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1、(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201410632582.5 (22)申请日 2014.11.11 G01R 31/00(2006.01) G01R 1/18(2006.01) (71)申请人 深圳市南航电子工业有限公司 地址 518057 广东省深圳市南山区高新北区 朗山路 7 号 12 楼 (72)发明人 陈辉 陈高鹏 韩向伟 王海蛟 李郎男 (74)专利代理机构 广州嘉权专利商标事务所有 限公司 44205 代理人 唐致明 (54) 发明名称 一种抗电磁干扰的电容式油量测量方法和系 统 (57) 摘要 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。
2、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。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知。
3、识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书4页 附图3页 (10)申请公布号 CN 104391192 A (43)申请公布日 2015.03.04 CN 104391192 A 1/1 页 2 1. 一种抗电磁干扰的电容式油量测量方法， 其特征在于， 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。 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方法， 其特征在于， 所述 步骤 S2 具体为 ： 将指定频率的方波信号依次通。
4、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。 3.一种抗电磁干扰的电容式油量测量系统， 其特征在于， 其用于实施如权利要求1或2 所述的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。 4. 根据权利要求 3 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。 5. 。
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， 所述 绝缘材料为聚四氟乙烯。 6. 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， 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。 7. 根据权利要求 3 至 6 任一项所述的一种抗电磁干扰的电容式。
6、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。 8. 根据权利要求 3 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。 9. 根据权利要求 3、 4、 5、 6 或 8 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。 10. 根据权利要求 9 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。
7、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。 权 利 要 求 书 CN 104391192 A 2 1/4 页 3 一种抗电磁干扰的电容式油量测量方法和系统 技术领域 0001 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 0002 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。
8、 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。 0003 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。 0004 现有技术中， 电容式油量测量存在以。
9、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。 0005 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 0006 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。 0007 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。 0008 本发明所采用的技术方案。
10、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。 0009 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。 0010 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。
11、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 说 明 书 CN 104391192 A 3 2/4 页 4 电压信号转换为数字信号输出。 0011 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。 0012 优选的， 所述绝缘材料为聚四氟乙烯。 0013 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。
12、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。 0014 优选的， 所述的金属屏蔽层开有多个通气孔。 0015 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。 0016 优选的， 所述电容传感器的底端设有进油口。 0017 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， 。
13、所述模数转换器输出的数字信号通过传输线输出。 0018 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。 0019 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。
14、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。 0020 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。 0021 本发明可广泛应用于各种电容式油。
15、量测量系统。 附图说明 0022 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 说 明 书 CN 104391192 A 4 3/4 页 5 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 0023 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。 0024 如图1至图3所示，。
16、 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。 0025 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。 0026 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。
17、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。 0027 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。
18、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。 0028 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。 0029 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。
19、 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。 0030 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。
20、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， 说 明 书 CN 104391192 A 5 4/4 页 6 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。
21、容传感器 Cx 的底端设有进油口 4。 0031 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。
22、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，。
23、 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。 0032 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。 0033 如图 3 所示， 。
24、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。 0034 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。 0035 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。
25、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。 0036 本发明可广泛应用于各种电容式油量测量系统。 0037 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。 说 明 书 CN 104391192 A 6 1/3 页 7 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 104391192 A 7 2/3 页 8 图 3 说 明 书 附 图 CN 104391192 A 8 3/3 页 9 图 4 说 明 书 附 图 CN 104391192 A 9 。