超聲波液位計電磁干擾分析故障及應對方法
點擊次數：2792次 更新時間：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。
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。