超聲波流量計硬件抗干擾技術-技術文章

超聲波流量計硬件抗干擾技術

1.干擾的來源

在超聲波流量測量系統中,造成干擾的干擾源有很多種,主要有:

①流量計安裝環境中可能存在較大的電場和磁場干擾;

②靠近水泵安裝時水泵帶來的接近超聲波信號的噪音;

③電源的噪聲干擾采用常用的電源濾波技術就可以消除其影響;

④發射信號對接收信號的干擾。發射信號功率較大,通過電路和聲路都可以耦合到接收電路上,如果管徑很小,換能器間距離很近,發生干擾的尾部就會波及接收波的波形,從而嚴重影響接收信號。

 

2.抗干擾的措施

(1)電源。

    在系統使用的各種直流電源(如+5V的輸入端均跨接1個10~-100μF的電解電容和1個0.01~0.1μF陶瓷濾波電容以抑制電源尖峰干擾,收發電路用兩套相互隔離的電源供電。

(2)自動增益技術。

    自動增益技術除了使信號便于測量外,還可以有效地抑制噪聲干擾。

(3)接收范圍門。

    接收范圍門可以防止發射信號以及開關動作給接收信號帶來的干擾。

(4)看門狗電路。

    程序在運行過程中會因為受到干擾導致失控,引起程序亂飛,或陷入“死循環”,此時ZUI直接的抗干擾方法是采用硬件“看門狗”電路。復位脈沖可使系統復位,程序重新啟動運行。例如采用X5045集成芯片來實現看門狗功能。X5045的引腳功能如下:CS為片選信號;SO為串行輸出;SI為串行輸入;SCR為串行時鐘輸入;WP為 EEPROM寫保護輸入; RESET為復位信號輸出;Vss為地;Vcc為電源電壓。X5045使用三線總線串行(SPI)外設接口,對芯片進行操作的所有操作碼、字節地址及寫入的數據都由S引腳輸入,寫入數據在串行時鐘SCI的上升沿被鎖存;從芯片讀取的數據由SO引腳串行輸出。芯片的把關定時器和電壓監視器都對單片機提供保護,當電源電壓降到45V以下時, RESET引腳立即自動產生高電平復位信號,并一直保持到電源電壓恢復正常;當系統上電或掉電時, RESET引腳也自動產生一個高電平復位信號;當系統發生故障時,只要把關定時器達到其可編程的超時限RESET引腳立即自動產生一個持續200ms的高電平復位信號。這樣,就可有效地防止死機、數據誤寫及誤操作等故障的發生。

(5)接地技術。

    數字地和模擬地分開,它們在點相連,兩個探頭各自使用相互獨立的地線,減小地線干擾耦合,儀表及探頭外殼接地。

(6)屏蔽技術。

    運用屏蔽技術可以隔離通過空間耦合的電磁干擾,采取的措施是用金屬機殼將測量電路封裝起來。

(7)合理的布線技術。

    模擬信號線與數字信號線相對分開,信號線與電源線分開;PCB布線時將公共地線與電源線盡量加寬,并使它們盡可能靠近需要供電的電路;減小電源線和地線的長度,以減小兩者之間的公共阻抗,減小耦合干擾的產生;布線過程中避免回路有重復面積,以減小相互感應。