噪声传感器噪声传感器

发布时间：2024-11-25 14:11:04

噪声传感器

噪声传感器

ZWIN-YC06-N噪声传感器是智易时代研发的一款能对声音实现精密测量，复杂而精密的设备。本传感器为标准电压信号，内置一个对声音敏感的驻极体话筒，内部薄膜伴随着声波而振动，电容产生变化随之产生电压，使信号得到转换，便于与各类数据采集和测量控制系统组成精细的噪声测量系统。本仪器有耐用的结构，同时可置于户外，在正常操作情况下，可正常使用数年，是环境监测、噪声定量分析、声源定位、噪声治理及声学研究的理想选择。

噪声传感器由传声器、放大器、衰减器、计权网络、AD采集、变送输出、报警控制电路和电源等组成。符合规范《环境噪声自动监测系统技术要求(暂行)》GB/T20441.4测量传感器第四部分。

规格参数：

测量范围：30~130dB

精确度：(23±5℃)

频率范围：31.5Hz 到8kHz

时间响应：快速响应：T=200ms，时间响应模拟人耳的时间响应

输出方式：RS485

应用案例：

传感器的噪声，你听到过吗？｜微课堂

收音机这类音响设备在播放声音时，会伴随一些噪音，导致产生噪音的是设备内部的随机电子信号。之后人们逐步扩大噪声的概念，将目标信号以外的所有没有用的信号，即不期望在系统中存在的信号，随机电子信号和外部干扰信号，统称为噪声。

传感器中噪声的分类

我们通常讲的噪声指的是狭义噪声，即噪声源自于系统内部随机热运动产生的随机电子噪声，属于系统的本征噪声，又称随机噪声。而在研究中发现，在一些存在着交变信号的系统中，系统的参数会随着信号的周期性变化发生一定程度的改变，由此在交变信号频带周围产生的噪声，属于系统的非本征噪声，被称为边带噪声。随机噪声与边带噪声统称为系统的内部噪声。当一种源于系统外部，但作用于系统，并对系统中的信号或者对系统的参数产生显著影响的干扰，被称为环境噪声或者外部噪声，属于系统的非本征噪声。各种噪声的存在降低了被测信号的质量和可信度，因此通过抑制干扰、降低噪声等方式提高信号质量，是信号探测、处理与传输中的一项重要研究内容。

如何去除磁场传感器中的噪声

目前可以通过噪声检测鉴定信号，探测、处理及传输系统的性能，优化系统各环节的设计。具体通过分离各类噪声源，对系统内部不同元件、材料在不同条件下，进行噪声测试，分析噪声来源和权重，进而选择合适的材料、元件和设计方法，降低系统的总体噪声水平，提高系统性能。

•抑制非本征噪声

a.通过电磁屏蔽、数模地分离、地线隔离等方法降噪；b.通过差分和滤波技术，分别从时域和频域降噪。

•优化本征噪声

针对不同类型磁场传感器中各项噪声的起源，通过建模计算等方式分类，分别优化噪声，从材料和元器件层面优化总体噪声水平。图1 几种典型磁场传感器（来源：网络）

优化本征噪声提高磁场传感器精度的案例一、巨磁阻抗非晶磁场传感器

巨磁阻抗磁场传感器，通过磁芯材料阻抗对磁场信号的巨幅响应，将被测低频磁场信号转变为MHz频段载波信号频率附近的边带信号，之后经过信号调理电路的滤波、检波、整形、放大等环节，输出可以反映被测磁场幅值、相角等信息的电信号。科研人员通过建模对巨磁阻抗非晶线磁场传感器的输入端等价磁场噪声功率谱密度进行计算，分析传感器和调理电路中各项噪声的起源，推断出主要噪声源来自于调理电路。后续根据上述主要噪声源的研究结论，对调理电路的噪声进行针对性优化研究，在10Hz处检测到10pT/√Hz数量级的传感器本征噪声，噪声源被认定为来自于钴基非晶合金线中的热磁损耗噪声。

二、磁致伸缩非晶/压电单晶叠层式磁场传感器

磁致伸缩非晶/压电单晶磁场传感器是通过磁致伸缩效应将低频微弱磁场信号转变为非晶条带中的弹性形变，弹性形变通过机械耦合层的传导到压电材料上，进一步通过压电效应将形变转变为相应的电信号。科研人员将“波动-损耗”噪声理论应用于梅森型“磁-弹-电”等价电路模型，分析传感器中各种噪声源的权重，通过与检测到的噪声功率谱密度进行对比，确认磁致伸缩/压电磁场传感器中非晶合金软磁材料中的噪声权重可以忽略，传感器中的主要噪声源于压电材料。之后通过优化铌镁钛酸铅压电单晶的性能，将1Hz频率处的噪声功率谱密度降至1~10pT/√Hz。虽然对小于0.1Hz的准静态和10Hz频率附近的超额噪声还没有完整的解释，但传感器中的主要噪声已确认为源于压电单晶片。当待测磁场信号小于敏感元件自身的噪声水平时，磁场传感器中的敏感元件无法输出有效的信号响应。由此敏感元件的本征噪声决定了传感器对磁场变化量的分辨能力。非晶合金软磁材料在交变励磁场的作用下，各项磁性参数随交变外磁场发生变化，因此非晶合金材料的软磁性能决定了磁场传感器中的磁噪声、转换系数等物理量。通常情况下，磁性敏感元件中的转换系数和噪声性能曲线存在着倒易关系，转换系数增大时，本征噪声性能降低。与传感器本征噪声相关的大部分参数，可以在非晶软磁合金的制备过程或者后续退火过程中进行调整，优化传感器的总体噪声水平，提高传感器的灵敏度和分辨率。除此之外，对传感器中敏感元件后端的信号调理电路中的噪声进行分析与优化，使其低于磁性敏感元件的噪声水平，也一种提高传感器的精度的方法，但仍需半导体、微电子领域的深入研究。

引用论文：

[1] L. Ding, S. Saez, C. Dolabdjian, L. G. C. Melo, A. Yelon and D. Menard, "Equivalent Magnetic Noise Limit of Low-Cost GMI Magnetometer," in IEEE Sensors Journal, vol. 9 , p. 159, 2009. doi:10.1109/JSEN.2008.2011067.

[2] B. Dufay,S. Saez, C. P. Dolabdjian,A. Yelon and D. Menard, "Characterization of an Optimized Off-Diagonal GMI-Based Magnetometer,"in IEEE Sensors Journal,vol.13,p.379,2013.doi:10.1109/JSEN.2012.2216521.[3] X. Zhuang,C. Cordier, S. Saez,M. Lam Chok Sing, C. Dolabdjian, J. Gao, J. F. Li,and D. Viehland，"Theoretical analysis of the intrinsic magnetic noise spectral density of magnetostrictive-piezoelectric laminated composites"in Journal of Applied Physics,vol.109,p.124521,2011.doi:10.1063/1.3594714.[4] Yaojin Wang,Jiefang Li,D. Viehland,"Magnetoelectrics for magnetic sensor applications: status, challenges and perspectives" in Materials Today,vol.17,p.269, 2014. doi:org/10.1016/j.mattod.2014.05.004.语引导语引导语导语引导语引导语

以上内容由电磁辐射与探测技术院重点实验室庄鑫提供。

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