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測控技術與環(huán)境保護空氣質(zhì)量的檢測 空氣質(zhì)量對人的影響至關重要,利用傳感器檢測空氣質(zhì)量是當今流行的一種方法,本文介紹了傳感器在空氣質(zhì)量檢測方面的原理應用,分析了當前氣體傳感器的優(yōu)點和不足,以及氣體傳感器的發(fā)展趨勢和前景。空氣對于人的重要性人們每時每刻都離不開氧,并通過吸入空氣而獲得氧?？茖W研究表明：一個成年人每天需要吸入空氣達 6500 升以獲得足夠的氧氣,因此,被污染了的空氣對人體健康有直接的影響?？梢?空氣品質(zhì)對人的影響是至關重要的。 環(huán)境污染背景 當今,人類正面臨“煤煙污染”、“光化學煙霧污染”、“室內(nèi)空氣污染”。專家檢測發(fā)現(xiàn),就室內(nèi)空氣而言，存在 500 多種揮發(fā)性有機物,其中致癌物質(zhì)就有 20 多種,致病病毒 200 多種。危害較大的主要有:氡、甲醛、苯、氨以及酯、三氯乙 烯等。大量觸目驚心的事實證實,室內(nèi)空氣污染已成為危害人類健康的“隱形殺手”,也成為全 世界各國共同關注的問題。據(jù)統(tǒng)計,全球近一半的人處于室內(nèi)空氣污染中,室內(nèi)環(huán)境污染已經(jīng) 引起 35.7%的呼吸道疾病,22%的慢性肺病和 15%的氣管炎、支氣管炎和肺癌?？諝赓|(zhì)量檢測的的核心技術傳感器檢測技術是人們認識和改造世界的一種必不可少的重要技術手段。 而傳感器是科學實驗和工業(yè)生產(chǎn)等活動中對信息資源的開發(fā)獲取、 傳輸與處理的一種重要工具。氣體檢測裝置主要是由傳感器和相關電路組成。傳感器是整個探測器的關鍵部位，它是決定其可靠性的重要因素之一。下面將介紹六種在空氣質(zhì)量檢測方面發(fā)揮重要作用的傳感器。 1.金屬氧化物半導體式傳感器。金屬氧化物半導體式傳感器利用被測氣體的吸附作用, 改變半導體的電導率,通過電流變化的比較,激發(fā)報警電路。由于半導體式傳感器測量時受環(huán) 境影響較大,輸出線形不穩(wěn)定。 金屬氧化物半導體式傳感器,因其反應十分靈敏,故目前廣泛使 用的領域為測量氣體的微漏現(xiàn)象。 2.催化燃燒式傳感器。 催化燃燒式傳感器原理是目前最廣泛使用的檢測可燃氣體的原理 之一,具有輸出信號線形好、指數(shù)可靠、價格便宜、無與其他非可燃氣體的交叉干擾等特點。 催化燃燒式傳感器采用惠斯通電橋原理,感應電阻與環(huán)境中的可燃氣體發(fā)生無焰燃燒,是溫度 使感應電阻的阻值發(fā)生變化,打破電橋平衡,使之輸出穩(wěn)定的電流信號,再經(jīng)過后期電路的放 大、穩(wěn)定和處理最終顯示可靠的數(shù)值。 3.定電位電解式傳感器。 定電位電解式傳感器是目前測毒類現(xiàn)場最廣泛使用的一種技術, 在此方面國外技術領先,因此此類傳感器大都依賴進口。定電位電解式氣體傳感器的結(jié)構(gòu):在 一個塑料制成的筒狀池體內(nèi),安裝工作電極、 對電極和參比電極,在電極之間充滿電解液,由多 孔四氟乙烯做成的隔膜,在頂部封裝。前置放大器與傳感器電極的連接,在電極之間施加了一 定的電位,使傳感器處于工作狀態(tài)。氣體與的電解質(zhì)內(nèi)的工作電極發(fā)生氧化或還原反應,在對 電極發(fā)生還原或氧化反應,電極的平衡電位發(fā)生變化,變化值與氣體濃度成正比。 4.迦伐尼電池式氧氣傳感器。 迦伐尼電池式氧氣傳感器的結(jié)構(gòu):在塑料容器的一面裝有對 氧氣透過性良好的、 10-30m 的聚四氟乙烯透氣膜,在其容器內(nèi)側(cè)緊粘著貴金屬(鉑、 厚 黃金、 銀等)陰電極,在容器的另一面內(nèi)側(cè)或容器的空余部分形成陽極(用鉛、 鎘等離子化傾向大的金 屬)。用氫氧化鉀。氧氣在通過電解質(zhì)時在陰陽極發(fā)生氧化還原反應,使陽極金屬離子化,釋放 出電子,電流的大小與氧氣的多少成正比,由于整個反應中陽極金屬有消耗,所以傳感器需要 定期更換。目前國內(nèi)技術已日趨成熟,完全可以國產(chǎn)化此類傳感器 5.紅外式傳感器。 紅外式傳感器利用各種元素對某個特定波長的吸收原理,具有抗中毒性好, 反應靈敏,對大多數(shù)碳氫化合物都有反應。但結(jié)構(gòu)復雜,成本高。 6.PID 光離子化氣體傳感器。PID 由紫外燈光源和離子室等主要部分構(gòu)成,在離子室有正 負電極,形成電場,待測氣體在紫外燈的照射下,離子化,生成正負離子,在電極間形成電流,經(jīng)放 大輸出信號。PID 具有靈敏度高,無中毒問題,安全可靠等優(yōu)點。 五、氣體檢測儀器儀表產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀深度分析 近年來,隨著中國經(jīng)濟的高速發(fā)展,儀器儀表產(chǎn)業(yè)也得到了快速發(fā)展,自 2004 年產(chǎn)銷首次 突破千億元大關,行業(yè)發(fā)展進入了快車道,2006 年行業(yè)總產(chǎn)值突破兩千億元;2007 年儀器儀表 行業(yè)總產(chǎn)值達 3078 億元,增長率高達 28.5%;據(jù)儀器儀表行業(yè)協(xié)會統(tǒng)計,08 年上半年儀器儀表 行業(yè)總產(chǎn)值實現(xiàn) 1755.9 億元,同比增長 23.8%,其中分析儀器、 環(huán)境監(jiān)測儀器儀表增長率高達 32%。 科學技術的進步為氣體檢測儀器儀表行業(yè)的發(fā)展提供了條件,市場和政府政策的推動、 人們安全意識的提高、相關法規(guī)法律的完善是氣體檢測行業(yè)發(fā)展的核心動力,這些推動使氣 體檢測儀器儀表行業(yè)處于產(chǎn)業(yè)高速增長期。 從技術發(fā)展的角度看,根據(jù)使用傳感器原理的不同,常見的氣體檢測儀器儀表各自有適用 氣體及應用領域,新技術新產(chǎn)品正在成為未來氣體檢測儀器儀表的主流。 六、對未來空氣質(zhì)量檢測的展望 隨著人們生活水平的不斷提高和對環(huán)保的日益重視,對各種有毒、有害氣體的探測,對大 氣污染、 工業(yè)廢氣的監(jiān)測以及對食品和居住環(huán)境質(zhì)量的檢測都對氣體傳感器提出了更高的要 求。 納米、 薄膜技術等新材料研制技術的成功應用為氣體傳感器集成化和智能化提供了很好 的前提條件。氣體傳感器將在充分利用微機械與微電子技術、計算機技術、信號處理技術、 傳感技術、故障診斷技術、智能技術等多學科綜合技術的基礎上得到發(fā)展。研制能夠同時監(jiān) 測多種氣體的全自動數(shù)字式的智能氣體傳感器將是該領域的重要研究方向。近年來，空氣質(zhì)量監(jiān)測越來越受到人們的重視，國內(nèi)外的眾多企業(yè)與研究機構(gòu)在氣體傳感器研發(fā)領域取得了長足進步，目前氣體傳感器正向集成化、智能化、多參數(shù)檢測的方向迅速發(fā)展。日本FIGARO公司開發(fā)生產(chǎn)的系列半導體氣體傳感器代表了目前氣體傳感器領域最新的水平，為研究開發(fā)空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)創(chuàng)造了有利條件，提供了一條簡單而實用的途徑。1 半導體氣敏傳感器及其特性半導體氣敏傳感器是利用待測氣體與半導體（主要是金屬氧化物）表面接觸時，產(chǎn)生的電導率等物性變化來檢測氣體。半導體氣敏器件被加熱到穩(wěn)定狀態(tài)下，當氣體接觸器件表面而被吸附時，吸附分子首先在表面自由地擴散（物理吸附），失去其運動能量，其間的一部分分子蒸發(fā)，殘留分子產(chǎn)生熱分解而固定在吸附處（化學吸附）。這時，如果器件的功函數(shù)小于吸附分子的電子親和力，則吸附分子將從器件奪取電子而變成負離子吸附。具有負離子吸附傾向的氣體最典型的是O2，稱為氧化型氣體或電子接收性氣體。如果器件的功函數(shù)大于吸附分子的離解能，吸附分子將向器件釋放電子，而成為正離子吸附。具有這種正離子吸附傾向的氣體有H2、CO、碳氫化合物和酒類等，稱為還原型氣體或電子供給性氣體。2 TGS2600傳感器基本測量電路傳感器基本測量電路如下圖所示。此傳感器要求有兩個電壓輸入：加熱器電壓VH和電路電壓VC。加熱器電壓VH加于集成加熱器上以保持傳感器在一個特定的最佳感應溫度。電路電壓VC被加載以便于測量與氣敏元件串聯(lián)的負載電阻電壓Vout。此傳感器有極性所以電路電壓VC必須是直流?？梢杂靡粋€公共的電源來同時供給VH和VC以滿足傳感器的電氣需求。合理選擇負載電阻RL使報警門限電壓最優(yōu)化，并使半導體傳感器功耗小于15mw。當目標氣體存在時，傳感器功耗在RS與RL相等時最大。TGS2600傳感器基本測量電路半導體空氣傳感器TGS2600水質(zhì)量的檢測環(huán)境監(jiān)測是環(huán)境科學的一個重要分支 , 其目的是及時 、 準確、全面地反映環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 , 檢測熱變化 、 光變化或直接產(chǎn)生電信號方式等 ; 化學變化、 熱變化和光變化由信號傳導器轉(zhuǎn)化為易于輸出的 ,與待測物質(zhì)濃度成比例的電信號, 這個信號能夠進一步被放大 、處理或儲存, 然后利用電子儀器進行測量,記錄,從而達到分析檢測的目的。生物傳感器在環(huán)境監(jiān)測中的應用 對砷化物和硫化物的檢測 環(huán)境管理 、污染源控制 、環(huán)境規(guī)劃和環(huán)境評價等提供科 法 ,其缺點是 : 分析速度慢 , 操作復雜 , 所需儀器昂貴。傳統(tǒng)的環(huán)境監(jiān)測方法通常采用離線分析方法，且不適宜進行現(xiàn)場快速監(jiān)測和連續(xù)在線分析 。隨著環(huán)境污染問題日益嚴重 , 建立和發(fā)展連續(xù)、在線、快速的現(xiàn)場監(jiān)測體系尤其重要。生物傳感器是將生物感應元件與能夠產(chǎn)生和待測砷污染主要來源于采礦、冶金化工、農(nóng)藥生產(chǎn)、制物濃度成比例的信號傳導器結(jié)合起來的一種分析裝積小、成本低、選擇性好、靈敏度高、響應快等優(yōu)勢, 能測領域有著廣闊的應用前景 。 生物傳感器的基本原理。Roberto 等從海水母中提取 了 一 種 綠 色 熒 光 蛋 白 質(zhì) ( green fluorescent pro2 tein) ,通過基因轉(zhuǎn)錄研制出一種細菌熒光素酶生物傳感器，生物傳感器主要由生物感應元件和信號傳導器兩部分組成 ?？捎脕碇谱魃锔袘奈镔|(zhì)有酶 、 酶 組分 、 生物體 、 組織、細胞、抗體、核酸、有機物分子等,其主要功能是對被測物質(zhì)進行選擇性作用,即識別被測物質(zhì)，利用該生物傳感器可檢測亞微克量的亞砷酸鹽和砷酸鹽,對砷污染地區(qū)能進行在線、長期的環(huán)境監(jiān)測,效果顯著,且費用較低 。在焦化 、選礦、造紙、印染、制革等工業(yè)廢水通常含有被測物質(zhì)。信號傳導器的主要形式有電勢測量式、電流測量式、電導率測量式、 阻抗測定式、光強測量式、熱量測定式、聲強測量式、機械式等,其主要功能是將生物元件與被測物質(zhì)相互作用所產(chǎn)生的物理化學效應轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢暂敵龅碾娦盘柫蚧?,包括溶解性的 H2 S 、和 S , 酸溶性的金HS屬硫化物等。硫化物毒性較大,且易產(chǎn)生硫化氫,可危 害細胞色素、氧化酶,造成細胞組織缺氧,甚至危及生命;它還腐蝕金屬設備和管道,并可被微生物氧化成硫酸而加劇腐蝕性。因此,硫化物是水體污染的重要指其中分離篩選出的氧化硫硫桿菌作為分子識別元件,生物傳感器的基本工作原理是 :將具有分子識別功能的生物物質(zhì)通過特殊加工技術涂敷固定在固態(tài)載體上( 例如高分子膜等),形成功能膜,當其與被測物質(zhì)相接觸時,膜內(nèi)的感應物質(zhì)首先與被測物質(zhì)選擇性地吸附,發(fā)生相互作用形成復合物,從而表現(xiàn)為化學變 標 。王曉輝等從潮濕煤粉和硫鐵礦附近酸性土壤制了一種測定硫化物的微生物電極。將該微生物電極中,當膜內(nèi)微生物的內(nèi)源呼吸活性一定時,溶液中的氧插入溫度 、H 及溶解氧濃度均恒定的緩沖溶液體p 分子通過微生物膜擴散進入氧電極的速率也一定 。將含有 S2的溶液加入緩沖溶液, S2 擴散進入微生物膜,并被膜內(nèi)硫桿菌同化而耗氧 ,使氧分子擴散進入氧電極的速率降低,導致電極輸出電流下降。通過對電流變化值的記錄,可檢測出S2 的濃度試驗證明,硫化物微生物電極具有良好的準確度和精密度 , 測試設 備簡單,操作方便,成本低 ,是一種有實用意義的生物 傳感器。 對殺蟲劑除草劑殘留物的檢測。利用生物傳感器可直接、快速又方便地檢測出各類殺蟲劑( 如有機磷和氨基甲酸脂類)和除草劑的殘留物。生物基質(zhì)不但可以測定殘留物的濃度,還可以測 定其毒性,這是傳統(tǒng)的分析檢測技術所達不到的。用于檢測殺蟲劑的最常見的酶是神經(jīng)酶乙酰膽堿 酶,它能催化乙酰膽堿水解成膽堿和乙酸。有機磷 是殺蟲劑中的一大分支,包括對硫磷、馬拉硫磷、甲氟磷酸異丙酯等,它們能與酶結(jié)合成非常穩(wěn)定的共價物 磷酸基酶從而阻礙酶的活性。將固定化乙酰膽堿酯制 成的生物傳感器放入含有殺蟲劑的試樣中就可以測量 出酶活性的抑制程度。當酶不受抑制時 , 會輸出一個 最大的穩(wěn)定信號 ,而當溶液中含有抑制劑時 ,這個信號 的大小就會降低一個與抑制劑濃度成比例的量 , 從而 達到檢測的目的 。利用聚球藍細菌細胞作為生物基質(zhì) 的生物傳感器可以用于檢測水體中的除草劑 , 通過檢 測細胞中光合成電子傳輸系統(tǒng) ,當有污染物存在時 ,會 對傳輸系統(tǒng)產(chǎn)生干擾 。該方法非常簡單方便 , 可迅速 提供污染信息 ,適于在線監(jiān)測。 對廢水水質(zhì)的在線監(jiān)測 Ishimori 等還研究了其自動裝置 , 從而使這種生物傳 感器的重復檢測能力和敏感性大大增強 , 已能用于實 際地下水的監(jiān)測及工業(yè)廢水處理過程中的實時監(jiān)測 。 對生化需氧量及氨氮的測定 生化需氧量 (BOD) 是反映水體被有機物污染程度 的綜合指標 ,也是研究廢水的可生化降解性和生化處 理效果 ,以及生化處理廢水工藝設計和動力學研究中 的重要參數(shù) 。目前普遍采用的 BOD 測定方法是標準 稀釋法 ,這種方法操作復雜 , 重現(xiàn)性差 , 且不宜現(xiàn)場監(jiān) 測 。采用 BOD 生物傳感器。可在 10 15min 檢 測出 BOD 的含量 , 可對水質(zhì)狀況實行在線監(jiān)測 , 具有 廣闊的應用前景 。BOD 生物傳感器的基本原理是 : 將 生物傳感器置于不含 BOD 物質(zhì)的緩沖溶液中 ,由于溶 液保持恒溫并被氧飽和 ,傳感器輸出一穩(wěn)態(tài)電流 ; 當加 入樣品時 ,有機物向生物傳感器的生物膜中擴散 ,因微 生物對有機物質(zhì)有代謝作用而耗氧 , 從而導致傳感器 輸出電流降低 ; 在適宜的 BOD 物質(zhì)濃度范圍內(nèi) , 電流 降低值與樣品溶液的 BOD 濃度呈線性關系 , 而 BOD 物質(zhì)濃度又和 BOD 值之間有定量關系 ,從而可測定樣 品的 BOD 值 。 氨氮是水體環(huán)境監(jiān)測中經(jīng)常要檢測的一個指標， Massone 等。利用硝化細菌作基質(zhì)和氧電極組成的 生物傳感器對醫(yī)院及食品工業(yè)的廢水處理廠的污水進 行氨氮的檢測 ,硝化菌以氨作為唯一能源消耗氧 ,通過 檢測附著在氧電極上的固定化微生物的呼吸量可測定 氨氮濃度 。 對酚類污染物的檢測 酚類屬高毒物質(zhì) , 主要通過工業(yè)廢水進入天然水 體 。酚類污染物涉及的領域非常廣泛 , 是環(huán)境監(jiān)測中 十分重要的指標 。測酚生物傳感器有二種 : 一種 是采用氧電極為基底電極 ,測量溶液中氧濃度的變化 , 從而間接測得酚的濃度 ; 另一種是利用醌在電極上直 接或間接還原 ,進而通過電流大小測得酚的濃度 。利 用生物傳感器測酚 , 能減少或消除硫化物 、 油類 、 芳香 胺類等干擾因素 , 從而可檢測復雜的樣品 , 準確度高 , 這是目前普遍采用的 4 - 氨基安替比林分光光度法所 不具有的優(yōu)勢 。 對有氣味的化合物的檢測 采用傳統(tǒng)的分析技術對環(huán)境樣品中氣味的量化檢 測是很困難的 。Lin Cheng2Fang 等研究了一種傳 隨著經(jīng)濟的發(fā)展和城市化進程的加快 , 生活污水 和工業(yè)廢水排放量不斷增加 , 絕大部分污水未經(jīng)過任 何處理直接排入水體 ,致使許多水域被污染 ,引起水質(zhì) 惡化 ,使水資源顯得更加緊張 ,亦使保護水資源顯得更 加重要 。目前 ,對許多污水處理工廠來說 ,廢水水質(zhì)的 實時在線監(jiān)測仍然是一個難題 , 這是因為水環(huán)境中的 污染物種類繁多 , 成分復雜 , 且其含量往往是痕量的 , 要求建立可行的提取 、 分離 、 富集和痕量分析方法 , 所 有這些都使得實時在線監(jiān)測顯得困難。 生物傳感器的發(fā)展 , 使得廢水生物處理過程可實 行有效的在線監(jiān)測 , 并能實現(xiàn)自動監(jiān)控 。Ishimori 等人開發(fā)了一種高級環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng) ,其中就運用了生 物傳感器來對廢水中的環(huán)境污染物進行監(jiān)測 。他們對 一個半導體工廠區(qū)的地下水質(zhì)進行了監(jiān)測試驗 , 采用 了一種對污染物很敏感的細胞膜生物傳感器 。由于細 胞膜的脂雙層結(jié)構(gòu)含有疏水區(qū) , 它對被運輸物質(zhì)具有 高度的選擇通透性 , 這使得細胞能主動地從環(huán)境中攝取所需要的物質(zhì) ,并產(chǎn)生一定的生理效應 ,通過信號轉(zhuǎn)換器可進行測定 。為提高這種生物傳感器的應用性 , 傳感器系統(tǒng)來檢測一些有氣味的化合物 。該傳感器系統(tǒng) 由單種生物傳感器或系列生物傳感器組成 。生物傳感 器由不同的人工合成的類蛋白質(zhì)涂抹在壓電型電極上構(gòu)成 ,通過檢測引起共鳴的頻率變化 ,可以對氣味進行量化測定 。被檢測的污染物既有揮發(fā)性化合物 , 如氨生物傳感器應用于環(huán)境監(jiān)測的新進展等 。水、 巰基乙醇 、 乙酸和氯苯 ,也有氣態(tài)化合物 ,如氨氣和甲基胺 。實驗結(jié)果表明 , 化合物的濃度與生物傳感器的響應電流成一線性關系 。生物傳感器能檢測很低濃度范圍的化合物且響應迅速 。但是 , 該生物傳感器系統(tǒng)不能完全可逆 ,其響應電流不能回到原始值 ,這是因為類蛋白質(zhì)不能完全對被測物質(zhì)解吸咐 。該系統(tǒng)在可靠性 、 穩(wěn)定性 、 持久性等方面都有待于進一步研究 , 但不論怎樣 ,都為檢測有氣味的化合物提供了一個獨特的方法 。 對大氣和廢氣的監(jiān)測清潔的空氣是人類和生物賴以生存的環(huán)境要素之一 。生物傳感器在大氣和廢氣監(jiān)測中也有廣泛的應用 。 Knopf等研究了一種新型生物傳感器對化工廠排放到空氣中的有毒污染物進行遙感監(jiān)測 。該傳感器采用能發(fā)光的弧菌屬細菌作為生物基質(zhì) , 當空氣中有毒污染物存在時 , 發(fā)光細菌的發(fā)光能力受到影響而減弱 ,其減弱程度與有毒物質(zhì)的毒性大小和濃度成一定的比例 。發(fā)光細菌固定在聚乙烯醇凝膠體中 , 并與一信號轉(zhuǎn)換器組合 , 該轉(zhuǎn)換器可以將光信號轉(zhuǎn)換為無線電頻率 ,被遙感接收器接收 ,從而可以測定待測物的毒性和濃度 。 Gil 等則采用埃希氏菌屬作為基質(zhì) , 用瓊脂固定并與傳導器組成生物傳感器 , 對工廠附近的污染大氣進行連續(xù)監(jiān)測 ,能檢測出空氣中苯 、 甲苯等有毒物質(zhì)的濃度變化 。此外 , 檢測 NO2 的生物傳感器和 SO2 的生物傳感器也均有研究報道 。 世界范圍的環(huán)境危機正使人類面臨空前嚴峻的挑戰(zhàn) ,開展并加強環(huán)境保護工作已迫在眉睫 。環(huán)境監(jiān)測是環(huán)境保護的基礎 , 發(fā)展環(huán)境監(jiān)測新技術十分重要 。 將生物傳感器應用于環(huán)境監(jiān)測 ,能減少分析時間 ,降低 成本 ,利于在線及應急監(jiān)測且較易實現(xiàn)自動化 ,是現(xiàn)代環(huán)境監(jiān)測技術的一個新的發(fā)展領域 。噪聲污染的檢測噪聲傳感器是一款寬聲頻范圍、高聲強動態(tài)范圍、操作簡便的聲音傳感器。該傳感器體積小，重量輕，安裝靈活，其聲頻測量范圍覆蓋了人耳所能聽到的全部頻率，測量的聲強能量范圍滿足國家噪聲管理標準中的全部要求。此外，該傳感器輸出為標準電壓信號，便于與各類數(shù)據(jù)采集和測量控制系統(tǒng)組成精細的噪聲測量系統(tǒng)，是環(huán)境監(jiān)測、噪聲定量分析、聲源定位、噪聲治理及聲學研究的理想選擇。傳感器電路中的噪聲問題在傳感器電路中既可能產(chǎn)生內(nèi)部噪聲，也 可能有外界竄入的干擾噪聲。 傳感器電路中噪聲的存在，將使得信息傳 遞質(zhì)量下降。 噪聲分類：熱噪聲 散粒噪聲或肖特基噪聲 閃爍噪聲 POET 1.傳感器噪聲類型及特性熱噪聲： 1. 導體中由電荷的熱運動而產(chǎn)生的噪聲稱熱噪聲。 2. 熱噪聲與頻率無關，也稱白噪聲。 3. 只要元件具有一定的電阻值，并存在一定的溫 度，就會產(chǎn)生一定大小的熱噪聲電壓，而與元 件的制造方法無關。 4. 降低熱噪聲只能從降低元件工作溫度入手，例 如采用散熱、恒溫等方法。 POET 散粒噪聲或肖特基噪聲 1. 電流是由載有電荷的載流子的定向運動形 成的。 2. 當高阻抗敏感元件與電路耦合時容易產(chǎn)生 散粒噪聲。 3. 因此，設計高阻抗敏感元件接口電路時， 散粒噪聲是突出問題。 POET 閃爍噪聲 1. 當電流流過具有陷阱、晶格缺陷的元件電阻體 時，產(chǎn)生閃爍噪聲。 2. 閃爍噪聲與頻率具有相關性。即其功率譜與頻 率成反比，也稱為1/f噪聲 3. 閃爍噪聲也與外加電壓及電阻參數(shù)有關。 POET 2.放大電路中的降噪問題在晶體管中主要應考慮基區(qū)電阻的熱噪聲 基極電流的散粒噪聲 基極射極間因基極電流和電位波動所形成 的閃爍噪聲 集電極電流的散粒噪聲等 POET 降噪電路 POET 低噪偏置電路設計 CB起濾噪作用，RB起降噪作用，可 使R1、R2產(chǎn)生的閃爍噪聲忽略不計， 且電源波動影響減小。 當然RB熱噪聲仍然存在。 對運放偏置電路，仍可用此方法降 噪 POET 運放低噪偏置電路 POET 3.外部干擾噪聲的抑制外部干擾主要通過靜電感應和電磁感應耦合 傳人電路之中。 電磁干擾的抑制減少電磁耦合的方法是減小閉合回路面積 或讓磁場與導線垂直 或?qū)Ь€絞扭在一起 印刷電路板避免環(huán)狀布線 POET 4.信號處理中的降噪問題級聯(lián)放大器的降噪技術 1. 當增益系數(shù)G較大時，級聯(lián)放大器的噪 聲系數(shù)主要由第一級放大器決定。 2. 因此，若第一級放大器G1(如變壓器 耦合)，則第二級放大器(實際放大器)在 降噪中具有決定性重要地位。 3. 由此可知，級聯(lián)放大器時，為降噪目的， 前級放大器增益安排具有重要地位。 POET 信號處理中的降噪問題（續(xù)）濾波器的降噪作用 如果事先知道信號頻帶或噪聲頻譜，可以 用濾波器改善信噪比。 相位檢波降噪作用 若已知信號是按一定周期重復輸出的，則 對輸出信號按信號周期同步采樣，可以改 善信噪比。因信號是周期性的，而噪聲是隨機的。聲級計是噪聲測量中最常用最簡便的測試儀器。它體積小、重量輕，一般用干電池供電。它不僅可進行聲級測量，而且還可和相應的儀器配套進行頻譜分析，振動測量等。按用途聲級計可分為一般聲級計、脈沖聲級計、積分聲級計和噪聲暴露計（又稱噪聲劑量計）等；按其精度可分為四種類型：0型聲級計作為實驗室用標準聲級計，1型相當于精密聲級計，2型作為一般用途聲級計，3型作為普級型聲級計；按其體積大小可分為臺式聲級計，便攜式聲級計和袖珍式聲級計。國產(chǎn)的ND1型精密聲級計、ND2型精密聲級計和倍頻程濾波器，ND6型脈沖精密聲級計都是便攜式1型聲級計。這些儀器的性能均符合國際電工委員會（IEC）聲級計標準規(guī)定的要求，也符合我國計量科學研究院聲級計檢定規(guī)程的要求（JJ188-78）。進口的2203型精密聲級計均屬此類，可用作測量穩(wěn)態(tài)連續(xù)噪聲，其2209型脈沖精密聲級計與我國ND6型脈沖精密聲級計，不僅能測量穩(wěn)態(tài)噪聲，而且能測量波形因素（峰值除以平均值）大于40的非穩(wěn)態(tài)噪聲，如槍、炮等脈沖噪聲。NX6型活塞發(fā)生器能夠產(chǎn)生1240.2分貝的恒定聲音，可用來校準聲級計。校準也可用進口的4240型的噪聲發(fā)生器，產(chǎn)生108分貝的恒定聲音。聲級計工作原理：聲級計主要由傳聲器、輸入級、放大器、衰減器、計權(quán)網(wǎng)絡，檢波電路和電源等部分組成，其方框圖如圖所示。聲信號通過傳聲器轉(zhuǎn)換成交變的電壓信號，經(jīng)輸入衰減器、輸入放大器的適當處理進入計權(quán)網(wǎng)絡，以模擬人耳對聲音的響應，而后進入輸出衰減器和輸出放大器，最后通過均方根值檢波器檢波輸出一直流信號驅(qū)動指示表頭，由此顯示出聲級的分貝值。聲級計的指示表頭一般有“快”、“慢”兩檔，根據(jù)測試聲壓隨時間波動的幅度大小來作相應選擇。此外，為保證測試結(jié)果的精度和可靠性，聲級計必需經(jīng)常進行校準。輸入級是一阻抗變換器，用來使高內(nèi)阻抗的電容傳聲器與后級放大器匹配。要求輸入級的輸入電容小和輸入電阻高。電容傳聲器把聲音變成電壓，此電壓一般是很微弱的，不足使電表得到指示。為了測量微弱信號，需將信號進行放大。但當輸入信號較大時，又需要對信號進行衰減，使電表指針得到適當?shù)钠D(zhuǎn)。為了插入濾波器和計權(quán)網(wǎng)絡，故衰減器和放大器分成兩級，即輸入衰減器