传感器电路的噪声及其抗干扰技术研究
传感器中的噪声和干扰抑制技术

传感器中的噪声和干扰抑制技术传感器是现代科技领域中的重要组成部分,被广泛应用于各个领域。
然而,传感器在工作过程中常常会受到噪声和干扰的干扰,降低了其性能和准确性。
为了解决这一问题,人们提出了各种噪声和干扰抑制技术,本文将从几个方面详细介绍这些技术的原理和应用。
一、噪声来源与分类在了解噪声和干扰抑制技术之前,我们首先需要了解噪声的来源和分类。
噪声主要可以分为外部噪声和内部噪声。
外部噪声主要来自于环境,如电磁辐射、震动、温度变化等。
内部噪声则是由于传感器本身的结构和电路等因素引起的,如放大器电路噪声、电源噪声等。
根据频率范围的不同,噪声可以进一步分为低频噪声、中频噪声和高频噪声。
低频噪声一般在1Hz以下,主要来源于环境震动和温度变化等;中频噪声在几百Hz至几百kHz范围内,主要由电磁干扰引起;高频噪声则在几百kHz以上,如来自于放大器电路的噪声。
二、噪声抑制技术1. 信号滤波技术信号滤波技术是最常用的噪声抑制技术之一。
滤波器可以根据噪声的频率范围进行选择。
常见的滤波器有低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器。
低通滤波器用于滤除高频噪声,高通滤波器则用于滤除低频噪声,带通滤波器和带阻滤波器可以根据实际噪声频谱的分布来选择。
2. 系统抗干扰技术系统抗干扰技术主要包括防电磁干扰和防震动技术。
防电磁干扰主要通过合理设计传感器的结构和电路布局以及屏蔽等手段来降低外界电磁信号对传感器的干扰。
防震动技术则通过采用减振材料、调整传感器的安装方式等方式来降低震动对传感器的影响。
3. 信号处理技术信号处理技术是一种较为复杂的噪声抑制技术,它可以通过对传感器采集到的信号进行处理,提取有用的信息并滤除噪声。
常见的信号处理技术包括数字滤波、小波变换、自适应滤波等。
这些技术可以对传感器信号进行干扰抑制、特征提取和信号重建等处理,从而提高传感器的性能。
三、干扰抑制技术的应用噪声和干扰抑制技术在各个领域都有广泛的应用。
例如,在无线通信领域,通过采用合适的信道编码和解码技术,可以降低信道噪声对通信质量的影响,提高通信的可靠性和性能。
光纤传感器中的噪声抑制技术研究

光纤传感器中的噪声抑制技术研究光纤传感器是近年来发展较快的一种传感器。
它具有易弯曲、易安装、无电磁干扰等优点,适用于不同的工业控制、环境监测、医疗检测、物理研究等领域。
然而,在光纤传感器实际应用中,由于传感器本身和周围环境的影响等多种原因,传感器输出信号会产生噪声。
噪声会对光纤传感器的准确性和灵敏度产生不利影响,因此需要进行噪声抑制技术的研究。
本文将从噪声来源、噪声形态、噪声抑制方法和未来研究方向四个方面进行探讨。
一、噪声来源光纤传感器的噪声来源包括内部噪声和外部噪声两部分。
内部噪声主要由光源、光路、探测器等光学器件引起,包括光源的亮度稳定性、光源本身的谐波、光传输的衰减、探测器的响应和增益等方面。
外部噪声主要由周围环境和传感器的安装方式引起,包括机器震动、电磁辐射、温度波动、气压变化、潮湿等自然环境因素。
二、噪声形态光纤传感器的噪声主要包括两类:高频噪声和低频噪声。
高频噪声的频率一般大于几百千赫兹,主要包括器件的热噪声和光学干扰等。
低频噪声的频率一般小于几百赫兹,主要包括机械振动、温度漂移、磁场干扰等。
由于噪声频率范围的不同,噪声抑制技术的选择也不同。
三、噪声抑制方法目前,常用的光纤传感器噪声抑制方法主要包括以下几种:1、信号滤波法。
信号滤波法是常见的信号处理方法,主要目的在于将传感器的输出信号经过低通、带通、陷波等滤波器进行滤波,去除其中的谐波低通、直流平均、滞后等滤波方法可以有效地抑制噪声信号,但是,信号滤波法会对信号的幅值和相位造成影响,容易产生相位失真。
2、环路反馈法。
环路反馈法主要通过环路反馈实现噪声抑制的目的,是一种较为高级的信号处理方法。
环路反馈法通常分为压变式和光纤式,前者主要是利用声光晶体的电光效应实现环路反馈,后者则可以利用光纤光栅等器件实现环路反馈。
相较于信号滤波法,环路反馈法可以减小对信号的影响,但是其成本较高、误差较大,需要调节环路的参数等。
3、模拟抵消法。
模拟抵消法主要是利用模拟技术实现噪声抵消,通过在线性电路中加入反相信号,使得输出信号与噪声信号相消,从而得到一个抗噪性能更好的滤波信号。
传感器电路中的噪声滤除技术

传感器电路中的噪声滤除技术在传感器电路中,噪声是一个常见的问题,它可以干扰传感器的准确性和可靠性。
因此,噪声滤除技术在电路设计中起着至关重要的作用。
本文将探讨传感器电路中常用的噪声滤除技术以及它们的原理和应用。
噪声是在传感器电路中产生的不希望的随机信号。
它可以来自不同的来源,比如电源干扰、环境电磁场影响、器件非线性等。
噪声信号在传感器电路中叠加在被测信号上,影响传感器的测量精度和可靠性。
因此,为了获得准确的测量结果,需要采取噪声滤除技术来去除这些干扰信号。
常用的噪声滤除技术之一是滤波器。
滤波器可以根据频率的不同对信号进行处理,从而去除不需要的频率成分。
在传感器电路中,低通滤波器是最常用的滤波器类型之一。
该滤波器可以通过将高频成分滤除掉,只保留低频部分,从而滤除高频噪声。
另外,高通滤波器可以滤除低频噪声。
如果在传感器应用中仅需要某个特定频率范围内的信号,可以使用带通滤波器来选择性地滤除其他频率范围的噪声。
除了滤波器外,还有一些其他的噪声滤除技术可供选择。
一种常见的技术是采样平均。
该技术通过对多次采样数据进行平均来减小噪声的影响。
通过增加采样次数,可以提高信号的信噪比,从而达到更好的测量精度。
此外,可以使用数字滤波技术对传感器信号进行处理。
数字滤波器可以通过数字算法对信号进行处理,具有高度的灵活性和可调性。
通过在数字域对信号进行处理,可以更精确地控制滤波效果。
在应用中,具体的噪声滤除技术选择取决于所测量信号的特点和噪声的产生机制。
例如,在温度传感器应用中,传感器的输出信号往往包含较高的噪声。
为了减小噪声的影响,可以采用低通滤波器来滤除高频噪声。
对于需要高测量精度的应用,常常采用滤波器和采样平均技术的组合来取得更好的效果。
值得注意的是,滤波器的选择和参数设置需要根据具体应用的要求进行调整和优化,以实现最佳的滤波效果。
除了上述提到的噪声滤除技术,还有一些其他的技术可以用于传感器电路中的噪声滤除。
例如,信号调理电路可以通过增加增益、调整增益的带宽等方式对信号进行处理,从而减小噪声的影响。
传感器电路的噪声及其抗干扰技术研究

汇报人:
CONTENTS
PART ONE
PART TWO
定义:热噪声是由于电路中电子的热运动而产生的随机噪声 产生原因:温度变化导致电子随机运动,从而在电路中产生电压和电流的波动 特点:与频率无关,与温度成正比,无法完全消除 影响:降低电路的信噪比,限制电路的灵敏度和性能
平衡高性能与低成本的挑战:在保证 传感器电路高性能的同时,降低其制 造成本,以实现高性能与低成本的平 衡
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低成本传感器电路的制造技术研究: 降低传感器电路的制造成本,以促 进其在更多领域的应用
未来研究方向与挑战:继续深入研 究高性能与低成本平衡的挑战,探 索新的解决方案和技术路径
模型描述:闪烁噪声模型通常采用泊松分 布或指数分布来描述,其统计特性可以通 过测量多个样本的噪声数据进行拟合得到。
抗干扰技术:为了减小闪烁噪声对传感 器电路的影响,可以采用多种抗干扰技 术,如滤波技术、放大器设计、屏蔽技 术等。
爆米花噪声的定义
爆米花噪声的来源
爆米花噪声的特性
爆米花噪声模型的 建立
定义:散粒噪声也 称为散弹噪声,是 由电子随机热运动 引起的噪声。
产生原因:散粒噪声是 由于电子在半导体中热 运动而产生的,其大小 与温度和频率有关。
特点:散粒噪声是一 种白噪声,其功率谱 密度与频率无关,是 一种随机噪声。
影响:散粒噪声对传 感器电路的信号传输 和放大都会产生影响 ,需要采取抗干扰措 施来减小其影响。
案例三:工业自动化传感器电 路抗干扰性能评估
PART SEVEN
新材料在传感器电路中的应用 新工艺在传感器电路中的研究 新材料与新工艺对传感器电路性能的影响 新材料与新工艺在抗干扰技术中的应用前景
影响模拟量传感器的外界干扰因素和抗干扰措施

影响模拟量传感器的外界干扰因素和抗干扰措施模拟量传感器信号传输过程中干扰的形成必需具备三项因素,即干扰源、干扰途径以及对噪声敏感性较高的接收电路。
影响模拟量传感器的外界干扰主要有以下几种:1、静电感应干扰静电感应是由于两条支电路或元件之间存在着寄生电容,使一条支路上的电荷通过寄生电容传送到另一条支路上去,有时候也被称为电容性耦合。
2、电磁感应干扰当两个电路之间有互感存在时,一个电路中电流的变化就会通过磁场耦合到另一个电路,这一现象称为电磁感应。
这种状况在传感器使用的时候常常遇到,尤为留意。
3、漏电流感应干扰由于电子线路内部的元件支架、接线柱、印刷电路板、电容内部介质或外壳等绝缘不良,特殊是传感器的应用环境湿度增大,导致绝缘体的绝缘电阻下降,这时漏电电流会增加,由此引发干扰。
尤其当漏电流流入到测量电路的输入级时,其影响就特殊严峻。
4、射频干扰干扰主要是大型动力设备的启动、操作停止时产生的干扰以及高次谐波干扰。
5、其他干扰主要指的是系统工作环境差,还简单受到机械干扰、热干扰和化学干扰等等。
通过以上概述,我们了解传感器的干扰来源主要有两种途径:一是由电路感应产生干扰;二是由外围设备以及通信线路的感应引入干扰。
我们得认真分析外界干扰的来源,信号传输线路以及敏感程度,做好接地处理和传感器信号线屏蔽措施,有可能的话远离干扰源。
模拟量传感器抗干扰技术1、屏蔽技术利用金属材料制成容器。
将需要爱护的电路包在其中,可以有效防止电场或磁场的干扰,此种方法称为屏蔽。
屏蔽又可分为静电屏蔽、电磁屏蔽和低频磁屏蔽等。
2、静电屏蔽依据电磁学原理,置于静电场中的密闭空心导体内部无电场线,其内部各点等电位。
用这个原理,以铜或铝等导电性良好的金属为材料,制作密闭的金属容器,并与地线连接,把需要爱护的电路值r其中,使外部干扰电场不影响其内部电路,反过来,内部电路产生的电场也不会影响外电路。
这种方法就称为静电屏蔽。
3、电磁屏蔽对于高频干扰磁场,利用电涡流原理,使高频干扰电磁场在屏蔽金属内产生电涡流,消耗干扰磁场的能量,涡流磁场抵消高频干扰磁场,从而使被爱护电路免受高频电磁场的影响。
传感器信号调理电路的噪声优化

传感器信号调理电路的噪声优化传感器信号调理电路是将传感器采集到的模拟信号进行处理、放大、过滤和线性化等,使其能够被输入到数字处理器或模拟显示器中进行显示和分析的电路。
在传感器信号处理中,噪声一直是影响信号质量的主要因素之一。
因此,对传感器信号调理电路的噪声优化显得尤为重要。
首先,在传感器信号调理电路中,噪声的来源主要有外部环境噪声、电源噪声、电路本身的热噪声和器件内部的统计噪声等。
为了减小外部环境噪声对信号的影响,需在电路设计中采用屏蔽和隔离的措施,如使用分布式电容和分离接地等。
在电源噪声方面,我们应该优先选择低噪声的电源,或者在电源电压后级添加低噪声的稳压器。
在电路本身的热噪声和器件内部的统计噪声方面,应该采用低噪声的放大器和电阻等器件作为信号传输路径上的关键元件。
其次,对于信号调理电路的放大器来说,还需要根据信号的大小和实际需求,选择适当的放大倍数。
如果选择过大的放大倍数,会使信号变形、失真,严重影响信号质量;如果放大倍数过小,则可能会影响传感器的精度和灵敏度。
在选择放大倍数的同时,也应考虑到信号的带宽和信噪比等因素,以达到最佳的信号传输效果。
此外,在传感器信号调理电路中,还需注意信号过滤的问题。
由于传感器信号常常包含着大量的噪声和杂波,因此需要对信号进行合适的滤波处理。
常用的滤波器有低通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器等。
不同类型的滤波器适用于不同的信号稳定性、频带范围和滤波效果要求。
在选择滤波器时,也需要注意折衷信号滤波的限制和衍生的矛盾,以达到最佳的信号质量。
总的来说,在传感器信号调理电路的噪声优化中,应注重器件和元器件的选择和匹配,为了降低各类噪声和干扰,最大限度地保证信号质量。
同时,在滤波、放大和采样等方面应根据实际应用需求,采取适当的技术手段,达到更好的信号处理效果。
无线传感器中的电磁干扰防护

无线传感器中的电磁干扰防护在当今科技飞速发展的时代,无线传感器已经广泛应用于各个领域,从工业自动化到智能家居,从环境监测到医疗保健,无处不在。
然而,伴随着其广泛应用,电磁干扰问题也日益凸显。
电磁干扰可能导致无线传感器的数据传输错误、性能下降,甚至完全失效,严重影响了系统的可靠性和稳定性。
因此,深入研究无线传感器中的电磁干扰防护至关重要。
首先,我们需要了解什么是电磁干扰。
电磁干扰是指任何能使电子设备或系统性能下降,或者对有生命或无生命物质产生不良影响的电磁现象。
在无线传感器的工作环境中,电磁干扰源众多。
例如,附近的通信基站、高压输电线、电机、微波炉等都可能产生较强的电磁辐射,对无线传感器造成干扰。
那么,电磁干扰是如何影响无线传感器的呢?从信号传输的角度来看,电磁干扰可能会在传感器的接收端引入噪声,使得接收到的有用信号被淹没,从而导致数据误码率增加。
此外,强烈的电磁干扰还可能导致传感器的电子元件工作异常,如放大器饱和、逻辑电路误动作等,进而影响传感器的测量精度和稳定性。
为了有效防护电磁干扰,我们可以从多个方面入手。
在硬件设计方面,合理的电路布局和布线是关键。
应尽量缩短信号传输线的长度,减少环路面积,以降低电磁感应的影响。
同时,为敏感元件添加屏蔽罩,能够有效地阻挡外部电磁场的侵入。
此外,选择具有良好电磁兼容性的电子元件也非常重要。
例如,选用低噪声放大器、高精度的 ADC 等,可以提高传感器自身的抗干扰能力。
在软件算法方面,采用适当的数字滤波技术能够去除接收到的信号中的噪声。
常见的滤波算法有均值滤波、中值滤波、卡尔曼滤波等。
这些算法可以根据实际情况进行选择和优化,以达到最佳的滤波效果。
另外,合理的天线设计也是提高无线传感器抗电磁干扰能力的重要手段。
天线的类型、增益、方向性等参数都会影响传感器对电磁干扰的敏感性。
例如,采用定向天线可以减少来自非期望方向的干扰信号。
在系统层面,采取适当的电磁兼容性测试和规范也是必不可少的。
传感器抗干扰技术

抑制电磁干扰的技术
屏蔽技术 用低电阻材料或高磁导率材料制成容器,将需要防护 的部分包起来。这种防静电或电磁感应所采取的措 施称为“屏蔽”。屏蔽的目的是隔断场的耦合,既抑 制各种场的干扰。屏蔽可分为静电屏蔽、电磁屏蔽 和磁屏蔽。 导电涂料 采用导电涂料作为塑料机箱或塑料部件的电磁屏蔽 涂层。这种导电涂料稀释后可喷涂、刷涂,屏蔽效率 高,耐性好、附着力强,在形状复杂的表面同样可以 获得优良的屏蔽涂层。
(4) 从干扰对电路作用的形式分类 ①差模干扰:这种干扰和有用信号叠加起来直 接作用于输入端,它直接影响到测量结果。 ②共模干扰:不直接对测量结果造成影响,但当 信号输入电路不对称时,它会转化为差模干扰, 对测量产生更为严重的影响。
抑制干扰的基本方法
①对于机械干扰,主要是采取减振措施来解决。 ②对于热干扰,通常采取的方法有热屏蔽、恒温措施、对称平 衡结构、温度补偿技术等。 ③对于光干扰,可以对半导体元器件用光屏蔽来抑制。 ④对于湿度干扰,可以采取防潮措施,如浸漆、环氧树脂或硅 橡胶封灌等。 ⑤对于尘埃干扰,可以采取将传感器密封起来,以及增加其它 的防尘措施。 ⑥对于化学干扰,一般采取的措施是密封和保持传感器的清洁。 ⑦对于射线辐射干扰,主要是对射线进行防护,国家有专门的 规范。 ⑧对于电和磁的干扰,针对不同的电磁干扰类型采取不同相应 措施。
(2) 从干扰的表现形式分类 ①规则干扰: 电源的波纹、放大器的自激振荡等形成有一定规律 的干扰。 ②不规则干扰: 有些元器件的额定值和特性随使用条件而变形成不 规则的干扰。 ③随机干扰: 接触不良、空间电磁耦合等引起随机的干扰。
(3) 从干扰出现的区域分类 ①内部干扰:电路的过度过程、寄生反馈等引 起的干扰属于内部干扰。 ②外部干扰:电网电压波动、电磁辐射等属于 外部干扰。
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传感器电路的噪声及其抗干扰技术研究作者:刘竹琴,白泽生延安大学物理与电子信息学院尽量消除或抑制电子电路的干扰是电路设计和应用始终需要解决的问题。
传感器电路通常用来测量微弱的信号,具有很高的灵敏度,如果不能解决好各类干扰的影响,将给电路及其测量带来较大误差,甚至会因干扰信号淹没正常测量信号而使电路不能正常工作。
在此,研究了传感器电路设计时的内部噪声和外部干扰,并得出采取合理有效的抗干扰措施,能确保电路正常工作,提高电路的可靠性、稳定性和准确性。
传感器电路通常用来测量微弱的信号,具有很高的灵敏度,但也很容易接收到外界或内部一些无规则的噪声或干扰信号,如果这些噪声和干扰的大小可以与有用信号相比较,那么在传感器电路的输出端有用信号将有可能被淹没,或由于有用信号分量和噪声干扰分量难以分辨,则必将妨碍对有用信号的测量。
所以在传感器电路的设计中,往往抗干扰设计是传感器电路设计是否成功的关键。
1 传感器电路的内部噪声1.1 高频热噪声高频热噪声是由于导电体内部电子的无规则运动产生的。
温度越高,电子运动就越激烈。
导体内部电子的无规则运动会在其内部形成很多微小的电流波动,因其是无序运动,故它的平均总电流为零,但当它作为一个元件(或作为电路的一部分)被接入放大电路后,其内部的电流就会被放大成为噪声源,特别是对工作在高频频段内的电路高频热噪声影响尤甚。
通常在工频内,电路的热噪声与通频带成正比,通频带越宽,电路热噪声的影响就越大。
在通频带△f内,电路热噪声电压的有效值:。
以一个1 kΩ的电阻为例,如果电路的通频带为1 MHz,则呈现在电阻两端的开路电压噪声有效值为4μV(设温度为室温T=290 K)。
看起来噪声的电动势并不大,但假设将其接入一个增益为106倍的放大电路时,其输出噪声可达4 V,这时对电路的干扰就很大了。
1.2 低频噪声低频噪声主要是由于内部的导电微粒不连续造成的。
特别是碳膜电阻,其碳质材料内部存在许多微小颗粒,颗粒之间是不连续的,在电流流过时,会使电阻的导电率发生变化引起电流的变化,产生类似接触不良的闪爆电弧。
另外,晶体管也可能产生相似的爆裂噪声和闪烁噪声,其产生机理与电阻中微粒的不连续性相近,也与晶体管的掺杂程度有关。
1.3 半导体器件产生的散粒噪声由于半导体PN结两端势垒区电压的变化引起累积在此区域的电荷数量改变,从而显现出电容效应。
当外加正向电压升高时,N区的电子和P区的空穴向耗尽区运动,相当于对电容充电。
当正向电压减小时,它又使电子和空穴远离耗尽区,相当于电容放电。
当外加反向电压时,耗尽区的变化相反。
当电流流经势垒区时,这种变化会引起流过势垒区的电流产生微小波动,从而产生电流噪声。
其产生噪声的大小与温度、频带宽度△f成正比。
1.4 电路板上的电磁元件的干扰许多电路板上都有继电器、线圈等电磁元件,在电流通过时其线圈的电感和外壳的分布电容向周围辐射能量,其能量会对周围的电路产生干扰。
像继电器等元件其反复工作,通断电时会产生瞬间的反向高压,形成瞬时浪涌电流,这种瞬间的高压对电路将产生极大的冲击,从而严重干扰电路的正常工作。
1.5 电阻器的噪声电阻的干扰来自于电阻中的电感、电容效应和电阻本身的热噪声。
例如一个阻值为R的实芯电阻,可等效为电阻R、寄生电容C、寄生电感L的串并联。
一般来说,寄生电容为0.1~0.5 pF,寄生电感为5~8 nH。
在频率高于1 MHz时,这些寄生电感电容就不可忽视了。
各类电阻都会产生热噪声,一个阻值为R的电阻(或BJT的体电阻、FET的沟道电阻)未接入电路时,在频带宽度B内所产生的热噪声电压为:式中:k为玻尔兹曼常数;T是绝对温度(单位:K)。
热噪声电压本身是一个非周期变化的时间函数,因此,它的频率范围是很宽广的。
所以宽频带放大电路受噪声的影响比窄频带大。
另外,电阻还会产生接触噪声,其接触噪声电压为:式中:I为流过电阻的电流均方值;f为中心频率;k是与材料的几何形状有关的常数。
由于Vc在低频段起重要的作用,所以它是低频传感器电路的主要噪声源。
1.6 晶体管的噪声晶体管的噪声主要有热噪声、散粒噪声、闪烁噪声。
热噪声是由于载流子不规则的热运动通过BJT内3个区的体电阻及相应的引线电阻时而产生。
其中rbb'所产生的噪声是主要的。
通常所说的BJT中的电流,只是一个平均值。
实际上通过发射结注入到基区的载流子数目,在各个瞬时都不相同,因而发射极电流或集电极电流都有无规则的波动,会产生散粒噪声。
由于半导体材料及制造工艺水平使得晶体管表面清洁处理不好而引起的噪声称为闪烁噪声。
它与半导体表面少数载流子的复合有关,表现为发射极电流的起伏,其电流噪声谱密度与频率近似成反比,又称1/f噪声。
它主要在低频(kHz以下)范围起主要作用。
1.7 集成电路的噪声集成电路的噪声干扰一般有两种:一种是辐射式,一种是传导式。
这些噪声尖刺对于接在同一交流电网上的其他电子设备会产生较大影响。
噪声频谱扩展至100 MHz以上。
在实验室中,可以用高频示波器(100 MHz以上)观察一般单片机系统板上某个集成电路电源与地引脚之间的波形,会看到噪声尖刺峰-峰值可达数百毫伏甚至伏级。
2 传感器电路的外部干扰2.1 电源的干扰大多数电子电路的直流电源是由电网交流电源经滤波、稳压后提供的。
如果电源系统没有经过净化,会对测试系统产生干扰。
同时,在传感器测试系统附近的大型交流电力设备的启停将产生频率很高的浪涌电压叠加在电网电压上。
此外,雷电感应也会在电网上产生幅值很高的高频浪涌电压。
如果这些干扰信号沿着交流电源线进入传感器接口电路内部,将会干扰其正常工作,影响系统的测试精度。
2. 2 地线的干扰传感器接口各电路往往共用一个直流电源,或者虽然不共用一个电源,但不同电源之间往往共一个地,因此,当各部分电路的电流均流过公共地电阻(地线导体阻)时便会产生电压降,该电压降便成为各部分之间相互影响的噪声干扰信号。
同时,在远距离测量中,传感器和检测仪表在两处分别接地,于是在两“地”之间就存在较大的接地电位差,在仪表的输入端易形成共模干扰电压。
共模干扰的来源一般是设备对地漏电、地电位差、线路本身具有对地干扰等。
由于线路的不平衡状态,共模干扰会转换成常模干扰,较难除掉。
2.3 信号通道的干扰通常传感器设在生产现场,而显示、记录等测量装置安装在离现场有一定距离的控制室内,这样需要很长的信号传输线,信号在传输的过程中很容易受到干扰,导致所传输的信号发生畸变或失真。
长线信号传输所遇到的干扰有:(1)周围空间电磁场对长线的电磁感应干扰。
(2)信号线间的串扰。
当强信号线(或信号变化速度很快的线)与弱信号线靠得很近时,通过线间分布电容和互感产生线间干扰。
(3)长线信号的地线干扰。
信号线越长,则信号地线也越长,即地线电阻较大,形成较大的电位差。
2.4 空间电磁波的干扰空间电磁波干扰主要有:(1)雷电、大气层的电场变化、电离层变化及太阳黑子的电磁辐射等;(2)区域空间中通信设备、电视、雷达等通过天线发射强烈的电磁波;(3)局部空间电磁波对电路、设备产生的干扰,如氖灯、荧光灯等气体放电设施产生的辉光放电干扰,弧光放电产生的电波形成的干扰。
3 抑制传感器电路噪声的措施3.1 根据不同工作频率合理选择噪声低的半导体元器件在低频段,晶体管由于存在势垒电容和扩散电容等问题,噪声较大。
而结型场效应管因为是多数载流子导电,不存在势垒区的电流不均匀问题。
而且栅极与导电沟间的反向电流很小,产生的散粒噪声很小。
故在中、低频的前级电路中应采用场效应管,不但可以降低噪声还可以有较高的输入阻抗。
另外如果需要更换晶体管等半导体元件,一定要经过对比选择,即使型号相同的半导体器件参数也是有差别的。
同样,电路中的碳膜电阻与金属膜电阻的噪声系数也是不一样的,金属膜电阻的噪声比碳膜的要小,特别是在前级小信号输入时,可以考虑用噪声小的金属膜电阻。
3.2 根据不同的工作频段、参数选择适当的放大电路选择适当的放大电路不仅对本级电路有直接影响,对整个电路的工作参数、工作状态都会产生重要影响。
如共射组态连接时,电路有较高的放大增益,同时它的噪声对后级的影响较小。
而共集组态时有较高的输入阻抗同时也有较好的频响。
因此根据不同的电路对参数应有不同要求,选择好的电路,不仅可以简化线路结构,同时也可以减少噪声对整个电路的干扰。
在电路性能参数允许的条件下,尽可能采用抗干扰能力较好的数字电路。
3.3 传感器电路中加入滤波环节在放大电路中,频带越宽,噪声也越大,而有用信号的频率往往在一定范围内,故可在电路中加入滤波环节,滤除或尽可能衰减干扰信号,以达到提高信噪比抑制干扰的目的。
滤波技术对抑制经导线耦合到电路的干扰特别有效,将相应频带的滤波器接入信号传输通道中,各种滤波器是抑制差模干扰的有效措施之一。
在自动检测系统中常用的滤波器有:(1)RC滤波器。
当信号源为热电偶、应变片等信号变化缓慢的传感器时,利用小体积、低成本的无源RC滤波器将会对串模干扰有较好的抑制效果。
(2)交流电源滤波器。
电源网络吸收了各种高、低频噪声,对此常用LC滤波器来抑制混入电源的噪声,例如100μH的电感、0.1 μF的电容组成的高频滤波器能吸收中短波段的高频噪声干扰。
(3)直流电源滤波器。
直流电源往往为几个电路所共用,为了避免通过电源内阻造成几个电路间相互干扰,应该在每个电路的直流电源上加上RC或LC退耦滤波器,用来滤除低频噪声。
3.4 通过负反馈电路来抑制噪声负反馈电路可以通过反馈信号的取样、控制来稳定电路,提高放大器的信噪比,使放大电路的动态性能获得多方面的改善。
负反馈信号可以稳定电路的静态工作点,从而稳定电路的温度、电流、电压等多项参数。
在多级电路中,第一级电路因为是原始小信号,因此经常采用的是有较大增益的共射电路组态。
除非是特殊需要,共射组态电路往往是不加负反馈的。
所以第一级电路产生的噪声只能通过后级的负反馈电路来抑制。
对于多级电路而言,通过负反馈信号稳定本级的静态工作点,可以抑制本级电路噪声的产生和传播。
因此在多级电路中,负反馈电路是抑制噪声的一个重要手段。
3.5 抑制和减少输入端偏置电路的噪声输入端偏置电路噪声一般是由输入端偏置分流电阻产生的。
当流过偏置电阻的直流电流过大时就会使能量过剩从而产生电流噪声。
如果选择合适的偏置电路,噪声就可以通过旁路电容短接入地,可以抑制噪声输出,减小对下一级电路的影响。
另外优质的信号源也是电路抗干扰的重要保证。
4 减少传感器电路干扰的措施4.1 合理布局合理的电路布局可以减少不同工作频段电路之间的相互干扰,同时也使对干扰信号的滤除变得相对简单。
4.1.1 地线布置的抗干扰措施为克服这种由于地线布设不合理而造成的干扰,在设计印制电路时,应当尽量避免不同回路的电路同时流经某一段共用地线。