如何降低六維力傳感器中的信號噪聲

六軸力傳感器非常靈敏，能夠感應力或扭矩的最小變化。然而，在大多數機器人系統中，噪聲是不可避免的，傳感器的讀數會受到噪聲干擾的破壞。噪音損壞對于應用程序來說是不可接受的;特別是那些對安全至關重要的手術，如機器人輔助手術。

當與機器人控制器一起在閉環中運行時，損壞的信號是有害的。快速控制器在嘗試補償這些高頻信號時通常會做出非常激進的反應，并且整個機器人系統可能會變得不穩定，從而可能導致材料損壞。

瑞士BOTA六軸力傳感器研發人員仔細研究了導致噪聲的原因，噪聲源以及如何減少因破壞力矩傳感器的讀數和機器人系統而產生的噪聲。

導致噪音的原因

電磁干擾 （EMI） 通常是信號中噪聲的原因。EMI損壞很常見，可能來自多個來源。附近的電動機、電源或高頻通信可能是電噪聲的來源，會扭曲傳感器的信號。

 某些應用不會冒著讀數或系統受到噪聲影響的風險。為了緩解這個問題，我們提出了以下解決方案來減少噪音干擾。

如何降低信號噪聲

  降低噪聲的第一步是識別源并將其與解決方案配對，通常是硬件或軟件修改。硬件修改被認為是一種預防措施，通常是傳感器設計和系統設置（布線）的一部分，而軟件修改是響應式的，并使用數字信號濾波技術。

布線

選擇專為測量信號的應用而設計的儀器電纜將有助于防止噪聲。這些電纜將由箔屏蔽、編織屏蔽或兩者的組合進行 EMI 屏蔽。為系統選擇電纜將取決于操作環境、預算、靈活性要求和電纜強度。

除了EMI屏蔽電纜外，擁有適當的電纜長度還可以減少系統中的干擾。就像天線一樣，天線越長，信號就越強，因此從系統中消除額外的電纜長度將降低整體EMI水平。

 最后，傳感器電纜在系統設計中的放置非常重要，高EMI輻射的電纜和對噪聲敏感的電纜不應彼此相鄰放置。例如，電驅動電源電纜（高EMI輻射）應盡可能遠離非屏蔽USB電纜（EMI敏感）。

接地

 在需要特殊電氣系統設計并能有效衰減噪聲的應用中，正確接地是一個重要因素。

模擬濾波器

 抗混疊和低通模擬電子濾波器可去除信號中的所有高頻分量，這些分量會因噪聲而損壞測量結果。這些濾波器必須放置在靠近模數轉換器輸入端的位置，以最大限度地提高其效果。

過采樣和濾波器

 通過硬件（電纜、接地和模擬濾波器）*屏蔽和衰減噪聲幾乎是不可能的。因此，基于軟件的信號處理應用程序用于模擬接近傳感器分辨率的清晰信號。

我司銷售的Bota Systems力矩傳感器可屏蔽噪聲源，并遵循工業環境的抗擾度標準 （IEC 61000-6-2：2016）、住宅、商業和輕工業環境的排放標準 （IEC 61000-6-3：2006 + A1：2010），我們的傳感器也不受 BURST 和 ESD 的影響。

BOTA六軸力傳感器的外殼充當嵌入式電子設備的Faraday Cage，電壓信號設計為差分和比率公制。這樣，共模信號就會被高共模抑制比（CMMR）抑制。然后，信號通過模擬抗混疊和低通濾波器，它們位于ADC輸入之前，用于抑制信號中增加噪聲的其余高頻分量。除了通過傳感器的硬件降低噪聲外，我們還提供可通過我們的軟件界面訪問的易于調節的數字濾波。