傳感器的噪聲及其抑制方法 2011-06-11 20:28:04來源:互聯(lián)網(wǎng)

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【摘 要】　詳細(xì)分析了電路的噪聲源，給出了實(shí)際的解決方法如屏蔽、隔離等，以及濾波、檢波等信號(hào)處理電路。
關(guān)鍵詞：傳感器，噪聲，信號(hào)處理
1 引 言
傳感器作為自控系統(tǒng)的前沿哨兵，猶如電子眼一般將被測(cè)信息接收并轉(zhuǎn)換為有效的電信號(hào)，但同時(shí)，一些無用信號(hào)也攙雜在其中。這些無用信號(hào)我們統(tǒng)稱為噪聲。
應(yīng)該說，噪聲存在于任何電路之中，但它對(duì)傳感器電路的影響卻尤為突出。這是因?yàn)椋瑐鞲衅鞯妮敵鲎杩挂话愣己芨撸蛊漭敵鲂盘?hào)衰減厲害，同時(shí)，傳感器自容易被噪聲信號(hào)淹沒。因此，噪聲的存在必定影響傳感器的精度和分辨率，而傳感器又是檢測(cè)自控系統(tǒng)的首要環(huán)節(jié)，于是勢(shì)必影響整個(gè)自控系統(tǒng)的性能。
由此，噪聲的研究是傳感器電路設(shè)計(jì)中必須考慮的重要環(huán)節(jié)，只有有效地抑制、減少噪聲的影響才能有效利用傳感器，才能提高系統(tǒng)的分辨率和精度。
但噪聲的種類多，成因復(fù)雜，對(duì)傳感器的干擾能力也有很大差異，于是抑制噪聲的方法也不同。下面就傳感器的噪聲問題進(jìn)行較全面的研究。
2　傳感器的噪聲分析及對(duì)策
傳感器噪聲的產(chǎn)生根源按噪聲源分為內(nèi)部噪聲和外部噪聲。
2.1　內(nèi)部噪聲——來自傳感器件和電路元件的噪聲
2.1.1　熱噪聲
熱噪聲的發(fā)生機(jī)理是，電阻中自由電子做不規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生電位差的起伏，它由溫度引發(fā)且與之呈正比，由下面的奈奎斯特公式表示：

其中，Vn：噪聲電壓有效值；K：波耳茲曼常數(shù)(1.38×10-23J·K-1)；T：絕對(duì)溫度(K)；B：系統(tǒng)的頻帶寬度(Hz)；R：噪聲源阻值(Ω)。
噪聲源包括傳感器自身內(nèi)阻，電路電阻元件等。
由公式(1)可見，熱噪聲由于來自器件自身，從而無法根本消除，宜盡可能選擇阻值較小的電阻。
同時(shí)，熱噪聲與頻率大小無關(guān)，但與頻帶寬成正比，即，對(duì)應(yīng)不同的頻率有均勻功率分布，故，也稱白噪聲。因此，選擇窄頻帶的放大器和相敏檢出器可有效降低噪聲。
2.1.2　放大器的噪聲

2.1.3　散粒噪聲
散粒噪聲的噪聲源為晶體管，其機(jī)理是由到達(dá)電極的帶電粒子的波動(dòng)引起電流的波動(dòng)形成的。噪聲電流In與到達(dá)電極的電流Ic及頻帶寬度B成正比，可表示為：