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磁致伸縮液位傳感器是利用材料的磁致伸縮效應(yīng)感受液面浮子的變化，從而達到非接觸測量油位的目的。傳感器工作時，由脈沖發(fā)生器向磁致伸縮波導(dǎo)線上加一個電流脈沖，此脈沖同時伴隨一個環(huán)形磁場以光速沿磁致伸縮波導(dǎo)線向前傳播。當(dāng)該環(huán)形磁場遇到磁浮子中的永磁鐵產(chǎn)生的軸向穩(wěn)恒磁場時，產(chǎn)生疊加并形成一個螺旋形磁場。根據(jù)磁致伸縮原理，它將使磁致伸縮波導(dǎo)線產(chǎn)生瞬時扭轉(zhuǎn)變形，從而形成扭轉(zhuǎn)波，該扭轉(zhuǎn)波以恒定的速度沿磁致伸縮波導(dǎo)線向永久磁鐵的兩個方向傳播，當(dāng)傳到末端時，被衰減阻尼裝置吸收，而返回的扭轉(zhuǎn)波被固連在波導(dǎo)線上的回波接收裝置接收并轉(zhuǎn)化為電脈沖，該脈沖經(jīng)放大后送到測量電路中。扭轉(zhuǎn)波在磁致伸縮波導(dǎo)線中的傳播速度為V=√G/ρ，式中G為波導(dǎo)線的剪切彈性模量，ρ為波導(dǎo)線密度。對一定的波導(dǎo)線來說，由于G和ρ均是恒定的，所以傳播速度也是恒定的，所以傳播速度也是恒定的，約為3km/s。所以，只要測出發(fā)射脈沖和接收脈沖之間的距離，進而求出液面的位置。

1、磁致伸縮油位傳感器的工作電路

傳感器的工作電路主要包括發(fā)射電路、接收電路及測量電路。在微處理器的控制下，由脈沖發(fā)射電路向磁致伸縮波導(dǎo)線發(fā)送激勵電流脈沖，返回的扭轉(zhuǎn)脈沖由接收電路進行接收、放大和整形處理，然后送入測量電路。

1.1 發(fā)射電路

發(fā)射電路是將微處理器發(fā)出的TTL電平的窄脈沖進行放大，使其產(chǎn)生足夠強度的電流脈沖。其中，光電耦合器TLP521在這里將脈沖發(fā)射電路與測量電路進行隔離，防止干擾產(chǎn)生。光電耦合器內(nèi)發(fā)光二極管的驅(qū)動電流一般在10-20mA，不能直接由TTL電平驅(qū)動，所以采用三極管Q1來提高驅(qū)動能力。Q2為開關(guān)三極管，Q3是功率三極管，用來進行功率放大。

1.2 接收電路

接收電路將感應(yīng)線圈上得到的返回脈沖信號進行放大和整形，輸入微處理器，作為計數(shù)器停止計數(shù)的中斷信號。由于返回脈沖信號很微弱，由放大器AD8031進行放大，放大倍數(shù)由變阻器R2進行調(diào)節(jié)。放大后的信號由比較器LM393進行比較整形，其基準(zhǔn)電壓從電阻和穩(wěn)壓管構(gòu)成的電路中取得，基準(zhǔn)電壓值由AD8031放大后的感應(yīng)電壓信號值決定，基準(zhǔn)值應(yīng)比此值稍低。比較整形后的信號經(jīng)由S9013和S9012組成的電壓放大級進行二次放大，并送入微處理器。TLP521將這部分電路與測量電路進行隔離，三極管C8050用于驅(qū)動TLP521。

1.3 測量電路

采用單片機AT89C51為微處理器，產(chǎn)生TTL電平，經(jīng)發(fā)射電路放大后加載在磁致伸縮波導(dǎo)線上，此電平也作為計數(shù)器開始計數(shù)的使能信號；同時單片機也接收來自接收電路的返回信號，作為計數(shù)器的停止計數(shù)信號，得到脈沖發(fā)射與返回的這段時間的計數(shù)值。系統(tǒng)采用AD590作為溫度傳感器，將溫度值轉(zhuǎn)化為電壓值，再經(jīng)8位A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809轉(zhuǎn)換為數(shù)字量輸入單片機，用于系統(tǒng)的溫度補償處理。系統(tǒng)采用82C54作為計數(shù)器，它為16位計數(shù)器，工作頻率為4MHz，時鐘由外加井鎮(zhèn)提供。單片機讀取計數(shù)器中計數(shù)脈沖數(shù)量后，計算出時間量，進而由扭轉(zhuǎn)波的傳播速度求出距離值。然后根據(jù)系統(tǒng)得到的燃油溫度值，求出燃油密度，對距離值進行修正處理，得到液位的測量值，經(jīng)HD7279芯片驅(qū)動數(shù)碼管進行液位值顯示。

2、燃油的密度變化對測量精度的影響及補償方法

燃油溫度變化會引起燃油密度的變化而變化，這必將給液位測量結(jié)果帶來一定的影響，必須加以修正。設(shè)浮子浸入燃油的高度為h，浮子在燃油中的浸沒高度變化量為△h=h（-△ρ1）/ρ1，式中：一表示浮子浸入燃油的深度隨密度的增加而減小。要修正此誤差，可采用溫度補償算法，即定義為t℃時燃油的密度，溫度為20℃時的燃油的密度稱為標(biāo)準(zhǔn)密度，用d20表示。dt與d20有如下關(guān)系：dt=d20-a（t-20）式中：a為燃油密度的修正系數(shù)。在無法直接測量燃油密度的情況下，通過測量燃油溫度估算出燃油密度，用單片機程序按照公式，求出浮子在燃油中的浸沒高度變化量，再進行溫度補償，實現(xiàn)誤差的修正。另外，減小浮子半徑或減輕浮子重量都可以有效的減小燃油密度變化對測量精度的影響。

3、結(jié) 論

本文將磁致伸縮技術(shù)移入到飛機油量的實時測量中，將大大提高飛機油箱油位的測量精度，對于準(zhǔn)確估計飛機續(xù)航時間，保障飛行安全具有重要意義。