如何降低六维力传感器中的信号噪声

如何降低六维力传感器中的信号噪声

六轴力传感器非常灵敏，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，传感器的读数会受到噪声干扰的破坏。噪音损坏对于应用程序来说是不可接受的;特别是那些对安全至关重要的手术，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。快速控制器在尝试补偿这些高频信号时通常会做出非常激进的反应，并且整个机器人系统可能会变得不稳定，从而可能导致材料损坏。

瑞士BOTA六轴力传感器研发人员仔细研究了导致噪声的原因，噪声源以及如何减少因破坏力矩传感器的读数和机器人系统而产生的噪声。

导致噪音的原因

电磁干扰 （EMI） 通常是信号中噪声的原因。EMI损坏很常见，可能来自多个来源。附近的电动机、电源或高频通信可能是电噪声的来源，会扭曲传感器的信号。

 某些应用不会冒着读数或系统受到噪声影响的风险。为了缓解这个问题，我们提出了以下解决方案来减少噪音干扰。

如何降低信号噪声

  降低噪声的第一步是识别源并将其与解决方案配对，通常是硬件或软件修改。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，而软件修改是响应式的，并使用数字信号滤波技术。

布线

选择专为测量信号的应用而设计的仪器电缆将有助于防止噪声。这些电缆将由箔屏蔽、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还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，因此从系统中消除额外的电缆长度将降低整体EMI水平。

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

接地

 在需要特殊电气系统设计并能有效衰减噪声的应用中，正确接地是一个重要因素。

模拟滤波器

 抗混叠和低通模拟电子滤波器可去除信号中的所有高频分量，这些分量会因噪声而损坏测量结果。这些滤波器必须放置在靠近模数转换器输入端的位置，以最大限度地提高其效果。

过采样和滤波器

 通过硬件（电缆、接地和模拟滤波器）*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。

我司销售的Bota Systems力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 BURST 和 ESD 的影响。

BOTA六轴力传感器的外壳充当嵌入式电子设备的Faraday Cage，电压信号设计为差分和比率公制。这样，共模信号就会被高共模抑制比（CMMR）抑制。然后，信号通过模拟抗混叠和低通滤波器，它们位于ADC输入之前，用于抑制信号中增加噪声的其余高频分量。除了通过传感器的硬件降低噪声外，我们还提供可通过我们的软件界面访问的易于调节的数字滤波。