CN104391192B - 一种抗电磁干扰的电容式油量测量方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了抗电磁干扰的电容式油量测量方法和系统。方法包括步骤：S1，在用于油量测量的电容传感器的外部包裹一层或多层金属屏蔽层；S2，测量电容传感器的电容值，根据电容值输出模拟电压信号；S3，将模拟电压信号转换为数字信号输出。系统包括带有金属屏蔽层的电容传感器、运算放大器和模数转换器。本发明通过两个方面来解决电容式传感器的电磁兼容问题。首先，利用金属屏蔽层将电容传感器与外部电磁环境完全隔离，保证测量数据的准确性；其次，用数字信号代替模拟信号进行信号输出，增强了信号的可靠性，提高了信号抗干扰的能力。本发明可广泛应用于各种电容式油量测量系统。

Description

一种抗电磁干扰的电容式油量测量方法和系统

技术领域

本发明涉及油量测量领域，尤其涉及一种电容式油量测量方法，本发明还涉及一种电容式油量测量系统。

背景技术

电容式燃油油量传感器在飞机燃油测量系统中广泛应用，但在实际应用中也存在一些电磁兼容问题，容易受到飞机短波电台等电磁辐射的影响，导致测试数据出现跳变或测量不准的问题。不能通过RS103（电场辐射敏感度）电磁兼容试验是现有产品的一个普遍问题，部分产品只能通过降低测试严酷度来完成试验，导致在实际应用环境中暴露出很多问题。

导致这些问题的主要原因，源自电容式油量传感器的测量原理，现有传感器产品的电容极板直接暴露在电磁干扰环境中，对其充放电过程受电磁干扰影响电容值的测量；此外，现有的传感器产品仅负责信号的采集，信号的处理需要其他设备来进行，其间通过电缆来传输模拟信号，传感器仅在模拟信号输出端使用滤波插头，同时信号处理设备对接收的模拟信号进行滤波处理，但传输过程仍然易受电磁干扰。

现有技术中，电容式油量测量存在以下问题：

（1）电容传感器没有EMC（电磁兼容性）防护设计，采集到的原始信号容易受周围电磁环境的影响，信号会有很大程度的波动；

（2）传感器输出的是模拟信号，在信号传输的电缆上，同样容易受到电磁干扰的影响。

由于测量精度容易受到电磁干扰的影响，使得后级信号的处理难度加大，而且现有的电容式测量系统基本不能通过RS103电磁兼容测试。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种可抗电磁干扰的油量测量方法。

为了解决上述技术问题，本发明的另一个目的是提供一种可抗电磁干扰的油量测量系统。

本发明所采用的技术方案是：

一种抗电磁干扰的电容式油量测量方法，其包括步骤：S1，在用于油量测量的电容传感器的外部包裹一层或多层金属屏蔽层；S2，测量电容传感器的电容值，根据电容值输出模拟电压信号；S3，将模拟电压信号转换为数字信号输出。

优选的，所述步骤S2具体为：将指定频率的方波信号依次通过电容传感器和运算放大电路后形成一个和电容传感器的电容值成正比的模拟电压信号。

一种抗电磁干扰的电容式油量测量系统，其用于实施一种抗电磁干扰的电容式油量测量方法，其包括：电容传感器，所述电容传感器外部包裹有一层或多层金属屏蔽层；运算放大器，用于采集来自电容传感器的信号并输出模拟电压信号；模数转换器，用于将模拟电压信号转换为数字信号输出。

优选的，所述电容传感器包括内电极和外电极，所述金属屏蔽层包裹在外电极外部并且通过绝缘材料与外电极绝缘隔离。

优选的，所述绝缘材料为聚四氟乙烯。

优选的，所述电容传感器的内电极通过第一开关接地、通过第三开关连接到运算放大器的负极输入端；所述电容传感器的外电极通过第二开关连接电源、通过第四开关接地；所述第一开关、第二开关、第三开关和第四开关的开关状态受一方波信号控制，第一开关和第二开关的开合状态同步，第三开关和第四开关的开合状态同步，第一开关和第三开关的开合状态异步。

优选的，所述的金属屏蔽层开有多个通气孔。

优选的，所述运算放大器的正极输入端接地，所述运算放大器的负极输入端通过一电阻连接到运算放大器的输出端，所述电阻并联有一电容，所述运算放大器的输出端连接到模数转换器。

优选的，所述电容传感器的底端设有进油口。

优选的，其还包括PCB板和输出数据接插件，所述运算放大器和模数转换器设置在PCB板上；所述输出数据接插件具有金属屏蔽外壳和传输线，所述金属屏蔽层与金属屏蔽外壳电性连接，所述模数转换器输出的数字信号通过传输线输出。

本发明的有益效果是：

本发明一种抗电磁干扰的电容式油量测量方法通过两个方面来解决电容式传感器的电磁兼容问题。首先，利用金属屏蔽层将电容传感器与外部电磁环境完全隔离，保证测量数据的准确性；其次，用数字信号代替模拟信号进行信号输出，增强了信号的可靠性，提高了信号抗干扰的能力；最后，将信号处理和传感器整合在一起，使得油量测量系统集成度提升。

本发明的另一个有益效果是：

本发明一种抗电磁干扰的电容式油量测量系统通过两个方面来解决电容式传感器的电磁兼容问题。首先，利用金属屏蔽层将电容传感器与外部电磁环境完全隔离，保证测量数据的准确性；其次，用数字信号代替模拟信号进行信号输出，增强了信号的可靠性，提高了信号抗干扰的能力；最后，将信号处理和传感器整合在一起，使得油量测量系统集成度提升。

另外，屏蔽层设置通气孔，在保证燃油可以顺畅的通过屏蔽层流入流出内部测量电极的同时，通过设计通气开孔大小、数量以及位置，可以有效防止电磁骚扰的进入；通过指定频率的方波信号驱动测量电容传感器的容值以及外围电路的设计，实现电容值巧妙而精确的测量；通过输出数据接插件的金属屏蔽外壳与金属屏蔽层相连，实现信号完整屏蔽。

本发明可广泛应用于各种电容式油量测量系统。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

图1是本发明一种抗电磁干扰的电容式油量测量方法一种实施例的方法流程图；

图2是本发明一种抗电磁干扰的电容式油量测量系统电容传感器一种实施例的结构示意图；

图3是本发明一种抗电磁干扰的电容式油量测量系统一种实施例的结构示意图；

图4是本发明一种抗电磁干扰的电容式油量测量系统电路原理示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1至图3所示，一种抗电磁干扰的电容式油量测量方法，其包括步骤：S1，在用于油量测量的电容传感器Cx的外部包裹一层或多层金属屏蔽层1；S2，测量电容传感器Cx的电容值，根据电容值输出模拟电压信号；S3，将模拟电压信号转换为数字信号输出。

优选的，所述步骤S2具体为：将指定频率的方波信号依次通过电容传感器Cx和运算放大电路后形成一个和电容传感器Cx的电容值成正比的模拟电压信号。

本发明一种抗电磁干扰的电容式油量测量方法通过两个方面来解决电容式传感器的电磁兼容问题。首先，利用金属屏蔽层1将电容传感器与外部电磁环境完全隔离，保证测量数据的准确性；其次，用数字信号代替模拟信号进行信号输出，增强了信号的可靠性，提高了信号抗干扰的能力；最后，将信号处理和传感器整合在一起，使得油量测量系统集成度提升。

如图2至图4所示，一种抗电磁干扰的电容式油量测量系统，其用于实施一种抗电磁干扰的电容式油量测量方法，其包括：电容传感器Cx，所述电容传感器Cx外部包裹有一层或多层金属屏蔽层1；运算放大器，用于采集来自电容传感器Cx的信号并输出模拟电压信号；模数转换器，用于将模拟电压信号转换为数字信号输出。优选的，所述电容传感器Cx包括内电极B和外电极A，所述金属屏蔽层1包裹在外电极A外部并且通过绝缘材料与外电极A绝缘隔离。优选的，所述绝缘材料为聚四氟乙烯。优选的，所述的金属屏蔽层1开有多个通气孔。

其中，本发明实现抗电磁干扰的第一方面是对电容传感器Cx进行金属屏蔽，其原理示意如图2所示，在电容传感器Cx的内电极B和外电极A利用全金属屏蔽层1进行电磁兼容屏蔽，屏蔽层1直接连接机壳地，将电容传感器Cx与外界通过屏蔽层1实现电磁环境的隔离。

具体设计如图3所示，整个电容传感器Cx的内电极B及外电极A通过最外层的屏蔽层1进行隔离封闭，屏蔽层1与内外电极A通过聚四氟乙烯绝缘块5进行绝缘隔离和装配固定，屏蔽层1上下均需开若干通气孔，保证燃油可以顺畅的通过屏蔽层1流入或流出内部测量电极，实现测量电容值的测试，同时通过设计通气开孔大小、数量以及位置，可以有效防止电磁干扰的进入，不影响屏蔽性能。传感器通过导电安装孔安装在系统的导电结构件上，使得整个屏蔽层1与系统机壳接地，起到电磁屏蔽作用。

优选的，所述电容传感器Cx的内电极B通过第一开关K1接地、通过第三开关K3连接到运算放大器U1的负极输入端；所述电容传感器Cx的外电极A通过第二开关K2连接电源VCC、通过第四开关K4接地；所述第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3和第四开关K4的开关状态受一方波信号控制，第一开关K1和第二开关K2的开合状态同步，第三开关K3和第四开关K4的开合状态同步，第一开关K1和第三开关K3的开合状态异步。优选的，所述运算放大器U1的正极输入端接地，所述运算放大器U1的负极输入端通过一电阻R1连接到运算放大器U1的输出端，所述电阻R1并联有一电容C1，所述运算放大器U1的输出端连接到模数转换器U2。优选的，所述电容传感器Cx的底端设有进油口4。

其中，本发明实现抗电磁干扰的第二方面是信号数字化处理方法。将原始的电容传感器Cx测量的模拟信号，转换为数字信号，再通过传输线发送出去。由于数字信号抗干扰的能力强，传输线缆可以有效的开展电磁兼容处理而不影响测量精度。该实施例中，采用频率测量法进行电容值测量，如图4所示，以Cx代表内外电极构成的电容传感器，第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3和第四开关K4为一定频率的开关信号。第一开关K1和第二开关K2的开合状态同步，即第一开关K1断开的同时第二开关K2断开，第一开关K1闭合的同时第二开关K2闭合；第三开关K3和第四开关K4的开合状态同步，即第三开关K3断开的同时第四开关K4断开，第三开关K3闭合的同时第四开关K4闭合；第一开关K1和第三开关K3的开合状态异步，即第一开关K1断开的同时第三开关K3闭合，第一开关K1闭合的同时第三开关K3断开。第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3和第四开关K4通过一个指定频率的方波信号进行驱动，通过运算放大器U1电路以后形成一个和电容传感器Cx电容值成正比的模拟电压信号，再通过模数转换器U2将模拟电压信号转换为数字信号后，通过输出数据接插件3进行数字信号的输出。本实施例中，外电极A和内电极B以及外部电路的连接关系，可以保证屏蔽层1与外电极A所构成的电容对测量不会产生影响。

优选的，其还包括PCB板2和输出数据接插件3，所述运算放大器U1和模数转换器U2设置在PCB板2上；所述输出数据接插件3具有金属屏蔽外壳和传输线，所述金属屏蔽层1与金属屏蔽外壳电性连接，所述模数转换器U2输出的数字信号通过传输线输出。其中，输出数据接插件3外壳以及输出信号电缆也与屏蔽层1相连，进行完整屏蔽。

如图3所示，PCB板2处安装信号处理板，信号处理板上包括运算放大器U1电路和模数转换器U2电路，用来实现电容测量信号的数字化处理工作。

本发明一种抗电磁干扰的电容式油量测量系统通过两个方面来解决电容式传感器的电磁兼容问题。首先，利用金属屏蔽层1将电容传感器与外部电磁环境完全隔离，保证测量数据的准确性；其次，用数字信号代替模拟信号进行信号输出，增强了信号的可靠性，提高了信号抗干扰的能力；最后，将信号处理和传感器整合在一起，使得油量测量系统集成度提升。

另外，金属屏蔽层1设置通气孔，在保证燃油可以顺畅的通过金属屏蔽层1流入流出内部测量电极的同时，通过设计通气开孔大小、数量以及位置，可以有效防止电磁骚扰的进入；通过指定频率的方波信号驱动测量电容传感器Cx的容值以及外围电路的设计，实现电容值巧妙而精确的测量；通过输出数据接插件3的金属屏蔽外壳与金属屏蔽层1相连，实现信号完整屏蔽。

本发明可广泛应用于各种电容式油量测量系统。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (5)

1.一种抗电磁干扰的电容式油量测量系统，其特征在于，包括：

电容传感器，所述电容传感器外部包裹有一层或多层金属屏蔽层；

运算放大器，用于采集来自电容传感器的信号并输出模拟电压信号；

模数转换器，用于将模拟电压信号转换为数字信号输出；

所述电容传感器包括内电极和外电极，所述金属屏蔽层包裹在外电极外部并且通过绝缘材料与外电极绝缘隔离；所述绝缘材料为聚四氟乙烯；

所述电容传感器的内电极通过第一开关接地、通过第三开关连接到运算放大器的负极输入端；所述电容传感器的外电极通过第二开关连接电源、通过第四开关接地；所述第一开关、第二开关、第三开关和第四开关的开关状态受一方波信号控制，第一开关和第二开关的开合状态同步，第三开关和第四开关的开合状态同步，第一开关和第三开关的开合状态异步。

2.根据权利要求1所述的一种抗电磁干扰的电容式油量测量系统，其特征在于，所述的金属屏蔽层开有多个通气孔。

3.根据权利要求2所述的一种抗电磁干扰的电容式油量测量系统，其特征在于，所述运算放大器的正极输入端接地，所述运算放大器的负极输入端通过一电阻连接到运算放大器的输出端，所述电阻并联有一电容，所述运算放大器的输出端连接到模数转换器。

4.根据权利要求1至3任一项所述的一种抗电磁干扰的电容式油量测量系统，其特征在于，所述电容传感器的底端设有进油口。

5.根据权利要求4所述的一种抗电磁干扰的电容式油量测量系统，其特征在于，其还包括PCB板和输出数据接插件，所述运算放大器和模数转换器设置在PCB板上；所述输出数据接插件具有金属屏蔽外壳和传输线，所述金属屏蔽层与金属屏蔽外壳电性连接，所述模数转换器输出的数字信号通过传输线输出。