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信号的最优化和通信的模块化
————Siemens分体式超声波物位计
一、前言。
超声波物位计自诞生以来，发展非常迅猛，并且迅速成为物位测量领域中一种非常重要的产品并占有非常大的市场份额。超声波物位计作为一种非接触式的物位测量方式，具有安装方便、调试简单、抗腐蚀能力强、免维护的特点，因此越来越多的客户选择了超声波物位计。
Siemens在2000年完成了对加拿大Milltronics公司的收购以后，就成为了全球最大的超声波物位仪表生产商和超声波物位测量技术的领先者。目前市场上的超声波物位计生产商很多，包括：E+H、Krohne、VEGA等，都推出了非常优秀的超声波物位计，并且在市场上也有非常不错的表现。但是，作为市场的领先者，Siemens在这一领域依然拥有很多先进的独有的技术。
二、 信号的干扰。
对于超声波物位计来说，超声波回波信号的质量的好坏很大程度上决定超声波物位计的工作状态的好坏。因此，如何得到一个“优质”的超声波回波信号，也就是说如何消除超声波干扰是一个非常重要的课题，
超声波信号的干扰包括主要分为目标物干扰、回波干扰和噪声的干扰。目标物的干扰和回波的干扰主要和选型和安装位置有很大的关系，因此我们在此文主要讨论如何对噪声干扰的消除。
噪声干扰的主要来自电源线路和超声波传感器(Transducer)与变送器(Transmitter)的连线。
三、 最优化处理。
由于超声波测量采用频率较高(一般在13KHz~58KHz)的毫伏信号，因此在诸如钢铁厂、水处理厂、电厂等工况中，变频器、电磁釜等强电设备都可能会成为噪声的来源。
电源线路中的干扰可以通过对电源信号的接地来消除，相对比较容易。另外，如果仪表采用的是交流电，必须要求交流电缆采用屏蔽线，并且严格要求与传感器信号线及信号线等弱电信号线隔离。
噪声产生的原因很多，因此要消除来自超声波传感器(Transducer)与变送器(Transmitter)的线路中，最主要的就是要解决这部分线路的屏蔽问题。
1、 线缆。
超声波传感器自身采用的是双绞屏蔽线，延长可采用双绞屏蔽线和同轴电缆。双绞屏蔽线可使超声波传感器最长延长至100M距离。而如果采用同轴电缆，则可以最长延长至365M距离。
由于Siemens的传感器信号线（含温度补偿）采用的是独有的二线制（其他厂商主要都是三线制，甚至是四线制），因此才使采用同轴电缆作为超声波传感器延长线成为可能。双绞屏蔽线比普通的双芯屏蔽线的抗噪声干扰能力要强得多，而同轴电缆比双绞屏蔽线具有更优秀的抗噪声干扰能力。以著名电缆品牌Belden为例：Belden 20AWG双绞线的容抗约为40pf/ft，而Belden RG62A/U同轴线的容抗仅为13pf/ft。
2、 接地。
除了前面提到的电源线接地外，对双绞屏蔽线的屏蔽层接地也同样可以降低噪声干扰的影响。超声波传感器的双绞屏蔽线的屏蔽层一般同传感器信号线同时接入接线端子，并将接地端子接地，可以减弱或消除主要由于强电设备的干扰造成的噪声。
Siemens的XLT和XLS系列传感器，采用特有的铝合金外壳，通过将金属外壳的接地栓接地，也可以得到良好的噪声抑制效果。因此XLT和XLS系列传感器被广泛应用在电厂、机械设备等大量程的应用中，并取得非常好的测量效果。

3、 金属穿线管和接线盒。
在现场安装时，要求必须将传感器信号线在金属管中穿行，并且要求金属管接地。
在采用传感器信号延长线时，需采用密封良好的接地的金属接线盒为佳。

四、 通信的模块化设计。
Siemens超声波物位计的提供了标准的4~20mA、HART、RS485等通信，并且可以采用SmartLink的通讯模块实现现场总线的通信。
SmartLink独有的模块化设计具有非常显著的特点：
·快速方便的安装；
·最直接的连接：无需额外的接线盒和接线；
·非常灵活的应用方式优化了通信网络的带宽和容量；
·兼容Profibus DP、MODbus RTU、Allen-Bradley Remote I/O、DeviceNet协议，而且还可以使用Modbus RTU通过电话线连接到北美和欧洲的网络进行超远程监控。
·兼容大部分型号的Siemens超声波物位计，大大节省和通信设备的成本。
尤其是近几年Profibus 现场总线通信协议在中国开始被越来越多的客户所接收，Siemens超声波技术所提供的SmartLink Profibus DP模块为超声波物位计产品应用于Profibus现场总线系统提供了更为灵活的、低成本的、简单的解决方案。