渦wo輪lun流liu量liang傳chuan感gan器qi中zhong的de葉ye輪lun旋xuan轉zhuan時shi，線xian圈quan周zhou期qi產chan生sheng幅fu值zhi為wei數shu十shi毫hao安an至zhi數shu百bai毫hao安an的de微wei小xiao交jiao流liu信xin號hao
，經jing過guo第di一yi級ji運yun算suan放fang大da器qi將jiang微wei小xiao交jiao流liu信xin號hao進jin行xing放fang大da並bing限xian幅fu，消xiao除chu幅fu值zhi為wei負fu的de信xin號hao。再zai經jing過guo第di二er級ji比bi較jiao器qi，比bi較jiao電dian壓ya為wei零ling，輸shu入ru電dian壓ya大da於yu零ling時shi，輸shu出chu高gao電dian平ping，否fou則ze輸shu出chu低di電dian平ping，即ji將jiang交jiao流liu信xin號hao轉zhuan換huan為wei脈mai衝chong信xin號hao。脈mai衝chong經jing過guo光guang耦ou進jin行xing電dian氣qi隔ge離li，電dian信xin號hao單dan向xiang傳chuan輸shu
，由you單dan片pian機ji采cai集ji光guang耦ou信xin號hao輸shu出chu的de通tong斷duan頻pin率lv，即ji為wei原yuan始shi信xin號hao頻pin率lv值zhi，再zai通tong過guo預yu先xian標biao定ding的de頻pin率lv與yu流liu量liang關guan係xi

，計ji算suan可ke得de原yuan始shi信xin號hao對dui應ying的de燃ran油you流liu量liang，信xin號hao轉zhuan換huan過guo程cheng如ru圖tu３所示。

　　在渦輪流量傳感器標定試驗台中進行傳感器標定，針對主流量點（１００Ｌ／ｈ
、１５０Ｌ／ｈ、３００Ｌ／ｈ、６００Ｌ／ｈ）輸入相應流量的燃油流經渦輪傳感器，使用頻率采集設備測量脈衝頻率，並輸入的流量與采集到的頻率相關聯，得到表１中標定結果。
２故障現象通過地麵電源為設備上電後，發動機在低轉速狀態下開車，在地麵控製站人機交互界麵查看到燃油流量在５００Ｌ／ｈ～１５００Ｌ／ｈ跳動
，已經超過傳感器實際測量範圍，此時理論值：

應為８０Ｌ／ｈ～１００Ｌ／ｈ。通過分析飛參記錄設備中的數據
，得到圖４中曲線。

　　由曲線可以看出，在發動機未起動時，燃油流量為０Ｌ／ｈ

，故障未出現；在發動機起動至最低轉速時，燃油流量出現異常，在５００Ｌ／ｈ～１５００Ｌ／ｈ隨機跳動；在轉速達到最大轉速時，燃油流量為２６０Ｌ／ｈ，故障消失。
通(tong)過(guo)分(fen)析(xi)燃(ran)油(you)渦(wo)輪(lun)流(liu)量(liang)傳(chuan)感(gan)器(qi)工(gong)作(zuo)原(yuan)理(li)及(ji)現(xian)場(chang)環(huan)境(jing)
，出(chu)現(xian)上(shang)述(shu)故(gu)障(zhang)原(yuan)因(yin)可(ke)能(neng)為(wei)外(wai)界(jie)磁(ci)場(chang)耦(ou)合(he)進(jin)渦(wo)輪(lun)流(liu)量(liang)傳(chuan)感(gan)器(qi)線(xian)圈(quan)，使(shi)得(de)原(yuan)始(shi)微(wei)小(xiao)交(jiao)流(liu)信(xin)號(hao)混(hun)入(ru)幹(gan)擾(rao)信(xin)號(hao)
，且(qie)此(ci)時(shi)信(xin)噪(zao)比(bi)較(jiao)低(di)，幹(gan)擾(rao)信(xin)號(hao)起(qi)主(zhu)導(dao)作(zuo)用(yong)
，信(xin)號(hao)處(chu)理(li)單(dan)元(yuan)將(jiang)混(hun)入(ru)幹(gan)擾(rao)的(de)信(xin)號(hao)處(chu)理(li)後(hou)計(ji)算(suan)得(de)到(dao)的(de)頻(pin)率(lv)較(jiao)高(gao)，由(you)脈(mai)衝(chong)頻(pin)率(lv)與(yu)燃(ran)油(you)流(liu)量(liang)成(cheng)線(xian)性(xing)對(dui)應(ying)關(guan)係(xi)，即(ji)會(hui)出(chu)現(xian)較(jiao)大(da)的(de)燃(ran)油(you)流(liu)量(liang)。
３建模仿真及驗證
３.１建模仿真
　　為進一步分析故障原因，根據渦輪流量傳感器的信號轉換過程建立邏輯模型，在不同頻率段加入頻率為５０Ｈｚ的外界幹擾，查看脈衝頻率變化情況。
將表１中數據擬合為線性函數，得到如下燃油渦輪流量傳感器產生脈衝的頻率和燃油流量的關係：

燃油流量產生的微小交流信號為：
假定外界電磁幹擾作用於渦輪流量傳感器產生的幹擾為：
渦輪傳感器線圈輸出信號為：
限幅後的信號為：
轉換為脈衝信號：Ｍａｘ為脈衝幅值。
　　基於ｓｉｍｕｌｉｎｋ建立燃油渦輪流量傳感器的邏輯模型
，如圖５所示。由於Ｓ－ｆｕｎｃｔｉｏｎ可以用連續或離散狀態方程描述動態係統模塊，因此
，渦輪流量傳感器線圈磁－電轉換
、波形限幅

、交流轉脈衝等模塊基於Ｍ－ｆｉｌｅ模板編寫Ｓ－ｆｕｎｃｔｉｏｎ來實現［７－８］。

　　分別設定理論燃油流量為表１中標定的下限１００Ｌ／ｈ和上限６００Ｌ／ｈ

，渦輪流量傳感器信號輸出及脈衝輸出如圖６所示。

　　仿fang真zhen結jie果guo表biao明ming
，在zai低di流liu量liang時shi
，渦wo輪lun流liu量liang傳chuan感gan器qi原yuan始shi微wei小xiao交jiao流liu信xin號hao過guo零ling比bi較jiao處chu
，脈mai衝chong頻pin率lv較jiao高gao
，且qie幅fu值zhi不bu穩wen定ding。而er在zai高gao流liu量liang時shi，脈mai衝chong信xin號hao頻pin率lv與yu真zhen實shi信xin號hao頻pin率lv相xiang近jin，幅fu值zhi穩wen定ding。
仿真結果與故障現象一致
，初步推斷渦輪流量傳感器故障原因為外界磁場幹擾。
３.２　
　　驗證試驗為確定故障原因
，在燃油測試台中進行驗證試驗，設定供給至渦輪流量傳感器的燃油真實流量為９０Ｌ／ｈ，通過繼電器控製外置線圈通／斷電，頻率為５０ Ｈｚ
，模擬外界電磁幹擾，分別用兩台示波器檢測到渦輪流量傳感器線圈輸出信號和脈衝輸出信號，如圖７所示。
　　試驗結果表明，在未加入外界幹擾時
，原始微小交流信號及脈衝信號電氣特性良好

，脈衝最高幅值穩定，光耦可以正常通／斷，單片機計算得出脈衝信號頻率值。而加入外界幹擾後
，原始信號出現明顯畸變，幅值在２２ｍＶ左右
，轉換脈衝信號最高幅值不穩定 （１.７Ｖ～１.０Ｖ），且最低幅值亦有突變，導致光耦出現異常通／斷，最終導致單片機計算出的頻率較真實圖７線圈輸出波形及脈衝轉換波形頻率較高，在５００Ｌ／ｈ～１　５００Ｌ／ｈ之間跳動。

　　經jing進jin一yi步bu分fen析xi
，由you於yu葉ye輪lun的de機ji械xie特te性xing，在zai高gao流liu量liang段duan工gong作zuo時shi，葉ye輪lun轉zhuan速su和he燃ran油you流liu量liang成cheng線xian性xing的de正zheng比bi關guan係xi，在zai低di流liu量liang段duan工gong作zuo時shi，葉ye輪lun轉zhuan速su和he燃ran油you流liu量liang成cheng非fei線xian性xing的de關guan係xi
，流liu量liang越yue小xiao，轉zhuan速su下xia降jiang得de越yue快kuai。供gong油you管guan路lu的de燃ran油you流liu量liang在zai低di流liu量liang段duan時shi，傳chuan感gan器qi葉ye輪lun的de轉zhuan速su會hui降jiang得de很hen低di，線xian圈quan的de感gan應ying電dian勢shiＥ會hui跟gen著zhe變bian小xiao
，即ji信xin號hao的de電dian壓ya呈cheng非fei線xian性xing的de加jia速su下xia降jiang，這zhe說shuo明ming傳chuan感gan器qi已yi經jing工gong作zuo在zai非fei線xian性xing流liu量liang段duan，由you於yu葉ye輪lun轉zhuan速su太tai低di，感gan應ying的de信xin號hao很hen弱ruo小xiao，在zai存cun在zai電dian源yuan噪zao聲sheng和he幹gan擾rao的de情qing況kuang下xia，信xin號hao處chu理li單dan元yuan無wu法fa區qu分fen真zhen實shi信xin號hao和he幹gan擾rao信xin號hao
，導dao致zhi燃ran油you測ce量liang不bu準zhun確que。
４　結束語
　　針zhen對dui燃ran油you渦wo輪lun流liu量liang傳chuan感gan器qi在zai低di流liu量liang段duan出chu現xian流liu量liang不bu準zhun確que的de故gu障zhang，分fen析xi了le其qi工gong作zuo原yuan理li及ji信xin號hao轉zhuan換huan過guo程cheng，建jian立li了le其qi邏luo輯ji模mo型xing，最zui後hou，進jin行xing了le故gu障zhang仿fang真zhen及ji驗yan證zheng試shi驗yan。最zui終zhong確que定ding了le故gu障zhang原yuan因yin為wei外wai界jie磁ci場chang幹gan擾rao，排pai除chu故gu障zhang可ke考kao慮lv以yi下xia兩liang種zhong措cuo施shi：
１）在渦輪流量傳感器中設計電磁屏蔽結構，阻止外界電磁幹擾耦合進線圈；
２）信號處理單元中的采用滯回比較器電路，可以過濾外界幹擾造成的電壓波動。

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