超声波液位计电磁干扰分析故障及应对方法

　　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。

　　

　　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。