传感器电路的噪声及干扰来源主要有以下几个原理
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。
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
压电传感器噪音如何处理

压电传感器噪音如何处理压电传感器在工业、医疗、军事等领域有着广泛的应用。
但由于其本质上是一种电传感器,其输出信号会受到噪音的影响。
特别是在一些精密测量和控制系统中,噪音会给系统带来很大的干扰,进而影响到系统的精度和稳定性。
因此,压电传感器噪音如何处理是一个需要关注的问题。
本文将从以下几个方面介绍压电传感器噪音处理的方法。
噪声来源噪声是在压电传感器输出信号中存在的一种干扰。
其来源主要有以下几个方面:1.电源干扰。
由于压电传感器是一种电传感器,其输出信号会受到电源噪声的影响。
这种干扰通常来自线路的切换、电器设备的开关等。
2.环境噪声。
来自周围环境的振动、声音等干扰信号。
3.传感器自身噪声。
由于传感器本身材质存在非均匀性、温度变化等原因,也会产生一定的自身噪声。
噪声处理方法针对上述噪声来源,可以采取以下几种噪声处理方法:1.滤波处理。
滤波处理是一种最为常见的噪声去除方式。
它的基本原理是通过滤波电路将噪声频率范围内的信号滤除,而保留其他信号。
常用的滤波方式有低通滤波、带通滤波等。
需要根据具体应用的要求,选择不同类型的滤波器。
2.外界干扰隔离。
在相应的测量环境中,隔离外界噪声对测量的影响。
可以通过选择静音环境、隔音装置等方式减小环境噪声对传感器信号的干扰。
3.使用均衡技术。
均衡技术指的是在信号处理前通过补偿技术来消除传感器本身存在的噪声。
这种技术适用于需要抑制信号噪声的应用场合。
4.系统优化。
通过系统优化,包括对传感器信号处理方案的技术改进、电缆等线路的优化、传感器自身机械结构的优化,都可以减小传感器噪声。
结论压电传感器噪音处理是很重要的一项任务。
针对不同的噪声来源,可以采取不同的噪声处理方法。
需要根据具体的应用场合选用最合适的噪声处理方案,以保证传感器信号的精度和可靠性,从而更好的服务于工业、医疗、军事等领域。
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。
模拟传感器的主要干扰源及抗干扰措施
模拟传感器的主要干扰源及抗干扰措施本文由提供主要干扰源:1)静电感应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,因此又称电容性耦合。
(2)电磁感应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。
例如变压器及线圈的漏磁、通电平行导线等。
(3)漏电流感应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,特别是传感器的应用环境湿度较大,绝缘体的绝缘电阻下降,导致漏电电流增加就会引起干扰。
尤其当漏电流流入测量电路的输入级时,其影响就特别严重。
(4)射频干扰主要是大型动力设备的启动、操作停止的干扰和高次谐波干扰。
如可控硅整流系统的干扰等。
(5)其他干扰现场安全生产监控系统除了易受以上干扰外,由于系统工作环境较差,还容易受到机械干扰、热干扰及化学干扰等。
模拟传感器抗干扰的措施:1、供电系统的抗干扰设计对传感器、仪器仪表正常工作危害最严重的是电网尖峰脉冲干扰,产生尖峰干扰的用电设备有:电焊机、大电机、可控机、继电接触器、带镇流器的充气照明灯,甚至电烙铁等。
尖峰干扰可用硬件、软件结合的办法来抑制。
(1)用硬件线路抑制尖峰干扰的影响常用办法主要有三种:①在仪器交流电源输入端串入按频谱均衡的原理设计的干扰控制器,将尖峰电压集中的能量分配到不同的频段上,从而减弱其破坏性;②在仪器交流电源输入端加超级隔离变压器,利用铁磁共振原理抑制尖峰脉冲;③在仪器交流电源的输入端并联压敏电阻,利用尖峰脉冲到来时电阻值减小以降低仪器从电源分得的电压,从而削弱干扰的影响。
(2)利用软件方法抑制尖峰干扰对于周期性干扰,可以采用编程进行时间滤波,也就是用程序控制可控硅导通瞬间不采样,从而有效地消除干扰。
(3)采用硬、软件结合的看门狗(watchdog)技术抑制尖峰脉冲的影响软件:在定时器定时到之前,CPU访问一次定时器,让定时器重新开始计时,正常程序运行,该定时器不会产生溢出脉冲,watchdog也就不会起作用。
传感器在测量中产生干扰的原因及处理方法
1、机械干扰这类干扰包括振动和冲击,它们对于具有相对运动元件的传感器有很大影响。
防范措施是设法阻止来自振动源的能量的传递。
采用重量大的工作台是吸收振动的有效方法。
也可为传感器配用质量大的基座,以造成阻抗失配,进而防止振动,但应注意增加传感器重量对被测对象带来的附加影响。
2、音响干扰音响干扰一般功率不大,尤其是在医院和生物医学实验室环境下下,故这类干扰较易抑制,必要时可用隔音材料作传感器的壳体,或将其放在真空容器中使用。
3、热干扰由热辐射造成的热膨胀,会使传感器内部元件间发生相对位移,或使得元件性能发生变化。
易受此类干扰影响的传感器有电容式传感器、电感式传感器等。
另外,两种不同种类金属的接触处的温差也会产生寄生热电势,受此类干扰影响较大的传感器有金属热电阻式传感器、热电偶式传感器等。
为传感器加上温度补偿电路、保持测量童电路为恒定温度场等方法是常用的减小温度影响的有效方法。
4、电磁干扰(1)静电干扰电子设备大多把整机装入金属壳,该壳接地便对外部干扰起屏蔽作用。
静电感应一般在高频时造成危害,因此静电屏蔽大多用来抑制高频干扰。
(2)电磁干扰由于我们所处社会的电器化程度越来越高,各种各样的电子仪器在空中造成的电磁波污染也大量增加。
如果不加小心,这些电磁波会由于电磁感应而对传感器输出信号产生严重干扰。
对于此类干扰,除可用电磁屏蔽外,还可用滤波的方法来消除,后者对于已知干扰信号频率时尤为有效。
另外,尽量缩短导线长度(它们的作用就像天线一样)、减小引线面积、将导线拧合在一起布线等措施也是推荐使用的。
在使用传感器的电子仪器中,电源的交流声是一种影响很大的电磁干扰,多用滤波器来消除。
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无线传感器中的电磁干扰源分析
无线传感器中的电磁干扰源分析在当今科技飞速发展的时代,无线传感器在各个领域的应用越来越广泛,从环境监测到工业控制,从智能家居到医疗保健,它们无处不在。
然而,在这些应用中,无线传感器常常面临着电磁干扰的问题,这可能会导致数据传输错误、系统性能下降甚至整个系统的瘫痪。
因此,深入分析无线传感器中的电磁干扰源,对于提高系统的可靠性和稳定性具有重要意义。
一、电磁干扰的基本概念电磁干扰(Electromagnetic Interference,简称 EMI)是指任何可能引起设备、传输通道或系统性能降低的电磁现象。
电磁干扰可以通过辐射或传导的方式传播,影响到周围的电子设备。
对于无线传感器来说,电磁干扰可能来自内部也可能来自外部,可能是连续的也可能是间歇的。
二、无线传感器中的电磁干扰源分类1、自然干扰源自然干扰源主要包括雷电、静电放电、太阳黑子活动等。
雷电是一种强大的自然电磁干扰源,其产生的瞬间电流和电压可以在周围空间产生强烈的电磁场,对无线传感器造成严重的干扰。
静电放电在干燥的环境中很常见,当人体或物体带有静电并与其他物体接触时,会产生瞬间的高电压放电,从而形成电磁干扰。
太阳黑子活动会引起地球磁场的变化,可能对无线传感器的工作产生一定的影响。
2、人为干扰源(1)电力设备电力系统中的各种设备,如变压器、电动机、发电机等,在工作时会产生电磁场。
特别是在开关操作、短路故障等情况下,会产生瞬间的高电压和大电流,从而产生强烈的电磁干扰。
(2)通信设备无线通信设备,如手机、基站、无线网络等,工作在不同的频段,其发射的电磁波可能会对无线传感器的工作频段造成干扰。
此外,通信设备的功率放大器、滤波器等部件的非线性特性也可能产生谐波干扰。
(3)工业设备工业生产中的各种设备,如电焊机、高频加热设备、数控机床等,在工作时会产生强烈的电磁辐射。
这些设备的工作频率和功率往往较高,对附近的无线传感器可能造成严重的干扰。
(4)电子设备家庭和办公场所中的各种电子设备,如电脑、电视、微波炉等,也会产生一定程度的电磁干扰。
传感网的噪声与干扰抑制策略
传感网的噪声与干扰抑制策略传感网是一种由大量分散的传感器节点组成的网络,用于收集、处理和传输环境中的各种信息。
然而,由于传感器节点的密集分布和环境的复杂性,传感网往往容易受到各种噪声和干扰的影响。
本文将探讨传感网中的噪声与干扰抑制策略。
首先,传感网中的噪声来源主要包括传感器本身的噪声、信号传输过程中的噪声以及环境中的干扰。
传感器本身的噪声是由于传感器内部电子元件的不完美性引起的,例如热噪声、量化噪声等。
信号传输过程中的噪声主要包括信号传输线路的噪声、信号采样和转换过程中的噪声等。
而环境中的干扰主要包括电磁干扰、温度变化、光照变化等。
为了抑制传感网中的噪声与干扰,可以采取一系列策略。
首先,可以通过传感器的设计和制造来减小传感器本身的噪声。
例如,在传感器的电路设计中采用低噪声放大器、降低传感器工作温度等方法,可以有效地减小传感器本身的噪声。
其次,可以采用信号处理算法来抑制传感器信号传输过程中的噪声。
例如,可以采用滤波算法对传感器采集到的信号进行滤波处理,去除掉高频噪声和干扰。
此外,还可以采用信号增强算法来提高传感器信号的信噪比,从而减小噪声的影响。
另外,为了抑制传感网中的环境干扰,可以采取一些物理和软件上的措施。
在物理上,可以采用屏蔽和隔离的方法来减小传感器节点受到的电磁干扰。
例如,在传感器节点周围设置屏蔽罩、隔离墙等,可以有效地减小电磁干扰的影响。
在软件上,可以采用自适应算法来对抗环境干扰。
例如,可以根据环境干扰的特点,设计相应的自适应算法来抑制干扰信号。
此外,还可以采用多传感器数据融合的方法来提高传感器网络的抗干扰能力。
通过将多个传感器节点的数据进行融合处理,可以减小单个传感器节点受到的干扰,提高整个传感网的抗干扰能力。
综上所述,传感网的噪声与干扰抑制策略是一个复杂而重要的问题。
通过采用传感器设计优化、信号处理算法、物理和软件上的措施等多种策略,可以有效地抑制传感网中的噪声与干扰,提高传感网的性能和可靠性。
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传感器电路的噪声及干扰来源
传感器电路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。
1.2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。
1.3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。
以一个1kΩ的电阻为例,如果电路的通频带为1MHz,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=290K)。
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4V,这时对电路的干扰就很大了。
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。
1.6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0.1~0.5pF,寄生电感为5~8nH。
在频率高于1MHz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。
1.7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100MHz以上。
在实验室中,可以用高频示波器(100MHz
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。
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。
上海三广主要经营集成电路、偏冷们芯片、电流传感器、电压传感器、电流变送器、电压变送器、开关电源、进口、电流开关和电流感应开关h以及各种常用电子元件,下设一独资子公司,
三广景芮,主要从事工业设备的维修:线路板维修、变频器维修、PLC维修、电源维修已经医疗设备的维修DR维修、东芝CT维修和X光机维修。
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。