本發(fā)明屬于一種流量測(cè)量系統(tǒng)，尤其是一種利用葉輪式傳感器在不同介質(zhì)溫度下進(jìn)行多種航空油料介質(zhì)流量校準(zhǔn)系統(tǒng)及其校準(zhǔn)方法。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有的航空多介質(zhì)流量校準(zhǔn)系統(tǒng)，采用固定脈沖數(shù)計(jì)時(shí)的方式測(cè)量頻率，在校準(zhǔn)過程中，其需要將被測(cè)介質(zhì)溫度調(diào)節(jié)至已知參數(shù)的溫度點(diǎn)附近再進(jìn)行校準(zhǔn)，同時(shí)對(duì)校準(zhǔn)結(jié)果不進(jìn)行溫度影響量修正。因此現(xiàn)有的航空多介質(zhì)流量校準(zhǔn)系統(tǒng)存在需良好的試驗(yàn)環(huán)境，并只能在特定溫度進(jìn)行流量校準(zhǔn)的缺點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為解決現(xiàn)有測(cè)試方法需良好的試驗(yàn)環(huán)境，并只能在特定溫度進(jìn)行流量校準(zhǔn)的缺點(diǎn)，而提供一種具有更高精度的現(xiàn)場(chǎng)型全溫度范圍的航空多介質(zhì)流量校準(zhǔn)系統(tǒng)及其校準(zhǔn)方法。其具有較強(qiáng)的抗干擾性能，能夠直接在現(xiàn)場(chǎng)開展流量校準(zhǔn)工作，校準(zhǔn)效率更高。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：本發(fā)明為一種航空多介質(zhì)流量校準(zhǔn)方法，其特殊之處在于：該方法包括以下步驟：

1)將被測(cè)介質(zhì)溫度調(diào)節(jié)至溫度t₁；

2)通過體積法精確測(cè)量實(shí)際流量L₁，并獲得介質(zhì)溫度t₁、流量L1時(shí)，流量傳感器的頻率值f₁；

3)在介質(zhì)溫度保持t₁的情況下，重復(fù)步驟2)，獲得多個(gè)頻率——流量對(duì)應(yīng)關(guān)系點(diǎn)，構(gòu)成一條在溫度t₁時(shí)的流量傳感器頻率與流量的對(duì)應(yīng)曲線；

4)將介質(zhì)溫度以固定間隔調(diào)節(jié)至t₂，t3等，重復(fù)步驟1)-3),獲得多個(gè)溫度點(diǎn)下的流量傳感器頻率與流量的對(duì)應(yīng)曲線族；

5)通過數(shù)學(xué)公式擬合試驗(yàn)點(diǎn)的方式，將多組數(shù)據(jù)曲線擬合為一個(gè)以X為溫度，Y為流量傳感器頻率值，Z為實(shí)際流量的空間曲面；

6)將該曲面進(jìn)行歸一化處理，總結(jié)為一個(gè)以溫度及傳感器頻率為輸入，以流量值為輸出的公式；

7)實(shí)際測(cè)量時(shí)，通過測(cè)量介質(zhì)溫度及流量傳感器頻率，通過步驟6)所獲得的公式進(jìn)行計(jì)算，獲得需要測(cè)量的流量值。

上述步驟6)中在使用滑油、航空燃油時(shí)，流量計(jì)算公式分別為：

L_滑油＝f*((f²+18500*f)*t^2.53*10^-9)/615(t>35℃,t<80℃)；

L_航空燃油＝f*((f²+23500*f)+154300)*(t-4)^1.43*10^-9)/723(t>10℃,t<70℃)；

其中,L_滑油,L_航空燃油分別為采用滑油和航空燃油兩種介質(zhì)時(shí)的流量，單位mL/min，f為測(cè)得的頻率信號(hào)，t為介質(zhì)溫度。

一種實(shí)現(xiàn)上述的航空多介質(zhì)流量校準(zhǔn)方法的系統(tǒng)，其特殊之處在于：該裝置包括溫度傳感器、流量傳感器、測(cè)溫電路、測(cè)頻電路和中央處理器，溫度傳感器通過測(cè)溫電路接入中央處理器，流量傳感器通過測(cè)頻電路接入中央處理器。

上述測(cè)頻電路包括數(shù)據(jù)載入電路、數(shù)據(jù)讀出電路、脈沖數(shù)計(jì)數(shù)器、振蕩個(gè)數(shù)計(jì)數(shù)器、溢出位、恒溫晶振、數(shù)據(jù)載入接口和數(shù)據(jù)讀出接口，數(shù)據(jù)載入接口通過數(shù)據(jù)載入電路接入脈沖數(shù)計(jì)數(shù)器，恒溫晶振通過單刀雙擲開關(guān)與振蕩個(gè)數(shù)計(jì)數(shù)器連接，脈沖數(shù)計(jì)數(shù)器和溢出位通過與門與單刀雙擲開關(guān)連接。

上述脈沖數(shù)計(jì)數(shù)器和振蕩個(gè)數(shù)計(jì)數(shù)器均為64位計(jì)數(shù)器。

上述數(shù)據(jù)載入電路、數(shù)據(jù)讀出電路均為串進(jìn)并出移位電路。

上述恒溫晶振為50M低溫漂晶振。

上述流量傳感器與測(cè)頻電路之間還接有模擬濾波電路，模擬濾波電路包括低通濾波器和光電隔離電路，流量傳感器依次通過低通濾波器和光電隔離電路接入測(cè)頻電路。

本發(fā)明提供的航空多介質(zhì)流量校準(zhǔn)系統(tǒng)，采用FPGA可編程邏輯列陣設(shè)計(jì)出高精度頻率測(cè)頻電路，可實(shí)現(xiàn)全范圍內(nèi)高精度等間隔測(cè)量，經(jīng)測(cè)試，使用本發(fā)明，抗干擾性能完全滿足現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜電磁條件下的使用需求，測(cè)量精度較現(xiàn)有測(cè)試方法精度提升10倍以上，可廣泛應(yīng)用于各種介質(zhì)油品的試驗(yàn)臺(tái)流量校準(zhǔn)過程中，大大提高流量校準(zhǔn)精度及效率。本發(fā)明提供的航空多介質(zhì)流量校準(zhǔn)方法在流量算法方面，針對(duì)原有方式只能在特定溫度點(diǎn)上完成流量計(jì)算的弊端，獨(dú)創(chuàng)曲面換算算法，將傳感器在不同的介質(zhì)溫度下，不同的流量范圍內(nèi)的流流—頻率換算關(guān)系，做出了更加貼近真實(shí)的數(shù)學(xué)描述，解決不同溫度下的流量換算問題。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)框圖；

圖2為本發(fā)明的測(cè)頻電路的結(jié)構(gòu)框圖；

圖3為本發(fā)明方法的數(shù)據(jù)換算曲面；

圖4為本發(fā)明方法的中間點(diǎn)擬合示意圖。

具體實(shí)施方式

參見圖1，本發(fā)明的裝置包括溫度傳感器、流量傳感器、測(cè)溫電路、測(cè)頻電路和中央處理器，溫度傳感器通過測(cè)溫電路接入中央處理器，流量傳感器通過測(cè)頻電路接入中央處理器。

測(cè)頻電路前級(jí)還可采用抗干擾性較強(qiáng)的模擬濾波電路，可大幅改善儀器的電磁兼容能力及抗干擾性能，該部分電路前級(jí)具有低通濾波器，后級(jí)采用光電隔離電路，經(jīng)過該電路，可有效濾除工頻及射頻干擾，并可有效保護(hù)下一級(jí)測(cè)頻電路部分，使本儀器在現(xiàn)場(chǎng)工作的穩(wěn)定性大大提高。

測(cè)頻過程分為粗測(cè)和精密測(cè)量?jī)刹糠?，粗測(cè)由單片機(jī)以單脈沖周期法進(jìn)行粗略測(cè)量，在全范圍內(nèi)達(dá)到0.5％的測(cè)量精度即可，該部分以現(xiàn)有技術(shù)易于實(shí)現(xiàn)，粗測(cè)是為了獲取大致的頻率范圍，從而獲得精測(cè)時(shí)測(cè)頻窗口的被測(cè)信號(hào)的計(jì)頻數(shù)，使本系統(tǒng)在測(cè)量不同頻率值時(shí)的測(cè)量時(shí)間基本保持一致。

參見圖2，本發(fā)明的測(cè)頻電路包括數(shù)據(jù)載入電路、數(shù)據(jù)讀出電路、脈沖數(shù)計(jì)數(shù)器、振蕩個(gè)數(shù)計(jì)數(shù)器、溢出位、恒溫晶振、數(shù)據(jù)載入接口和數(shù)據(jù)讀出接口，數(shù)據(jù)載入接口通過數(shù)據(jù)載入電路接入脈沖數(shù)計(jì)數(shù)器，恒溫晶振通過單刀雙擲開關(guān)與振蕩個(gè)數(shù)計(jì)數(shù)器連接，脈沖數(shù)計(jì)數(shù)器和溢出位通過與門與單刀雙擲開關(guān)連接。其中脈沖數(shù)計(jì)數(shù)器和振蕩個(gè)數(shù)計(jì)數(shù)器均為64位計(jì)數(shù)器。數(shù)據(jù)載入電路、數(shù)據(jù)讀出電路均為串進(jìn)并出移位電路。恒溫晶振為50M低溫漂晶振。

測(cè)量時(shí)，通過脈沖數(shù)計(jì)數(shù)器S2、振蕩個(gè)數(shù)計(jì)數(shù)器S1，分別已知頻率基準(zhǔn)信號(hào)(例如50MHZ晶振)和被測(cè)信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)開始前，通過數(shù)據(jù)載入電路對(duì)脈沖數(shù)計(jì)數(shù)器S2設(shè)置特定的初始值，使其處于計(jì)數(shù)n后溢出的初值，例如采用64位計(jì)數(shù)器，要使計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)8后發(fā)生溢出，應(yīng)裝填n＝2⁶⁴-8，將該計(jì)數(shù)器溢出位通過硬件語言編程為振蕩個(gè)數(shù)計(jì)數(shù)器S1輸入開關(guān)的控制極，做到當(dāng)脈沖數(shù)計(jì)數(shù)器S2溢出時(shí)，立即停止振蕩個(gè)數(shù)計(jì)數(shù)器S1的計(jì)數(shù)，此時(shí)，振蕩個(gè)數(shù)計(jì)數(shù)器S1中的計(jì)數(shù)個(gè)數(shù)，與振蕩個(gè)數(shù)計(jì)數(shù)器S1輸入的已知頻率值，可換算為時(shí)間值。如計(jì)數(shù)50M個(gè)則時(shí)間剛好為1S，由于已知被測(cè)頻率信號(hào)產(chǎn)生n＝10個(gè)脈沖的時(shí)間是1S，則待測(cè)頻率為0.1HZ。

該方式的好處是，采用硬件語言直接生成低延時(shí)的直接電路連接，區(qū)別傳統(tǒng)的通過CPU采樣的方式，相當(dāng)于為了完成測(cè)頻任務(wù)，定制了一種專用CPU。能夠?qū)⒕忍嵘龜?shù)倍，特別是在測(cè)量高頻信號(hào)時(shí)，提升效果更加明顯。

本發(fā)明還提供一種進(jìn)行航空多介質(zhì)流量校準(zhǔn)方法，該方法包括以下步驟：

1)將被測(cè)介質(zhì)溫度調(diào)節(jié)至溫度t₁；

2)通過體積法精確測(cè)量實(shí)際流量L₁，并采用葉輪型傳感器獲得介質(zhì)溫度t₁、流量L1時(shí)流量傳感器的頻率值f₁；

3)在介質(zhì)溫度保持t₁的情況下，重復(fù)步驟2)，獲得多個(gè)頻率——流量對(duì)應(yīng)關(guān)系點(diǎn)，構(gòu)成一條在溫度t₁時(shí)的葉輪傳感器頻率與流量的對(duì)應(yīng)曲線；

4)將介質(zhì)溫度以固定間隔調(diào)節(jié)至t₂，t3等，重復(fù)步驟1)-3),獲得多個(gè)溫度點(diǎn)下的傳感器頻率與流量的對(duì)應(yīng)曲線族；

5)參見圖3，通過數(shù)學(xué)公式擬合試驗(yàn)點(diǎn)的方式，將多組數(shù)據(jù)曲線擬合為一個(gè)以x為溫度，Y為傳感器頻率值，Z為實(shí)際流量的空間曲面；

6)將該曲面進(jìn)行歸一化處理，總結(jié)為一個(gè)以溫度及傳感器頻率為輸入，以流量值為輸出的公式；

參見圖4，進(jìn)行歸一化處理時(shí)，當(dāng)測(cè)量點(diǎn)P位于數(shù)據(jù)換算曲面網(wǎng)格內(nèi)某一點(diǎn)時(shí)，先定位該點(diǎn)在曲面中的哪一個(gè)小平面S0上，并通過該小平面S0鄰近四個(gè)平面S1-S4，計(jì)算出P點(diǎn)在該小平面上投影位置對(duì)應(yīng)的曲率；根據(jù)曲率計(jì)算出測(cè)量點(diǎn)P的數(shù)值，該數(shù)值即為流量值。

對(duì)于不在已知數(shù)據(jù)的溫度點(diǎn)進(jìn)行的校準(zhǔn)，將被測(cè)頻率周邊頻率點(diǎn)與溫度點(diǎn)構(gòu)成的四邊形平面，與周邊鄰近平面均納入計(jì)算輸入量，采用整體擬合曲面的方式計(jì)算被測(cè)頻率點(diǎn)處曲面曲率，從而獲得精確的換算系數(shù)，可計(jì)算出精確流量值。

因此總結(jié)出：在使用滑油、航空燃油時(shí)，流量值計(jì)算公式分別為：

L_滑油＝f*((f²+18500*f)*t^2.53*10^-9)/615(t>35℃,t<80℃)；

L_航空燃油＝f*((f²+23500*f)+154300)*(t-4)^1.43*10^-9)/723(t>10℃,t<70℃)；

其中,L_滑油,L_航空燃油分別為采用滑油和航空燃油兩種介質(zhì)時(shí)的流量，單位mL/min，f為使用LWGY-15A型傳感器測(cè)得的頻率信號(hào)，t為介質(zhì)溫度。

7)實(shí)際測(cè)量時(shí)，通過測(cè)量介質(zhì)溫度及傳感器頻率，通過步驟6)所獲得的公式進(jìn)行計(jì)算，獲得需要測(cè)量的流量值。