光纖式燃油液位測量系統(tǒng)的試驗分析

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1、-華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文引起重大安全事故。因此國內(nèi)外航空界工程師一直努力致力于尋找新的燃油液位測量技術(shù)來代替電容式傳感器。超聲波式燃油液位測量傳感器在少量幾種飛機(jī)上試用過，但是其可靠性和可維護(hù)性相比電容式傳感器更差，因此并沒有得到廣泛應(yīng)用。近40年來，光纖傳感技術(shù)得到了飛速發(fā)展，在陀螺儀、儲油罐液位測量、壓力測量等領(lǐng)域都得到了成功應(yīng)用。光纖式傳感器具有本質(zhì)安全、質(zhì)量輕、體積小、抗電磁能力強(qiáng)等優(yōu)點，十分適用于飛機(jī)燃油液位測量，被航空界視為新一代的飛機(jī)燃油液位測量技術(shù)發(fā)展方向，但目前尚無在可靠性和精度等方面都滿足

2、要求的光纖傳感器。本文在調(diào)研各種光纖式液位傳感器之后指出，側(cè)發(fā)光光纖式液位傳感器能克服其他光纖式傳感器的各種缺點，具有很大的研究價值。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1飛機(jī)燃油液位測量技術(shù)現(xiàn)狀飛機(jī)燃油液位測量技術(shù)伴隨著飛機(jī)的誕生而發(fā)展，經(jīng)歷了從原理簡單的油尺到成熟的電容式傳感器，再到新型的超聲波式傳感器的發(fā)展過程。近三四十年間，計算機(jī)、微電子、光纖傳感等技術(shù)都得到了飛速發(fā)展，飛機(jī)燃油液位測量技術(shù)也依托這些技術(shù)取得了很大進(jìn)步，新型的傳感器技術(shù)不斷出現(xiàn)。現(xiàn)按照各飛機(jī)燃油液位傳感器的出現(xiàn)順序分別予以介紹：（1）油尺油尺是

3、誕生的最早的飛機(jī)燃油液位測量技術(shù)，其工作原理是：油尺帶有卡鎖裝置，使用時松開卡鎖，油尺受重力作用而下墜，浮力等于重力時，油尺停止下墜，此時讀取油尺上的刻度，即可得到飛機(jī)油箱中的油量。油尺是最簡單可靠的燃油液位測量技術(shù)，但不能實現(xiàn)實時測量。（2）電容式燃油液位傳感器電容式燃油液位傳感器的工作原理是：飛機(jī)燃油與空氣的介電常數(shù)不同，當(dāng)燃油液位發(fā)生變化時，傳感器電極之間的電容量發(fā)生變化，將該變化轉(zhuǎn)化為電信號后，就可以實現(xiàn)對飛機(jī)油箱油量變化的實時測量[1]。電容式燃油液位傳感器通常為同心圓柱形2------分析-----

4、-華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文電容器，其原理示意圖如圖1.2所示，設(shè)傳感器的電極總高度為h，液面高度為x，內(nèi)電極的半徑為R1，外電極的半徑為R2，e0為真空介電常數(shù)，e為飛機(jī)燃油介電常數(shù)，1則傳感器的總電容如式（1.1）所示，由式可知，傳感器的電容與液面高度x成正比。2peh2p(e-e)C=0+10x（1.1）ln(R/R)ln(R/R)2121圖1.2電容式燃油液位傳感器原理示意圖電容式燃油液位傳感器最早于1924由法國專利提出，二戰(zhàn)以后廣泛應(yīng)用于飛機(jī)燃油測量。早起的電容式傳感器為模擬式傳感器，即通過儀表盤中指

5、針的轉(zhuǎn)角顯示飛機(jī)燃油液位的高低，其精度為MIL-G-26988C的Ⅲ級。20世紀(jì)70年代開始，美、日等國開始研究數(shù)字式電容燃油液位傳感器，測量結(jié)果通過數(shù)據(jù)總線與飛機(jī)的主控系統(tǒng)相連，精度提升為MIL-G-26988C的Ⅱ級。雖然數(shù)字式電容燃油液位傳感器相對于模擬式在可靠性、安全性、精度等方面得到了巨大提升，但是仍無法克服電容式傳感器的固有缺陷：校準(zhǔn)困難，由寄生電容和分布電容引起；硬件連接線及其復(fù)雜，由傳感器內(nèi)部引入電信號造成；屏蔽困難，面積較大的電極很容易受電磁干擾；雜質(zhì)污染引起虛指，主要是由于燃油中會摻雜少量冷

6、凝水。這些缺陷在目前的技術(shù)條件下，還不能得到有效解決。（3）超聲波式燃油液位傳感器------3分析------華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文超聲波式燃油液位傳感器是目前在飛機(jī)燃油測量中得到應(yīng)用的唯一的新技術(shù)，其工作原理是：超聲波遇到燃油和空氣的分界面時會發(fā)生反射，當(dāng)燃油液位不同時，超聲波在燃油中的傳播時間不同，據(jù)此即可計算出燃油液位高度。超聲波式燃油液位傳感器的原理如圖1.3所示，其核心部件是換能器，既能發(fā)送和接收超聲波，又能對二者的時間差計時。設(shè)液面高度為L，超聲波在液體中的傳播的速度為V，發(fā)射波與接收波之間的時

7、間差為t，則1L=Vt[2]。2圖1.3超聲波式油位傳感器原理示意圖超聲波式燃油液位傳感器由于精度較高，達(dá)到了±0.2%，因此在B777客機(jī)和F22猛禽戰(zhàn)斗機(jī)上得到了試用。該傳感器在使用過程中暴露了一些可靠性方面的問題，并沒有顯示出優(yōu)于電容式傳感器的性能，其缺點有：存在5cm以上的測量盲區(qū)，這是由換能器引起的；存在姿態(tài)誤差，這是由油面晃動導(dǎo)致油面傾斜引起的；氣泡干擾，燃油中存在氣泡時，超聲波會在氣泡處反射回去，造成傳感器虛指。（4）磁致伸縮燃油液位傳感器磁滯伸縮燃油液位傳感器的測量原理與超聲波式燃油液位傳感器類

8、似，其原理結(jié)構(gòu)圖如圖1.4所示。磁浮子隨燃油液位而上下移動，測量頭發(fā)出的環(huán)形磁場脈沖遇到磁浮子時，產(chǎn)生以超聲速向測量頭傳輸?shù)膹椥圆}沖（終止脈沖），通過檢測兩個脈沖波的時間間隔，我們就可以計算出燃油液位高度[3]。該傳感器具有精度高、安全性好等優(yōu)點，但仍不適合用于飛機(jī)燃油液位測量，因為可動部件-磁浮子可靠性不高，磁浮子在復(fù)雜飛行姿態(tài)下很容易卡在軸上，導(dǎo)致傳感器失效[4][5]。----