光纤式燃油液位测量系统的试验分析

《光纤式燃油液位测量系统的试验分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、-华中科技大学硕士学位论文引起重大安全事故。因此国内外航空界工程师一直努力致力于寻找新的燃油液位测量技术来代替电容式传感器。超声波式燃油液位测量传感器在少量几种飞机上试用过，但是其可靠性和可维护性相比电容式传感器更差，因此并没有得到广泛应用。近40年来，光纤传感技术得到了飞速发展，在陀螺仪、储油罐液位测量、压力测量等领域都得到了成功应用。光纤式传感器具有本质安全、质量轻、体积小、抗电磁能力强等优点，十分适用于飞机燃油液位测量，被航空界视为新一代的飞机燃油液位测量技术发展方向，但目前尚无在可靠性和精度等方面都满足

2、要求的光纤传感器。本文在调研各种光纤式液位传感器之后指出，侧发光光纤式液位传感器能克服其他光纤式传感器的各种缺点，具有很大的研究价值。1.2国内外研究现状1.2.1飞机燃油液位测量技术现状飞机燃油液位测量技术伴随着飞机的诞生而发展，经历了从原理简单的油尺到成熟的电容式传感器，再到新型的超声波式传感器的发展过程。近三四十年间，计算机、微电子、光纤传感等技术都得到了飞速发展，飞机燃油液位测量技术也依托这些技术取得了很大进步，新型的传感器技术不断出现。现按照各飞机燃油液位传感器的出现顺序分别予以介绍：（1）油尺油尺是

3、诞生的最早的飞机燃油液位测量技术，其工作原理是：油尺带有卡锁装置，使用时松开卡锁，油尺受重力作用而下坠，浮力等于重力时，油尺停止下坠，此时读取油尺上的刻度，即可得到飞机油箱中的油量。油尺是最简单可靠的燃油液位测量技术，但不能实现实时测量。（2）电容式燃油液位传感器电容式燃油液位传感器的工作原理是：飞机燃油与空气的介电常数不同，当燃油液位发生变化时，传感器电极之间的电容量发生变化，将该变化转化为电信号后，就可以实现对飞机油箱油量变化的实时测量[1]。电容式燃油液位传感器通常为同心圆柱形2------分析-----

4、-华中科技大学硕士学位论文电容器，其原理示意图如图1.2所示，设传感器的电极总高度为h，液面高度为x，内电极的半径为R1，外电极的半径为R2，e0为真空介电常数，e为飞机燃油介电常数，1则传感器的总电容如式（1.1）所示，由式可知，传感器的电容与液面高度x成正比。2peh2p(e-e)C=0+10x（1.1）ln(R/R)ln(R/R)2121图1.2电容式燃油液位传感器原理示意图电容式燃油液位传感器最早于1924由法国专利提出，二战以后广泛应用于飞机燃油测量。早起的电容式传感器为模拟式传感器，即通过仪表盘中指

5、针的转角显示飞机燃油液位的高低，其精度为MIL-G-26988C的Ⅲ级。20世纪70年代开始，美、日等国开始研究数字式电容燃油液位传感器，测量结果通过数据总线与飞机的主控系统相连，精度提升为MIL-G-26988C的Ⅱ级。虽然数字式电容燃油液位传感器相对于模拟式在可靠性、安全性、精度等方面得到了巨大提升，但是仍无法克服电容式传感器的固有缺陷：校准困难，由寄生电容和分布电容引起；硬件连接线及其复杂，由传感器内部引入电信号造成；屏蔽困难，面积较大的电极很容易受电磁干扰；杂质污染引起虚指，主要是由于燃油中会掺杂少量冷

6、凝水。这些缺陷在目前的技术条件下，还不能得到有效解决。（3）超声波式燃油液位传感器------3分析------华中科技大学硕士学位论文超声波式燃油液位传感器是目前在飞机燃油测量中得到应用的唯一的新技术，其工作原理是：超声波遇到燃油和空气的分界面时会发生反射，当燃油液位不同时，超声波在燃油中的传播时间不同，据此即可计算出燃油液位高度。超声波式燃油液位传感器的原理如图1.3所示，其核心部件是换能器，既能发送和接收超声波，又能对二者的时间差计时。设液面高度为L，超声波在液体中的传播的速度为V，发射波与接收波之间的时

7、间差为t，则1L=Vt[2]。2图1.3超声波式油位传感器原理示意图超声波式燃油液位传感器由于精度较高，达到了±0.2%，因此在B777客机和F22猛禽战斗机上得到了试用。该传感器在使用过程中暴露了一些可靠性方面的问题，并没有显示出优于电容式传感器的性能，其缺点有：存在5cm以上的测量盲区，这是由换能器引起的；存在姿态误差，这是由油面晃动导致油面倾斜引起的；气泡干扰，燃油中存在气泡时，超声波会在气泡处反射回去，造成传感器虚指。（4）磁致伸缩燃油液位传感器磁滞伸缩燃油液位传感器的测量原理与超声波式燃油液位传感器类

8、似，其原理结构图如图1.4所示。磁浮子随燃油液位而上下移动，测量头发出的环形磁场脉冲遇到磁浮子时，产生以超声速向测量头传输的弹性波脉冲（终止脉冲），通过检测两个脉冲波的时间间隔，我们就可以计算出燃油液位高度[3]。该传感器具有精度高、安全性好等优点，但仍不适合用于飞机燃油液位测量，因为可动部件-磁浮子可靠性不高，磁浮子在复杂飞行姿态下很容易卡在轴上，导致传感器失效[4][5]。----