超聲波液位計電磁干擾分析故障及應對方法

　　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(guò)高精度濾波電路，捕獲、放大經(jīng)過(guò)各種復雜的液位/物位工況發(fā)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(yè)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(chǎn)品研發(fā)過(guò)程中，計為工程師發(fā)現因大型電機或變電器產(chǎn)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(wú)法正常工作的主要干擾源。

　　

　　在超聲波液位計產(chǎn)品研發(fā)初始階段，針對抗EFT干擾實(shí)驗中出現以下現象：

　　

　　1、±2KV條件下儀器出現自動(dòng)重啟和頻繁死機現象，且無(wú)法自行恢復，必須重新上電才能恢復正常，該現象證實(shí)產(chǎn)品抗干擾性能較差；

　　

　　2、在按下設置和選擇等按鈕調試時(shí)，出現停機或死機現象；

　　

　　3、測量不準確，物位數據跳動(dòng)異常。

　　

　　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(jīng)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(huì )通過(guò)電源線(xiàn)引入，雖然供電部分電路上已經(jīng)有不少濾波器件，但由于器件布局不科學(xué)，間距及鋪地無(wú)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(shí)增加更合適的濾波器件。

　　

　　其次，綜合上述1和2問(wèn)題，同時(shí)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(wèn)題3，我們通過(guò)示波器波形圖中觀(guān)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(guān)。

　　

　　另外，由于產(chǎn)品結構必須滿(mǎn)足高隔爆設計，計為自動(dòng)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(huì )經(jīng)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(chǎng)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。