０引言(yan)
　　流量(liang)是現(xian)代工(gong)業測(ce)量過(guo)程中(zhong)的一(yi)個重(zhong)要參(can)數，渦(wo)輪流(liu)量傳(chuan)感器(qi) 渦輪(lun)轉子(zi)輕、慣(guan)性小(xiao)，因此(ci)測量(liang)精度(du)高、量(liang)程範(fan)圍寬(kuan)🔞、重複(fu)性與(yu)👨‍❤️‍👨動态(tai)特性(xing)好［１］。因(yin)此，各(ge)國的(de)發動(dong)機試(shi)車台(tai)多使(shi)用渦(wo)輪流(liu)🥰量傳(chuan)感器(qi)測量(liang)發動(dong)機燃(ran)油流(liu)量［２］。渦(wo)輪流(liu)量傳(chuan)感器(qi)屬于(yu)速度(du)式流(liu)量儀(yi)表✌️，當(dang)被測(ce)流體(ti)🤩流過(guo)傳感(gan)器時(shi)，在流(liu)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼體作(zuo)用下(xia)，葉輪(lun)受力(li)而旋(xuan)轉，轉(zhuan)速與(yu)管道(dao)内流(liu)體流(liu)速成(cheng)正比(bi)，葉輪(lun)轉動(dong)後周(zhou)期性(xing)🏃🏻地改(gai)變磁(ci)電轉(zhuan)換器(qi)的磁(ci)阻值(zhi)，檢測(ce)線圈(quan)中的(de)💰磁通(tong)随之(zhi)發生(sheng)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼周期(qi)性變(bian)化，産(chan)生周(zhou)期性(xing)的感(gan)應電(dian)勢，即(ji)電脈(mo)沖信(xin)号［３］，流(liu)量傳(chuan)感器(qi)輸出(chu)的脈(mo)沖信(xin)🌍号頻(pin)率代(dai)🐪表流(liu)量大(da)小，流(liu)量與(yu)信号(hao)頻率(lü)在一(yi)定區(qu)間内(nei)近似(si)成線(xian)性關(guan)系［４］。無(wu)人機(ji)燃油(you)消耗(hao)量屬(shu)重要(yao)參數(shu)，測量(liang)🏃‍♂️意義(yi)重大(da)，有利(li)于正(zheng)确飛(fei)行方(fang)案，有(you)效提(ti)高載(zai)油利(li)用率(lü)［５］。在進(jin)行無(wu)人機(ji)燃油(you)流量(liang)檢查(cha)過程(cheng)中，發(fa)動機(ji)在低(di)速狀(zhuang)态下(xia)開車(che)，燃油(you)流量(liang)測🤩量(liang)不準(zhun)确。本(ben)文主(zhu)要對(dui)此故(gu)障進(jin)行仿(pang)真分(fen)析及(ji)試驗(yan)⭐驗證(zheng)。
１測量(liang)原理(li)　
１.１工作(zuo)原理(li)由于(yu)葉輪(lun)的葉(ye)片與(yu)流向(xiang)有一(yi)定角(jiao)度，當(dang)燃油(you)沖擊(ji)渦🈲輪(lun)轉子(zi)時，流(liu)體的(de)沖擊(ji)作用(yong)産生(sheng)推動(dong)力矩(ju)，克服(fu)流量(liang)傳感(gan)器支(zhi)🧡撐軸(zhou)承與(yu)轉子(zi)之間(jian)的機(ji)械摩(mo)擦力(li)矩以(yi)及由(you)于流(liu)體粘(zhan)性作(zuo)用♌産(chan)生的(de)液體(ti)阻力(li)之後(hou)使轉(zhuan)子開(kai)始運(yun)動［１］，渦(wo)輪流(liu)量傳(chuan)感器(qi)結構(gou)原理(li)如圖(tu)１所♈示(shi)。

　　在葉(ye)輪上(shang)的磁(ci)鐵産(chan)生磁(ci)場，固(gu)定在(zai)傳感(gan)器内(nei)部的(de)✍️線圈(quan)組件(jian)處于(yu)磁場(chang)中，如(ru)圖２所(suo)示，當(dang)燃油(you)通過(guo)傳感(gan)器内(nei)腔後(hou)，燃油(you)的流(liu)速驅(qu)動葉(ye)輪旋(xuan)轉，帶(dai)動葉(ye)輪上(shang)的磁(ci)鐵旋(xuan)轉，此(ci)✂️時線(xian)圈🔴組(zu)件感(gan)應的(de)磁通(tong)量也(ye)周期(qi)😄發生(sheng)變化(hua)。

根據(ju)電磁(ci)感應(ying)原理(li)，線圈(quan)的磁(ci)通量(liang)發生(sheng)變化(hua)，相應(ying)産生(sheng)感應(ying)電勢(shi)：

Ｎ爲線(xian)圈的(de)匝數(shu)，ΔΦ爲磁(ci)通量(liang)變化(hua)，ΔＴ爲變(bian)化時(shi)間。因(yin)此，燃(ran)油流(liu)過渦(wo)輪流(liu)量傳(chuan)感器(qi)時，線(xian)圈會(hui)産生(sheng)周期(qi)變化(hua)♉電壓(ya)🔞，即葉(ye)輪轉(zhuan)動一(yi)圈，就(jiu)會感(gan)應出(chu)一個(ge)正弦(xian)信号(hao)，葉輪(lun)連續(xu)轉動(dong)，就會(hui)周期(qi)的産(chan)生正(zheng)弦信(xin)号。經(jing)過信(xin)☎️号處(chu)理轉(zhuan)換爲(wei)脈沖(chong)信号(hao)，渦輪(lun)流量(liang)傳感(gan)器穩(wen)定運(yun)行輸(shu)出的(de)脈沖(chong)頻率(lü)與流(liu)經流(liu)量傳(chuan)感器(qi)的流(liu)量理(li)🤞論關(guan)系如(ru)下［６］：

Ｑ爲(wei)通過(guo)渦輪(lun)流量(liang)傳感(gan)器的(de)體積(ji)流量(liang)（Ｌ／ｓ），ｆ爲脈(mo)沖信(xin)号頻(pin)率（Ｈｚ），ｋ爲(wei)儀💘表(biao)系數(shu)（１／Ｌ）。
　　信号(hao)處理(li)單元(yuan)主要(yao)實現(xian)交流(liu)信号(hao)處理(li)及數(shu)據通(tong)信，首(shou)先将(jiang)🈲交流(liu)信号(hao)轉爲(wei)脈沖(chong)信号(hao)，其次(ci)單片(pian)機控(kong)制器(qi)🌂通過(guo)🈲光耦(ou)電氣(qi)隔離(li)采集(ji)并計(ji)算脈(mo)沖頻(pin)率，依(yi)據标(biao)定📞的(de)流量(liang)和頻(pin)率🔅關(guan)系計(ji)算相(xiang)應燃(ran)油流(liu)量，最(zui)後将(jiang)數據(ju)寫入(ru)串口(kou)通信(xin)模塊(kuai)，經由(you)電氣(qi)接口(kou)發至(zhi)⛹🏻‍♀️機載(zai)計算(suan)機♍。
１.２信(xin)号轉(zhuan)換及(ji)處理(li)
　　渦輪(lun)流量(liang)傳感(gan)器中(zhong)的葉(ye)輪旋(xuan)轉時(shi)，線圈(quan)周期(qi)産生(sheng)幅值(zhi)爲數(shu)十毫(hao)安至(zhi)數百(bai)毫安(an)的微(wei)小交(jiao)流信(xin)号，經(jing)過第(di)⛷️一級(ji)運算(suan)放大(da)器将(jiang)微小(xiao)交流(liu)信号(hao)進行(hang)放大(da)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻并限(xian)幅，消(xiao)除幅(fu)值爲(wei)負的(de)信号(hao)。再經(jing)過第(di)二級(ji)比較(jiao)♻️器，比(bi)較電(dian)壓爲(wei)零，輸(shu)✉️入電(dian)壓大(da)于零(ling)時，輸(shu)出高(gao)電平(ping)，否則(ze)輸出(chu)低電(dian)平，即(ji)将交(jiao)流信(xin)号轉(zhuan)換🤟爲(wei)脈沖(chong)信号(hao)㊙️。脈沖(chong)經過(guo)光✨耦(ou)🐆進行(hang)電氣(qi)隔離(li)，電信(xin)号單(dan)向傳(chuan)輸，由(you)單片(pian)機采(cai)集光(guang)耦信(xin)号輸(shu)♊出的(de)通斷(duan)頻率(lü)，即爲(wei)原始(shi)信号(hao)頻率(lü)值，再(zai)通過(guo)預先(xian)标定(ding)的頻(pin)率與(yu)流量(liang)關系(xi)🌈，計算(suan)可得(de)原始(shi)信号(hao)對應(ying)的燃(ran)油流(liu)量，信(xin)号轉(zhuan)換過(guo)💞程如(ru)圖３所(suo)示。

　　在渦(wo)輪流(liu)量傳(chuan)感器(qi)标定(ding)試驗(yan)台中(zhong)進行(hang)傳感(gan)器标(biao)定🌏，針(zhen)對♌主(zhu)流量(liang)點（１００Ｌ／ｈ、１５０Ｌ／ｈ、３００Ｌ／ｈ、６００Ｌ／ｈ）輸(shu)入相(xiang)應流(liu)量的(de)燃油(you)流經(jing)渦輪(lun)傳感(gan)器，使(shi)💯用頻(pin)率采(cai)集設(she)🏃備測(ce)量脈(mo)沖頻(pin)率，并(bing)輸入(ru)的流(liu)量與(yu)采集(ji)到的(de)頻率(lü)相關(guan)聯，得(de)到表(biao)１中标(biao)定結(jie)果。
２故(gu)障現(xian)象通(tong)過地(di)面電(dian)源爲(wei)設備(bei)上電(dian)後，發(fa)動機(ji)在👉低(di)轉速(su)🌈狀态(tai)💰下開(kai)車，在(zai)地面(mian)控制(zhi)站人(ren)機交(jiao)互界(jie)面查(cha)看到(dao)燃🥵油(you)流量(liang)在🧑🏽‍🤝‍🧑🏻５００Ｌ／ｈ～１５００Ｌ／ｈ跳(tiao)動⚽，已(yi)經超(chao)過傳(chuan)感器(qi)實際(ji)測👅量(liang)範圍(wei)，此時(shi)理論(lun)值：

應爲(wei)８０Ｌ／ｈ～１００Ｌ／ｈ。通過(guo)分析(xi)飛參(can)記錄(lu)設備(bei)中的(de)數據(ju)，得到(dao)圖４中(zhong)💘曲線(xian)。

　　由曲(qu)線可(ke)以看(kan)出，在(zai)發動(dong)機未(wei)起動(dong)時，燃(ran)油流(liu)量爲(wei)０Ｌ／ｈ，故障(zhang)未出(chu)現；在(zai)發動(dong)機起(qi)動至(zhi)最低(di)轉速(su)時，燃(ran)油流(liu)量出(chu)現異(yi)常，在(zai)㊙️５００Ｌ／ｈ～１５００Ｌ／ｈ随機(ji)跳動(dong)；在轉(zhuan)速達(da)到最(zui)大轉(zhuan)速時(shi)，燃油(you)流量(liang)爲２６０Ｌ／ｈ，故(gu)🔴障消(xiao)失。
通(tong)過分(fen)析燃(ran)油渦(wo)輪流(liu)量傳(chuan)感器(qi)工作(zuo)原理(li)及現(xian)場環(huan)境，出(chu)現🧑🏾‍🤝‍🧑🏼上(shang)述故(gu)障原(yuan)因可(ke)能爲(wei)外界(jie)磁場(chang)耦合(he)進渦(wo)輪😍流(liu)量傳(chuan)感器(qi)線圈(quan)，使得(de)原始(shi)微小(xiao)交流(liu)信号(hao)混入(ru)幹擾(rao)信号(hao)，且此(ci)時信(xin)噪比(bi)較低(di)，幹擾(rao)信号(hao)起主(zhu)導作(zuo)用，信(xin)号處(chu)理單(dan)元将(jiang)混入(ru)幹擾(rao)的信(xin)号處(chu)理後(hou)計⛷️算(suan)得到(dao)的頻(pin)率較(jiao)高，由(you)脈沖(chong)頻率(lü)與燃(ran)油流(liu)量成(cheng)線性(xing)對應(ying)關系(xi)，即會(hui)出現(xian)較大(da)的燃(ran)油流(liu)量。
３建(jian)模仿(pang)真及(ji)驗證(zheng)
３.１建模(mo)仿真(zhen)
　　爲進(jin)一步(bu)分析(xi)故障(zhang)原因(yin)，根據(ju)渦輪(lun)流量(liang)傳感(gan)器的(de)信号(hao)轉換(huan)過程(cheng)建立(li)邏輯(ji)模型(xing)，在不(bu)同頻(pin)率段(duan)加入(ru)頻率(lü)🏃爲５０Ｈｚ的(de)外界(jie)幹擾(rao)，查看(kan)脈沖(chong)頻率(lü)變化(hua)情況(kuang)。
将表(biao)１中數(shu)據拟(ni)合爲(wei)線性(xing)函數(shu)，得到(dao)如下(xia)燃油(you)渦輪(lun)流量(liang)傳感(gan)器産(chan)生脈(mo)沖的(de)頻率(lü)和燃(ran)油流(liu)量的(de)關系(xi)💛：

燃油(you)流量(liang)産生(sheng)的微(wei)小交(jiao)流信(xin)号爲(wei)：
假定(ding)外界(jie)電磁(ci)幹擾(rao)作用(yong)于渦(wo)輪流(liu)量傳(chuan)感器(qi)産生(sheng)的幹(gan)擾爲(wei)：
渦輪(lun)傳感(gan)器線(xian)圈輸(shu)出信(xin)号爲(wei)：
限幅(fu)後的(de)信号(hao)爲：
轉(zhuan)換爲(wei)脈沖(chong)信号(hao)：Ｍａｘ爲脈(mo)沖幅(fu)值。
　　基(ji)于ｓｉｍｕｌｉｎｋ建(jian)立燃(ran)油渦(wo)輪流(liu)量傳(chuan)感器(qi)的邏(luo)輯模(mo)型，如(ru)圖🤩５所(suo)示。由(you)于Ｓ－ｆｕｎｃｔｉｏｎ可(ke)以用(yong)連續(xu)或離(li)散狀(zhuang)态方(fang)程描(miao)述動(dong)态📐系(xi)統模(mo)塊，因(yin)此，渦(wo)輪⛷️流(liu)量傳(chuan)感器(qi)線圈(quan)磁－電(dian)轉換(huan)、波形(xing)限幅(fu)、交流(liu)轉脈(mo)沖等(deng)模塊(kuai)基于(yu)Ｍ－ｆｉｌｅ模闆(pan)編寫(xie)Ｓ－ｆｕｎｃｔｉｏｎ來實(shi)現［７－８］。

　　分别(bie)設定(ding)理論(lun)燃油(you)流量(liang)爲表(biao)１中标(biao)定的(de)下限(xian)１００Ｌ／ｈ和上(shang)♍限６００Ｌ／ｈ，渦(wo)輪流(liu)量傳(chuan)感器(qi)信号(hao)輸出(chu)及脈(mo)沖輸(shu)出如(ru)圖６所(suo)示。

　　仿真(zhen)結果(guo)表明(ming)，在低(di)流量(liang)時，渦(wo)輪流(liu)量傳(chuan)感器(qi)原始(shi)微小(xiao)🐆交流(liu)信号(hao)過零(ling)比較(jiao)處，脈(mo)沖頻(pin)率較(jiao)高，且(qie)幅值(zhi)不穩(wen)定。而(er)在高(gao)流量(liang)時，脈(mo)沖信(xin)号頻(pin)率與(yu)真實(shi)信号(hao)♋頻率(lü)相🔞近(jin)，幅值(zhi)穩定(ding)。
仿真(zhen)結果(guo)與故(gu)障現(xian)象一(yi)緻，初(chu)步推(tui)斷渦(wo)輪流(liu)量傳(chuan)感器(qi)故障(zhang)原🙇‍♀️因(yin)爲外(wai)界磁(ci)場幹(gan)擾。
３.２　
　　驗(yan)證試(shi)驗爲(wei)确定(ding)故障(zhang)原因(yin)，在燃(ran)油測(ce)試台(tai)中進(jin)行驗(yan)證試(shi)✏️驗，設(she)定供(gong)給至(zhi)渦輪(lun)流量(liang)傳感(gan)器的(de)燃油(you)真實(shi)流量(liang)爲９０Ｌ／ｈ，通(tong)過繼(ji)電⛷️器(qi)控制(zhi)外置(zhi)線圈(quan)通／斷(duan)電，頻(pin)率爲(wei)５０ Ｈｚ，模拟(ni)外界(jie)電磁(ci)幹擾(rao)，分别(bie)用🈲兩(liang)台示(shi)🆚波器(qi)檢測(ce)到🈲渦(wo)輪流(liu)量傳(chuan)感器(qi)線圈(quan)輸出(chu)信号(hao)和脈(mo)沖輸(shu)出信(xin)号，如(ru)圖７所(suo)示。
　　試(shi)驗結(jie)果表(biao)明，在(zai)未加(jia)入外(wai)界幹(gan)擾時(shi)，原始(shi)微小(xiao)交流(liu)信号(hao)及脈(mo)沖信(xin)号電(dian)氣特(te)性良(liang)好，脈(mo)沖最(zui)高幅(fu)值穩(wen)定，光(guang)耦可(ke)以正(zheng)常通(tong)／斷，單(dan)片機(ji)計算(suan)得出(chu)脈沖(chong)信号(hao)頻率(lü)值。而(er)加入(ru)外界(jie)幹擾(rao)後，原(yuan)始信(xin)号出(chu)現明(ming)顯畸(ji)變，幅(fu)值在(zai)２２ｍＶ左右(you)，轉換(huan)脈沖(chong)信号(hao)最高(gao)幅值(zhi)不穩(wen)定👅 （１.７Ｖ～１.０Ｖ），且(qie)最低(di)幅值(zhi)亦有(you)突變(bian)，導🌈緻(zhi)光耦(ou)出現(xian)異常(chang)通／斷(duan)，最終(zhong)導緻(zhi)單片(pian)機計(ji)算出(chu)的頻(pin)率較(jiao)真實(shi)圖７線(xian)圈輸(shu)出波(bo)形及(ji)脈🈲沖(chong)轉換(huan)㊙️波形(xing)頻率(lü)較高(gao)，在５００Ｌ／ｈ～１　５００Ｌ／ｈ之(zhi)間跳(tiao)動。

　　經(jing)進一(yi)步分(fen)析，由(you)于葉(ye)輪的(de)機械(xie)特性(xing)，在高(gao)流量(liang)段工(gong)作🈚時(shi)，葉輪(lun)轉速(su)和燃(ran)油流(liu)量成(cheng)線性(xing)的正(zheng)比關(guan)系，在(zai)低流(liu)量🍉段(duan)工作(zuo)時，葉(ye)輪🔅轉(zhuan)速和(he)燃油(you)流量(liang)成非(fei)線♍性(xing)的關(guan)系，流(liu)量越(yue)小，轉(zhuan)速下(xia)降得(de)越快(kuai)。供油(you)管路(lu)的燃(ran)油流(liu)量⁉️在(zai)低流(liu)量段(duan)時，傳(chuan)感㊙️器(qi)葉輪(lun)的轉(zhuan)速會(hui)降得(de)很低(di)，線圈(quan)的感(gan)應電(dian)勢Ｅ會(hui)跟着(zhe)變小(xiao)，即信(xin)号的(de)電壓(ya)呈非(fei)線性(xing)的加(jia)速下(xia)降，這(zhe)說明(ming)傳感(gan)器已(yi)經工(gong)作在(zai)非線(xian)性流(liu)量段(duan)，由于(yu)葉輪(lun)轉速(su)太低(di)，感應(ying)的信(xin)号很(hen)弱小(xiao)，在存(cun)在電(dian)源噪(zao)聲和(he)幹擾(rao)的情(qing)況💃下(xia)，信号(hao)處理(li)單元(yuan)無法(fa)區分(fen)真實(shi)信号(hao)和幹(gan)擾信(xin)号，導(dao)緻燃(ran)油測(ce)量不(bu)準确(que)。
４　結束(shu)語
　　針(zhen)對燃(ran)油渦(wo)輪流(liu)量傳(chuan)感器(qi)在低(di)流量(liang)段出(chu)現流(liu)量㊙️不(bu)準确(que)的故(gu)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻障，分(fen)析了(le)其工(gong)作原(yuan)理及(ji)信号(hao)轉換(huan)過程(cheng)，建✏️立(li)了其(qi)邏輯(ji)模型(xing)，最後(hou)，進行(hang)了故(gu)障仿(pang)真及(ji)驗證(zheng)試驗(yan)。最終(zhong)确‼️定(ding)了故(gu)障原(yuan)因📧爲(wei)外界(jie)磁場(chang)幹擾(rao)，排除(chu)故障(zhang)可考(kao)慮以(yi)下兩(liang)種措(cuo)施：
１）在(zai)渦輪(lun)流量(liang)傳感(gan)器中(zhong)設計(ji)電磁(ci)屏蔽(bi)結構(gou)，阻止(zhi)外界(jie)電㊙️磁(ci)幹⚽擾(rao)耦合(he)進線(xian)圈；
２）信(xin)号處(chu)理單(dan)元中(zhong)的采(cai)用滞(zhi)回比(bi)較器(qi)電路(lu)，可以(yi)過濾(lü)外界(jie)✍️幹擾(rao)造成(cheng)的電(dian)壓波(bo)動。

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