超声波流量计硬件抗干扰技术-技术文章

超声波流量计硬件抗干扰技术

1.干扰的来源

在超声波流量测量系统中,造成干扰的干扰源有很多种,主要有:

①流量计安装环境中可能存在较大的电场和磁场干扰;

②靠近水泵安装时水泵带来的接近超声波信号的噪音;

③电源的噪声干扰采用常用的电源滤波技术就可以消除其影响;

④发射信号对接收信号的干扰。发射信号功率较大,通过电路和声路都可以耦合到接收电路上,如果管径很小,换能器间距离很近,发生干扰的尾部就会波及接收波的波形,从而严重影响接收信号。

 

2.抗干扰的措施

(1)电源。

    在系统使用的各种直流电源(如+5V的输入端均跨接1个10~-100μF的电解电容和1个0.01~0.1μF陶瓷滤波电容以抑制电源尖峰干扰,收发电路用两套相互隔离的电源供电。

(2)自动增益技术。

    自动增益技术除了使信号便于测量外,还可以有效地抑制噪声干扰。

(3)接收范围门。

    接收范围门可以防止发射信号以及开关动作给接收信号带来的干扰。

(4)看门狗电路。

    程序在运行过程中会因为受到干扰导致失控,引起程序乱飞,或陷入“死循环”,此时ZUI直接的抗干扰方法是采用硬件“看门狗”电路。复位脉冲可使系统复位,程序重新启动运行。例如采用X5045集成芯片来实现看门狗功能。X5045的引脚功能如下:CS为片选信号;SO为串行输出;SI为串行输入;SCR为串行时钟输入;WP为 EEPROM写保护输入; RESET为复位信号输出;Vss为地;Vcc为电源电压。X5045使用三线总线串行(SPI)外设接口,对芯片进行操作的所有操作码、字节地址及写入的数据都由S引脚输入,写入数据在串行时钟SCI的上升沿被锁存;从芯片读取的数据由SO引脚串行输出。芯片的把关定时器和电压监视器都对单片机提供保护,当电源电压降到45V以下时, RESET引脚立即自动产生高电平复位信号,并一直保持到电源电压恢复正常;当系统上电或掉电时, RESET引脚也自动产生一个高电平复位信号;当系统发生故障时,只要把关定时器达到其可编程的超时限RESET引脚立即自动产生一个持续200ms的高电平复位信号。这样,就可有效地防止死机、数据误写及误操作等故障的发生。

(5)接地技术。

    数字地和模拟地分开,它们在点相连,两个探头各自使用相互独立的地线,减小地线干扰耦合,仪表及探头外壳接地。

(6)屏蔽技术。

    运用屏蔽技术可以隔离通过空间耦合的电磁干扰,采取的措施是用金属机壳将测量电路封装起来。

(7)合理的布线技术。

    模拟信号线与数字信号线相对分开,信号线与电源线分开;PCB布线时将公共地线与电源线尽量加宽,并使它们尽可能靠近需要供电的电路;减小电源线和地线的长度,以减小两者之间的公共阻抗,减小耦合干扰的产生;布线过程中避免回路有重复面积,以减小相互感应。