液体电容式传感器电磁屏蔽体的设计方法技术

本发明专利技术涉及液体电容式传感器的抗电磁干扰屏蔽体的设计方法，包括步骤：１）确定需要屏蔽的干扰源的频谱特性；２）确定传感器的敏感特性，对实际受扰的设备进行敏感度测试，得出敏感特性曲线；３）根据截止波导的相关理论，根据实际的屏蔽需求和传感器的工作环境要求，计算屏蔽体的圆孔尺寸；４）在计算机中建立仿真模型，并进行数值仿真运算，比对屏蔽效果；５）结合上述计算结果，指导加工实物。本发明专利技术解决了传感器受电磁干扰问题，使其可以在电磁辐射下正常工作，所设计的屏蔽体重量轻，具有良好的透油性，同时又不影响其正常工作。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是一种液体电容式传感器屏蔽体的设计方法，属于应用基础领域。
技术介绍
液体电容式传感器是测量液体体积等参数的一种传感器。电容传感器的电容值十分微小，必须通过测量电路转换成相应的电压、电流或频率信号。转换电路的种类很多，目前较常采用的有电桥电路、谐振电路、调频电路及运算放大电路等。但随着科技的飞速发展，电子设备工作的电磁环境越来越复杂。液体电容式传感器由于其结构的特点，对外界电磁辐射较敏感，即有外界电磁干扰时，正常工作受到了影响，测量的参数不再准确，给测量工作带来很大的困难。图3为受干扰电容式传感器的简单结构示意图，在电磁辐射下传感器的两个极板上会产生较强的感应电流。又由于传感器工作于液体环境中，所以本专利技术针对这一情况，提出一种有效的屏蔽体设计。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对这一技术问题提出一种针对液体电容式传感器的抗电磁干扰的屏蔽体的设计方法。该方法解决问题简便明了，工程可实施性好，具有一定的扩展性。本专利技术的目的是通过以下技术措施来实现的：一种液体电容式传感器抗电磁干扰屏蔽体的设计方法，其特征在于包括以下步骤：一种液体电容式传感器抗电磁干扰屏蔽体的设计方法，其特征在于包括以下步骤：1)确定需要屏蔽的干扰源的频谱特性；2)确定传感器的敏感特性，对实际受扰的设备进行敏感度测试，得出敏感特性曲线；3)根据截止波导的相关理论，根据实际的屏蔽需求和传感器的工作环境要求，计算屏蔽体的圆孔尺寸；4)在计算机中建立仿真模型，并进行数值仿真运算，比对屏蔽效果；5)结合上述计算结果，指导加工实物。进一步地：在所述步骤1)中，通过实际测试的方法确定需要屏蔽的干扰源的频谱特性，这-->时采用不同接收频段的天线和接收机来测量实际干扰源的频率及幅值。在所述步骤2)中，依据军标RS103的规定，使用所需频率的发射天线、功率放大器、信号源、场强计、场强探头对实际受扰的设备进行敏感度测试。在所述步骤3)中，根据传感器的物理特征设计出开有圆孔的金属筒状屏蔽体，依据截至波导的性质设计圆孔的大小。本专利技术的优点在于：1解决了电容式传感器受电磁干扰问题。该屏蔽体可以为电容式传感器抵御外界电磁干扰，使其可以在电磁辐射下正常工作，同时又不影响液体传感器的正常工作。2提供较强的屏蔽效能。由于该结构采取不增加主箱体壁厚的基础上，加长截至波导的长度的方法，使得屏蔽效能大大增加，提高了其工程应用范围。3重量轻。许多电子设备都有着十分苛刻的重量要求，因此本屏蔽体的壁厚度可以做得很薄，并且可以采用合成材料表面镀铜的方法，这样便大大减小了屏蔽体的重量。4可实施性好，易于工程实践。附图说明图1为测量仪器布置图；图2为设计的屏蔽体结构样图；图3为受干扰电容式传感器的简单结构示意图；图4表示圆波导的前几个TE模和TM模的截止频率；图5表示在电磁辐射下屏蔽体内的表面电场分布情况。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步说明。本专利技术是一种液体电容式传感器的抗电磁干扰屏蔽体的设计方法，基于截止波导的相关理论，包括数学建模和数值运算，根据计算结果进行屏蔽体的合理设计。该方法的具体步骤为：(1)确定干扰源的频谱特性：确定需要屏蔽的干扰源的频谱特性，采用实际测试的方法确定机载干扰源的特性，测试方法有许多种，可采用不同接收频段的天线和接收机来测量实际干扰源的频率及幅值；(2)确定电容式传感器的敏感特性。对实际受扰的设备进行敏感度测试，拟合出敏感特性曲线；测试时，一般可依据军标的规定RS103进行。即使用所需频率的发射天线、功率放大器、信号源、场强计、场强探头等构成，具体测量时的仪器布置如图1所示。根据测试所得的离散点，拟合出电容式传感器系统的敏感度曲线。-->(3)根据实际测试的敏感度曲线，确定所设计的屏蔽体应提供的屏蔽效能值，即根据敏感门限的最低值与系统实际应达到标准值之间差值来确定屏蔽体的屏蔽效能值。由于液体电容式传感器工作于液体环境中，所以根据传感器的物理特征设计出开有圆孔的方形屏蔽体。金属筒上的圆孔可以较好使液体顺畅通过而不会影响传感器的工作。圆孔的大小主要是依据截至波导的性质。现将相关理论陈述如下：假定电磁波沿e-jβz传播，其中kc2=k2-β2.]]>我们知道圆波导支持TE、TM型电磁波，对于TE模，Ez＝0，而Hz是波方程：▿2Hz+k2Hz=0---(1)]]>的解。若Hz(ρ，φ，z)＝hz(ρ，φ)e-jβz，则式(1)可以用圆柱坐标系表示成：(∂2∂ρ2+1ρ∂∂ρ+1ρ2∂2∂φ2+kc2)hz(ρ,φ)=0---(2)]]>这样可得：hz(ρ，φ)＝[Asin(nφ)+Bcos(nφ)]Jn(kcρ)(3)由波导壁上的边界条件Etan＝0，以及圆波导在圆柱坐标系中的横向场的关系式可得：Eφ(ρ,φ,z)=jωμkc[Asin(nφ)+Bcos(nφ)]Jn′(kcρ)e-jβz---(4)]]>J′n(kcρ)是Jn对其自变量的微商，假如J′n(x)的根定义为p′nm，则可得截止波数kc=pnm′a,]]>a为圆波导的半径。表1为圆波导TE模前几项的p′nm值。  N  p′n1  p′n2  p′n3  0  3.832  7.016  10.174  1  1.841  5.331  8.536  2  3.054  6.706  9.970表1可得截止频率为：fCmn=kc2πμϵ=pnm′2πaμϵ---(5)]]>同理对于TM模，其截止频率为：fCmn=kc2πμϵ=pnm2πaμϵ---(6)]]>图4为TE和TM模的截止频率的相对值。从图中可见，TE11模的截止频率最低。由于TE11模的截止频率最低，遂设计时以其截止频率为基准。求得截止频率后，依-->据下面的公式计算屏蔽效能，根据这一步计算出的屏蔽效能可以判断所设计的屏蔽体是否满足实际的屏蔽需求。SE=1.823×fCmn×L×10-91-(ffCmn)2---(7)]]>其中L为波导的长度，f是干扰信号频率。除上述原理外，金属筒开孔时还有以下三个原则：a、开同等面积的孔时，尽量用圆孔代替方形孔；b、孔阵列的排列要规则；c、金属线尽量不要从孔中穿过。为减少屏蔽体的厚度，只需延长孔缝的厚度，而不用去增加整个屏蔽体的厚度，这样的结构在满足同样的屏蔽要求后，却减小了屏蔽体的重量与体积。设计出的屏蔽体的结构如图2所示，即具有一定厚度的长方体空腔，在空腔侧壁开有圆型孔，孔的长度可突出侧壁表面，从而增大屏蔽体的屏蔽效能。(4)在计算机中建立仿真模型，并进行数值仿真运算，比对屏蔽效果，图5为屏蔽效果图。图中显示了在电磁辐射下，屏蔽体内电场的分布图，其中浅色区域为屏蔽体的包围空间，可以看出屏蔽效果很显著。图中所用辐射源为平面波，频率300M，水平极化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种液体电容式传感器抗电磁干扰屏蔽体的设计方法，其特征在于包括以下步骤：　１）确定需要屏蔽的干扰源的频谱特性；　２）确定传感器的敏感特性，对实际受扰的设备进行敏感度测试，得出敏感特性曲线；　３）根据截止波导的相关理论，根据实际的屏蔽需求和传感器的工作环境要求，计算屏蔽体的的圆孔尺寸；　４）在计算机中建立仿真模型，并进行数值仿真运算，比对屏蔽效果；　５）结合上述计算结果，指导加工实物。

【技术特征摘要】
1.一种液体电容式传感器抗电磁干扰屏蔽体的设计方法，其特征在于包括以下步骤：1)确定需要屏蔽的干扰源的频谱特性；2)确定传感器的敏感特性，对实际受扰的设备进行敏感度测试，得出敏感特性曲线；3)根据截止波导的相关理论，根据实际的屏蔽需求和传感器的工作环境要求，计算屏蔽体的的圆孔尺寸；4)在计算机中建立仿真模型，并进行数值仿真运算，比对屏蔽效果；5)结合上述计算结果，指导加工实物。2.如权利要求1所述的液体电容式传感器抗电磁干扰屏蔽体的设计方法，其特征在于：在所述步骤1)中，通过实际测试的方法确定需要屏蔽的干扰源的频谱特性。3.如权利要求2所...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵小莹，王义，陈文青，苏东林，张秀强，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]