超声波流量计的抗干扰措施及方案

【导读】抗干扰能力对于超声波流量计来说是一项重要的功能，因为在超声波流量计的工作环境中通常都会有各种各样的干扰源，这些干扰源会产生不同程度的干扰与影响，从而影响测量的准确性和可靠性。在深入研究传统超声波流量计工作原理的基础上，吸收和利用了当代超声波测量领域和电子行业的一些新思想、新技术,根据超声波的传播特性及工作环境的抗干扰要求，快包分析师总结了7条抗干扰措施，并推荐龙芯的超声波流量计方案，能够让流量计工作更加稳定，减弱环境对测量结果的影响。

干扰源

在超声波流量计测量系统中，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。

抗干扰的措施

在设计超声波流量计时，可以采取如下硬件措施来提高系统的抗干扰性能:

（1）电源

在系统使用的各种直流电源(如+5V)的输入端均跨接一个10~100uF的电解电容和一个 0.01~0.1μF陶瓷滤波电容，以抑制电源尖峰干扰，收发电路分别用两套相互隔离的电源供电，这样从地线耦合的发波干扰就会大大减小。

（2）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。

（3）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。

（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”，此时最直接的抗干扰方法是采用硬件“看门狗”电路。可有效地防止死机、数据误写及误操作等故障的发生。

（5）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。

（6）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。

（7）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。

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方案一：龙芯LS1D超声波流量测计量开发板

该方案主控采用龙芯超声波流量测计量芯片LS1D，是龙芯自主设计研发的用于超声波热表、水表和气表测量的专用SOC芯片，与同期市场上产品相比具有高精度、高安全性、高性价比、高集成度、低功耗等特点。方案集成了CPU、串口等功能，时间测量单元、温度测量等单元，超声波脉冲发生器、段式LCD控制器、电压检测、空管检测、断线检测等多个功能模块，可广泛应用于供水、供热、燃气安全等多种领域。

方案二：龙芯LS1D超声波流量测计量便携式演示板

龙芯LS1D超声波流量测计量便携式演示板是基于龙芯超声波流量测计量芯片LS1D搭建的快速测试、评估超声波流量转换器的硬件开发平台。此款样品开发套件提供了超声波水表所需的硬件接口，配套软件包不仅提供了完整的套件编译开发环境，还备有用户友好的参数配置和单元功能测试用例，极大缩短了用户的开发周期。可广泛应用于供水计量、供热计量、工业流量计量等行业。