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】　詳細分析了電路的噪聲源，給出了實際的解決方法如屏蔽、隔離等，以及濾波、檢波等信號處理電路。
關鍵詞：傳感器，噪聲，信號處理
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信息接收并轉換為有效的電信號，但同時，一些無用信號也攙雜在其中。這些無用信號我們統(tǒng)稱為噪聲。
應該說，噪聲存在于任何電路之中，但它對傳感器電路的影響卻尤為突出。這是因為，傳感器的輸出阻抗一般都很高，使其輸出信號衰減厲害，同時，傳感器自容易被噪聲信號淹沒。因此，噪聲的存在必定影響傳感器的精度和分辨率，而傳感器又是檢測自控系統(tǒng)的首要環(huán)節(jié)，于是勢必影響整個自控系統(tǒng)的性能。
由此，噪聲的研究是傳感器電路設計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，成因復雜，對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行較全面的研究。
2　傳感器的噪聲分析及對策
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)生機理是，電阻中自由電子做不規(guī)則的熱運動時產(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，熱噪聲與頻率大小無關，但與頻帶寬成正比，即，對應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，其機理是由到達電極的帶電粒子的波動引起電流的波動形成的。噪聲電流In與到達電極的電流Ic及頻帶寬度B成正比，可表示為：