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超聲波液位計電磁干擾分析故障及應對方法

點擊次數:1315次  發布時間:2022-01-12
  超聲波液位計一般以高運算能力微處理器MCU的為核心,通過高精度濾波電路,捕獲、放大經過各種復雜的液位/物位工況發射衰減后的超聲波脈沖信號,微處理器MCU對該信號分析處理后輸出準確液位/物位信息。
  
  液位計的這種電路結構特別易受附近的大型工業設備的電磁干擾,導致工作不穩定、測量精度下降、甚至死機等故障。在產品研發過程中,計為工程師發現因大型電機或變電器產生的電瞬變快速脈沖群(EFT)干擾信號,是導致MCU和高精度濾波電路無法正常工作的主要干擾源。
  
  在超聲波液位計產品研發初始階段,針對抗EFT干擾實驗中出現以下現象:
  
  1、±2KV條件下儀器出現自動重啟和頻繁死機現象,且無法自行恢復,必須重新上電才能恢復正常,該現象證實產品抗干擾性能較差;
  
  2、在按下設置和選擇等按鈕調試時,出現停機或死機現象;
  
  3、測量不準確,物位數據跳動異常。
  

超聲波液位計

 

  我們上述測試結果分別深入分析,分別采取不同對策。
  
  首先,針對超聲波液位計的停機,根據經驗判斷IC(MCU)的RESET引腳和供電部分,受到嚴重干擾,一般的群脈沖干擾會通過電源線引入,雖然供電部分電路上已經有不少濾波器件,但由于器件布局不科學,間距及鋪地無法有效形成近地屏蔽。以此,為方向我們重新規整電路布局,同時增加更合適的濾波器件。
  
  其次,綜合上述1和2問題,同時對MCU其他連有外設的I/O口,采取增加隔離和濾波器件,并對MCU芯片作屏蔽處理。
  
  再次,針對問題3,我們通過示波器波形圖中觀察到回波信號受到的嚴重的干擾,顯然這與信號處理電路的濾波能力息息相關。
  
  另外,由于產品結構必須滿足高隔爆設計,計為自動化超聲波液位計采用金屬外殼設計,金屬外殼與內部電路的之間形成分布電容,因此,干擾信號會經由敏感器件與金屬外殼之間的分布電容傳播。
  
  應對方法是在布局上,敏感器件(特別是一些精密運放,高精度電容和變壓器等)與外殼的距離盡量增大,以減小分布電容;對敏感器件增設屏蔽罩以防止近場空間干擾;原有插件式的元件盡可能替換成貼片式;參考地的鋪設也應覆蓋敏感器件。
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