传感器的噪声及其抑制方法-传感器

传感器的噪声及其抑制方法 2011-06-11 20:28:04来源:互联网

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【摘 要】　详细分析了电路的噪声源，给出了实际的解决方法如屏蔽、隔离等，以及滤波、检波等信号处理电路。
关键词：传感器，噪声，信号处理
1 引 言
传感器作为自控系统的前沿哨兵，犹如电子眼一般将被测信息接收并转换为有效的电信号，但同时，一些无用信号也搀杂在其中。这些无用信号我们统称为噪声。
应该说，噪声存在于任何电路之中，但它对传感器电路的影响却尤为突出。这是因为，传感器的输出阻抗一般都很高，使其输出信号衰减厉害，同时，传感器自容易被噪声信号淹没。因此，噪声的存在必定影响传感器的精度和分辨率，而传感器又是检测自控系统的首要环节，于是势必影响整个自控系统的性能。
由此，噪声的研究是传感器电路设计中必须考虑的重要环节，只有有效地抑制、减少噪声的影响才能有效利用传感器，才能提高系统的分辨率和精度。
但噪声的种类多，成因复杂，对传感器的干扰能力也有很大差异，于是抑制噪声的方法也不同。下面就传感器的噪声问题进行较全面的研究。
2　传感器的噪声分析及对策
传感器噪声的产生根源按噪声源分为内部噪声和外部噪声。
2.1　内部噪声——来自传感器件和电路元件的噪声
2.1.1　热噪声
热噪声的发生机理是，电阻中自由电子做不规则的热运动时产生电位差的起伏，它由温度引发且与之呈正比，由下面的奈奎斯特公式表示：

其中，Vn：噪声电压有效值；K：波耳兹曼常数(1.38×10-23J·K-1)；T：绝对温度(K)；B：系统的频带宽度(Hz)；R：噪声源阻值(Ω)。
噪声源包括传感器自身内阻，电路电阻元件等。
由公式(1)可见，热噪声由于来自器件自身，从而无法根本消除，宜尽可能选择阻值较小的电阻。
同时，热噪声与频率大小无关，但与频带宽成正比，即，对应不同的频率有均匀功率分布，故，也称白噪声。因此，选择窄频带的放大器和相敏检出器可有效降低噪声。
2.1.2　放大器的噪声

2.1.3　散粒噪声
散粒噪声的噪声源为晶体管，其机理是由到达电极的带电粒子的波动引起电流的波动形成的。噪声电流In与到达电极的电流Ic及频带宽度B成正比，可表示为：