傳感器的信噪比,提高信噪比的方法
傳感器的信噪比,是表示傳感器檢測微弱信號能力的一種評價指標,指的是傳感器接收的被信號量與噪聲量的比值。它是傳感器的一個基本技術術語,無論在直流或交流信號的處理與識別中都適用。通常用信噪比(記為S/N或SNR)作為信號與噪聲強度的比率評價指價。
提高傳感器信噪比的方法有:
1、差動法
采用兩個工作原理和特性完全相同的傳感器差動組合,使其輸出為兩者之差,則可在輸出信號中基本消除混入於兩個傳感器中相位相同的噪聲,從而得到較高的輸出信噪聲比。
其主要缺點在於:但由於兩個特性相同的傳感器內部分別產生的噪聲,由於是統計獨立的,因此采用差動方法不能消除它們,輸出噪聲是兩個噪聲的均方根值。
2、相關法
利用信號處理技術中的互相關函數分析方法,計算信號發射端和接收端兩路信號之間的時間延遲。主要用於檢測傳感器的輸出信噪比較低,且信號與噪聲同樣微弱時,利用相關法將兩個特性完全相同的傳感器中的輸出信號與噪聲分離開來。
3、調制法
采用調制方法,如機械、光學和電學等調制方法,使傳感器的輸出調制信號,並用窄帶濾波使之低噪聲化,可有效地抑制1/f噪聲,這時傳感器后續電路可采用交流放大器,也就無直流放大器的漂移問題。
以上三種方法是針對傳感器而言所提出的三種提高信噪比的方法,那么,就整個系統而言,應從全局出發來考慮信號處理系統的信噪比提高問題,從整個信號檢測與識別系統全面考慮,綜合應用技術措施降低噪聲,提高信噪比。可以從如下幾個方面去考慮:
1)傳感器的選擇。從抗干擾和提高信噪比角度,要求選擇適於設計檢測系統的傳感器類型、響應頻帶及其他適宜參數的傳感器,以期消除或抑制輸入噪聲,並減少或消除自身產生的噪聲或失真。
2)增強傳感器檢測系統中的信號傳輸能力。系統中的放大(包括前置放大與主放大器)、濾波/檢波與預處理電路,計算機接口電路,輸出電路等自身應該是低噪聲的,如低熱噪聲、低電磁噪聲和少/無伴隨噪聲的器件、元件與電路,且要求有抗干擾能力的措施,包括必要的屏蔽及通風/冷卻措施。
3)根據對信號和噪聲的研究分析結果,利用高通、低通或帶濾波、或數字濾波技術,濾除或抑制特征頻段外的各種噪聲和信號,使特征頻段內的信噪比提高。
4)利用相關技術、功率譜分析與倒譜分析等隨機信號處理技術進一步剔除噪聲,提高信噪比。
5)與信號的特征頻段同在的噪聲,難於應用濾波技術消除。此時可采用以下方法處理:
①重新進行研究分析,尋找新的高信噪比特征頻段代替原有頻段;
②與特征提取相結合尋找高信噪比的特征參數,並按它們確定特征頻段和降低噪聲的其他措施;
③與信號識別技術相結合,統一考慮提高信噪比的硬軟件措施;
④利用其他一些先進的識別技術和降噪技術,如微弱信號識別技術、人工智能識別等。