傳感器的噪聲及其抑制方法
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2．2．3 隔 離
隔離是為了將前后兩個(gè)電路的信號(hào)接地端從電路上隔開(kāi)，因?yàn)樗鼈內(nèi)菀仔纬森h(huán)路電流，引起噪聲干擾。隔離的主要方法是采用變壓器和光電耦合器。變壓器隔離只適用于交流電路，在直流或超低頻測(cè)量系統(tǒng)中，常采用光電耦合隔離。
2．2．4 輸出線、電源線、配線、布線的要求
傳感器的輸出線應(yīng)相互扭絞，以減少外界磁力線的影響。同時(shí)，輸出線盡可能短些。
如噪聲電流流入電源線和配線，就會(huì)放射噪聲磁場(chǎng)，也會(huì)受噪聲源的電磁場(chǎng)感應(yīng)拾取噪聲，即容易起噪聲的發(fā)送和接收作用。因此，必須使各配線不具備天線效應(yīng)。雙股線和絞線可消磁場(chǎng)，但不能完全消除靜電效應(yīng)。同軸電纜就可同時(shí)消除電磁場(chǎng)。
環(huán)狀布線時(shí)，與環(huán)狀交叉的磁力線所引起的電動(dòng)勢(shì)會(huì)產(chǎn)生噪聲。因此，布線應(yīng)盡可能使電流的進(jìn)出導(dǎo)線不靠近且呈扭絞狀。
平衡－不平衡變壓器對(duì)共模噪聲呈高阻抗，對(duì)正常噪聲呈低阻抗，從而在從不平衡布線至絞線所引起的平衡布線的過(guò)程中吸收了噪聲。
2．3 降低噪聲的信號(hào)處理電路
傳感器電路首先需要將采樣的微弱信號(hào)進(jìn)行放大。但同時(shí)并存許多噪聲源：傳感器內(nèi)阻、電纜電阻、放大器電路以及電路周圍的電磁干擾源。因此，通常用低通濾波器和差分放大器等來(lái)抑制差模噪聲和共模噪聲（如圖3所示）。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/161695.htm
設(shè)，Vs為傳感器的信號(hào)電壓；Vn1、Vn2為外部噪聲源在電纜線上的感應(yīng)噪聲電壓；Vns為電路噪聲，因此，差分放大器輸出電壓Vo為：
下面具體說(shuō)明有關(guān)電路。
2．3．1 差分放大電路
集成運(yùn)算放大器的輸入級(jí)利用差分電路的對(duì)稱性不僅能消除零點(diǎn)漂移現(xiàn)象，還能削減共模信號(hào)，提高共模抑制比，消除噪聲干擾。
2．3．2 濾波電路
濾波電路的作用主要是對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行處理，通常是希望濾出噪聲。濾波器種類很多，從大的方向可分為經(jīng)典濾波器與現(xiàn)代濾波器兩大類。經(jīng)典濾波器可濾出與有用信號(hào)占用不同頻帶的噪聲，但對(duì)有用信號(hào)與噪聲的頻譜相互重疊的情況卻無(wú)能為力。圖4所示是信號(hào)與噪聲的頻譜，圖4中，S（f）為有用信號(hào)，頻帶為f1～f2，N（f）為噪聲，經(jīng)濾波后只能濾出f1～f2以外的噪聲，噪聲與信號(hào)重疊部分無(wú)法濾出。
現(xiàn)代濾波器把信號(hào)與噪聲都視為隨機(jī)信號(hào)，利用它們的統(tǒng)計(jì)特征導(dǎo)出一套最佳估算法，然后用硬件或軟件予以實(shí)現(xiàn)，維拉濾波器便是其代表。
通常，經(jīng)典濾波器用得最多。濾波電路可以由無(wú)源元件R、L、C組成，如圖5所示的線路濾波器；也可以包含有源元件（如圖6所示），它的優(yōu)點(diǎn)主要是具有一定的信號(hào)放大和帶負(fù)載能力。濾波電路從功能上又可分為四類：低通（LP）、高通（HP）、帶通（BP）、帶阻（BS）濾波器。每一種又有模擬（AF）與數(shù)字（DF）濾波器兩種形式。由于傳感器信號(hào)一般為緩慢變化的信號(hào)，故選用低通濾波器抑止高頻噪聲信號(hào)最多。通常如巴特沃斯濾波器、切比雪夫?yàn)V波器、橢圓濾波器等。常用低通濾波電路如圖6所示。
評(píng)論