質問: 圧電素子のノイズ 圧電素子(特にケーシング等はされていない)を2個用いて,1個を送信に,もう1個を受信用として2つの素子を正対させ,送信側の素子にある周波数の正弦電圧信号を入力します.この時2つの素子間の距離が数ミリの場合,受信側素子の出力電圧を測定すると,最大で500mv程度(28.2vの入力に対して)のノイズが観測されます.この程度のノイズが生じると伝播してきた音波による出力電圧を判別することが出来ないために,このノイズを何とかしたいと考えています.ノイズを低減する方法等ご存知の方がおられましたらぜひアドバイスをお願いします. 個人的には,素子とつながっているリード線をシールド線にする.または圧電素子をケースに入れて使用するのが効果的なのではと考えています.
回答: 圧電素子は、市販の超音波センサ(距離計)ではなくて、内製のものでしょうか。 市販の超音波センサなら、送信器と受信器の共振周波数が合っていて、共振特性がかなり鋭いので、受信アンプにその周波数だけ通るようなフィルターを入れれば、ランダムノイズは大幅に減ると思いますが、内製なら、まず以下の点を確認してください。 送信回路を動作させないで、受信器だけ 動作させたときノイズは出ますか? yes no ↓ ↓ ↓ └───────┐ そのノイズは特定の ↓ 周波数成分がありますか? 送信パルスに同期した yes no ノイズですか? ↓ ↓ yes no (1) (2) ↓ ↓ (3) (4) (1) その周波数成分が電灯線(ac100v)の周波数の倍数なら、その影響を減らすことです。送信側にその信号成分がもともとないなら、受信アンプにそれが乗っていることになるので、シールドをちゃんとしたほうが良いでしょう。受信アンプは同相信号が除去できる差動アンプ(インスツルンメンテーションアンプ)を使ったほうが良いかもしれません。もし、その周波数成分を取ってしまっても動作に影響しないなら、ノッチフィルターでノイズ成分だけカットするという手もあります。 (2) ランダムなノイズなら、受信器の感度が悪すぎて、受信器のノイズや受信アンプ自身のノイズが見えているだけかもしれません。後者の場合、もしアンプの利得が大きい(1000倍以上)なら、低雑音のopアンプを使うと良いかもしれません。 (3) 送信回路と受信回路が共通のgndラインを持っていませんか?受信アンプの利得が大きいと、送信回路で発生したノイズがgndラインに乗って、それが増幅されて受信信号として出てくることがあります。発振器の正弦波をどうやって作っているのかによりますが、あるクロック信号(矩形波)を基準に作っているのなら、正弦波の周波数の何倍かの周波数成分に同期した(クロック信号の立上りと立下りの部分に出る)ノイズが出ることがあります。電源ラインにそのノイズが乗っている場合も同じように受信側に影響します。 (4) 送信回路にデジタル回路が使われているのなら、デジタル部分の部分のノイズがアナログ回路(正弦波発生回路)に影響していないか見てください。