传感器应用中噪声的产生及其抑制方法（精）

传感器应用中噪声的产生及其抑制方法

王岗岭，樊建文

（平顶山工业职业技术学院，河南 平顶山 467001）

摘 要：在智能化控制系统中，传感器是用来感知、测定各种变化量的重要器件，在其使用中的噪声直接影响着智能化控制的效果。本文针对传感器在应用中噪声的产生、表现形式、耦合方式进行了较详细的论述。对传感器回路的噪声抑制应考虑到：除去回路系统内有噪声源；回路设计时应采用平衡方式；电路布置时不要形成环路；避免随意接地；线路布线应采用绞合线；恰当地使用屏蔽线，对高频噪声宜采用薄金属屏蔽层的屏蔽线，在低频噪声时或磁场干扰较强的情况下，宜采用较厚金属屏蔽层的屏蔽线；应用时还应充分考虑传感器的特性，尤其是阻抗，信号电平等因素。

关键词：传感器；噪声；抑制方法

中图分类号：TP212.9 文献标识码：B

The Origination and Elimination of Noise in the Application of Sensor

Wang Gang-ling Fan Jian-wen

（Pingdingshan Industrial College of Technology, Pingdingshan, Henan, 467001）

Abstract: in the control system, the sensor plays the crucial role in sensing and measuring the varied data, but the noise originated in use directly affects the control system. The article thoroughly expounds the origination, showing and coordination mode of noise in use. As far as the elimination of the noise is concerned, the source of noise should be prohibited: the balance mode adapted in circuit design, the circle line avoided in devising the electric circuit, free touching the land, too. The electric line should be covered with plastics, protection line used, thin metal layer preferable as to high frequency noise, While thick metal layer to low frequency or strong magnetic field. Moreover, the feature of sensor, especially the signal level, should be equally considered.

Key words: sensor; noise; the method of elimination

传感器技术作为信息技术的三大组成部分之一已得到极其广泛的应用。传感器相当于人的感官器官，用来感知、测定各种物理量、化学量并将其转变成电信号形式，送入计算机或电子线路进行处理，达到监测或控制的目的。由于传感器技术的快速发展，传感器的品种齐全，精度有很大提高，传感器的使用爱好者也迅速增多。下面就传感器应用中噪声的产生及其抑制方法作以介绍。 1. 传感器噪声的来源和表现形式

传感器噪声的主要来源是来自系统内外的干扰。在传感器回路中，噪声的强弱与信号和噪声的叠加方式有关。其叠加方式有平衡和非平衡两种。在平衡方式中，噪声源Vn在传感器的A与B回路中同相叠加，此为共态噪声。这种噪声电流相互抵消，使负载RL上的电压不变，噪声信号在负载上不能显现出来，因此，自身不会产生噪声干扰，如图1所示。对于非平衡方式，噪声源Vn和信号源VS串联相加，此为正态噪声。信号电流iS和噪声电流in的流动方向相同，负载RL上信号电流和噪声电流同时显现出来，使负载RL上的电压增大，此时噪声和信号混合在同一频带内，就无法同信号分离出来，就会产生噪声干扰，如图2所示。

图1 噪声源的平衡叠加 图2 噪声源的不平衡叠加

在实际上，通常外界噪声的叠加方式主要是平衡方式，如果传感器回路的不平衡，共态噪声极容易变为正态噪声。其变换情况如图3所示。若传感器回路A、B中存在外界感应噪声Vn。A、B回路对地间的阻抗分别为ZA、Z`A和ZB、Z`B，且有噪声电流inA、inB流通。而ZA≠ZB，Z`A≠Z`B，回路A、B对地为不平衡，负载RL两端的噪声电压VnL＝VnA－VnB，由于回路不平衡，则VnA≠VnB，所以，VnL≠0，即负载RL两端将显现出噪声电压VnL。由此可见，噪声产生的关键是回路是否平衡。因此，在应用中要极力防止回路由平衡方式转变为非平衡方式[1]。

图3 共态噪声与正态噪声的转换

从频率范围看，噪声有带内噪声和带外噪声。带内噪声是混在信号频带内的噪声，带外噪声是信号频带以外的噪声。应注意的是，无论什么样的噪声，一旦混入线路的信号频带内，就分不清哪是噪声，哪是信号了。因此，最重要的是不要让噪声混人信号频带内，噪声一旦混入信号频带内就不易滤除。带外噪声在理论上可用带通滤波器滤除。

2. 传感器噪声的耦合方式和抑制措施

传感器噪声耦合方式有辐射耦合、直接耦合、电容耦合与电磁耦合等四种。

噪声的辐射耦合，常见到发射的电磁波混在线路或回路中，这就是线路或回路起到天线作用的结果。 抑制措施：平衡回路、不要构成环路、施加电磁屏蔽等。

噪声的直接耦合，传感器与其他电路具有共同阻抗时，传感器电路受到其他电路的影响，如图4所示，传感器电路和继电器电路共用地线。当开关S闭合时，就有电流i流通，由于地线有电阻R存在，因此，AB间产生电压降。此压降作为不平衡方式加到传感器电路上，并在负载RL两端显现出来。

抑制措施：减少传感器电路与其他电路的公共部分，避开采用公共电源，特别要注意地线等，从而减少

传感器电路与其他电路之间的直接耦合。

图4 噪声的直接耦合

噪声的电容耦合就是静电感应的作用。图6中1、2代表两根导线，Cl和C2分别是两根导线与地之间的等效电容，C12是两根导线之间的等效电容。当导线1的电压为V1时，导线2上就产生电压V2，（V2＝[C12／(C12+C2)]V1）。若导线l和2采用传输相同信号的线对，就没有什么问题，但若是其他信号电路的一部分，就会有噪声耦合的问题。

抑制措施：防止这种耦合的产生应采用静电屏蔽的方法，将其中一导线采用屏蔽线，并将屏蔽层接地。由于屏蔽线外层接地，导线l和2之间就不会出现静电耦合。

图5 噪声的电容耦合

噪声的电磁感应耦合是电场与回路交链而产生的。若两个不同功能的回路靠近时，当一个回路有噪声电流流通时，就会形成噪声磁通，噪声磁通与另一个回路交链，这样就会在回路中感应噪声电压Vn (Vn＝－dΦn／dt)。一旦形成环路就容易产生这种噪声耦合。

图6 采用屏蔽线传输的传感器电路

图6是采用屏蔽线传输的传感器电路，若电路中屏蔽线的C、D两点均接地，就会形成ABCD环路，磁通Φn与这环路交链，在这环路中就产生Vn噪声，由此形成的i n噪声电流就沿着屏蔽线的外屏蔽层流通。应注意的是，屏蔽线的屏蔽层与内导体间有互感M，它等于屏蔽线的自感LS，即M＝LS。为此i n流经屏蔽层，

在内导体产生V`n的噪声电压（V`n＝jωMin）。

抑制措施：若在图6中，取其中D或C一点接地，就不能形成环路，噪声电流in为0，则噪声电压V`n

也就为0。

正确使用屏蔽和正确地选择接地方法对抑制噪声是非常重要的。 3. 抑制传感器噪声最常用的方法 3.1 系统内和系统间的噪声抑制

所谓系统内噪声就是自系统回路内的噪声，系统间的噪声就是与其他系统干扰和交链产生的，例如，其他回路、广播电台、计算机等相互间的噪声等。来自电源线的噪声就属于系统间噪声，传感器回路中微处理器的时钟脉冲噪声就属于 …… 此处隐藏：3476字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……