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噪音传感器 传感器的噪声,你听到过吗?|微课堂

发布时间:2024-10-06 06:10:07

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。

噪声传感器的原理与应用,打造宁静生活环境的关键

  噪声传感器,这一看似不起眼的科技产品,实则在我们生活的各个方面都发挥着不可或缺的作用。在现代城市生活中,噪声污染已成为一个日益严重的问题,而噪声传感器正是应对这一问题的得力助手。

噪声传感器的原理与应用,打造宁静生活环境的关键

  在城市环境监测系统中,噪声传感器扮演着至关重要的角色。它们被广泛应用于监测交通、工业生产、建筑施工等噪声污染源。每当有车辆疾驰而过、工厂机器轰鸣或者建筑工地施工噪音响起时,这些传感器都能迅速捕捉到声音的变化,将数据传输给相关部门。这样,相关部门就能及时了解到噪声污染的情况,进而采取相应的控制措施,保障市民的生活质量。

  在智能家居系统中,噪声传感器同样发挥着重要作用。它们可以与家庭娱乐设备、空调等设备联动,根据室内噪音水平自动调节设备的音量。当室内噪音过大时,它们会自动降低设备的音量,甚至关闭一些不必要的设备,为居住者创造一个宁静舒适的生活环境。这样的智能化控制不仅提升了居住的舒适度,也让我们的生活变得更加便捷。

产品参数

  在医疗设备中,噪声传感器也发挥着关键作用。例如,听力辅助设备利用噪声传感器来检测环境中的噪声水平,并根据个体的听力需求进行实时调节,以提供更好的听觉体验。此外,噪声传感器还可以用于睡眠监测,帮助医疗专业人员评估睡眠环境的噪声水平,分析其对睡眠质量的影响。

  噪声传感器配合监测系统可以更加多功能化,不仅可以监测声音,还可以监测振动等多种噪声类型。同时,这些系统也越来越可视化,通过图表、地图等方式直观地展示噪声污染情况,方便管理人员了解噪声污染的分布和趋势。

工作环境

  噪声传感器还可以与声音识别技术结合,用于安防系统。它们可以实时监测环境中的异常声音,如入侵者的脚步声、破碎声等,并触发报警系统,从而提高安全性。

  随着技术的不断进步,噪声传感器的应用场景还将继续扩展。它们将在更多领域发挥重要作用,帮助我们更好地控制和管理噪声,创造一个更加宁静、舒适的生活环境。

  噪声传感器在工厂生产线上也有着广泛的应用。工厂内部往往充斥着各种机器设备的噪音,长时间在这样的环境中工作会对员工的身心健康造成严重影响。而噪声传感器可以实时监测生产线上的噪音水平,一旦发现噪音超标,就会及时提醒管理人员采取措施进行改善。这样不仅可以保护员工的听力健康,还能提高工作效率,降低工伤事故的发生率。

应用场景

工业级别噪声传感器,出厂严格标定,数据精确,支出RS485和模拟量输出有着,电容式麦克风、测量精度高、拾音频率宽(20HZ~12.5KHZ)、拾音距离远、安装方便的特点。可连接聚英物联网主机实现气体数据检测,数据远程报警和数据记录分析,满足日常测量需求,广泛应用于家庭、办公、车间、汽车测量、工业测量等各种领域。

  噪声传感器已经成为我们生活中不可或缺的一部分。它们不仅帮助我们监测和控制噪声污染,还提升了我们的生活质量。在未来,随着科技的不断发展,噪声传感器将会在更多领域发挥更大的作用,为我们的生活带来更多的便利和舒适。噪声传感器的原理与应用,打造宁静生活环境的关键-聚英电子官网

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