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超声波液位计电磁干扰分析故障及应对方法

点击次数:1667次  发布时间:2022-01-12
  超声波液位计一般以高运算能力微处理器MCU的为核心,通过高精度滤波电路,捕获、放大经过各种复杂的液位/物位工况发射衰减后的超声波脉冲信号,微处理器MCU对该信号分析处理后输出准确液位/物位信息。
  
  液位计的这种电路结构特别易受附近的大型工业设备的电磁干扰,导致工作不稳定、测量精度下降、甚至死机等故障。在产品研发过程中,计为工程师发现因大型电机或变电器产生的电瞬变快速脉冲群(EFT)干扰信号,是导致MCU和高精度滤波电路无法正常工作的主要干扰源。
  
  在超声波液位计产品研发初始阶段,针对抗EFT干扰实验中出现以下现象:
  
  1、±2KV条件下仪器出现自动重启和频繁死机现象,且无法自行恢复,必须重新上电才能恢复正常,该现象证实产品抗干扰性能较差;
  
  2、在按下设置和选择等按钮调试时,出现停机或死机现象;
  
  3、测量不准确,物位数据跳动异常。
  

超声波液位计

 

  我们上述测试结果分别深入分析,分别采取不同对策。
  
  首先,针对超声波液位计的停机,根据经验判断IC(MCU)的RESET引脚和供电部分,受到严重干扰,一般的群脉冲干扰会通过电源线引入,虽然供电部分电路上已经有不少滤波器件,但由于器件布局不科学,间距及铺地无法有效形成近地屏蔽。以此,为方向我们重新规整电路布局,同时增加更合适的滤波器件。
  
  其次,综合上述1和2问题,同时对MCU其他连有外设的I/O口,采取增加隔离和滤波器件,并对MCU芯片作屏蔽处理。
  
  再次,针对问题3,我们通过示波器波形图中观察到回波信号受到的严重的干扰,显然这与信号处理电路的滤波能力息息相关。
  
  另外,由于产品结构必须满足高隔爆设计,计为自动化超声波液位计采用金属外壳设计,金属外壳与内部电路的之间形成分布电容,因此,干扰信号会经由敏感器件与金属外壳之间的分布电容传播。
  
  应对方法是在布局上,敏感器件(特别是一些精密运放,高精度电容和变压器等)与外壳的距离尽量增大,以减小分布电容;对敏感器件增设屏蔽罩以防止近场空间干扰;原有插件式的元件尽可能替换成贴片式;参考地的铺设也应覆盖敏感器件。