传感器信号噪声大的原因分析，如何减少传感器信号噪声的方法

发布时间：2023-07-10 09:57:28

六轴力扭矩传感器极其灵敏，能够感应力或扭矩的最小变化。然而，在大多数机器人系统中，噪声是不可避免的，并且传感器的读数会因噪声干扰而损坏。噪声破坏对于应用程序来说是不可接受的；尤其是那些对安全至关重要的手术，例如机器人辅助手术。

当与机器人控制器一起在闭环中运行时，损坏的信号是有害的。当试图补偿这些高频信号时，快速控制器通常会做出非常积极的反应，整个机器人系统可能会变得不稳定，可能导致材料损坏。

在这里，我们将仔细研究噪声产生的原因、噪声源，以及如何减少破坏力-扭矩传感器读数和机器人系统的噪声。

传感器无噪声信号

一、传感器信号噪声大的原因分析

电磁干扰 (EMI) 通常是信号中产生噪声的原因。 EMI 造成的损坏很常见，并且可能有多种来源。附近的电动机、电源或高频通信可能是电噪声源，可能会导致传感器信号失真。

某些应用程序不能冒读数或系统受到噪声影响的风险。为了缓解这个问题，我们提出以下解决方案来减少噪音干扰。

传感器带有噪声的信号

传感器信号噪声源：

- 手机

- 灯

- 电机

- 风扇

- 电脑

- 继电器

- 大型机械

- 发电机。

传感器信号噪声源

二、如何减少传感器信号噪声的方法

减少噪音的第一步是识别噪音源并将其与解决方案（通常是硬件或软件修改）配对。硬件修改被认为是一种预防措施，通常是传感器设计和系统设置（布线）的一部分，而软件修改是响应性的并使用数字信号过滤技术。

选择专为测量信号应用而设计的仪表电缆将有助于防止噪声。这些电缆将通过箔屏蔽、编织屏蔽或两者的组合进行 EMI 屏蔽。为系统选择电缆将取决于操作环境、预算、灵活性要求和电缆强度。

除了 EMI 屏蔽电缆外，拥有适当的电缆长度也可以减少系统中的干扰。就像天线一样，天线越长，信号就越强，因此消除系统中额外的电缆长度将降低 EMI 的整体水平。

最后，传感器电缆在系统设计中的放置非常重要，高 EMI 发射的电缆和对噪声敏感的电缆不应相邻放置。例如，电力驱动电源线（高 EMI 发射）应尽可能远离非屏蔽 USB 电缆（EMI 敏感）。

在需要特殊电气系统设计并能有效衰减噪声的应用中，正确的接地是一个重要因素。

抗混叠和低通模拟电子滤波器可消除信号中所有会因噪声而破坏测量结果的高频分量。这些滤波器必须放置在靠近模数转换器输入的位置，以最大限度地发挥其效果。

通过硬件（布线、接地和模拟滤波器）完全屏蔽和衰减噪声几乎是不可能的。因此，基于软件的信号处理应用程序用于模拟接近传感器分辨率的清晰信号。

Bota Systems力-扭矩传感器可屏蔽噪声源，并遵循工业环境的抗扰度标准 (IEC 61000-6-2:2016)、住宅、商业和轻工业环境的排放标准 (IEC 61000-6-3: 2006 + A1:2010)，我们的传感器也不受突发和静电放电的影响。

传感器的外壳充当嵌入式电子设备的法拉第笼，电压信号设计为差分和比率度量。这样，共模信号就会以高共模抑制比 (CMMR) 被抑制。然后，信号通过位于 ADC 输入之前的模拟抗混叠和低通滤波器，用于抑制信号中增加噪声的剩余高频分量。

除了通过传感器硬件降低噪声外，我们还提供可通过软件界面访问的易于调节的数字滤波。