加速度センサのノイズについて

質問

学校の研究で加速度センサを使用してデータを取っているのですがどうしても若干のノイズが入ってしまいます。
使用しているセンサはTEAC 706です。
風や埃などは十分に気をつけて計測しているのですがやはりノイズが若干はいります。性能上どうしても入ってしまうものなのでしょうか？原因をおしえてください。

回答No.3

inara · ベストアンサー

ANo.1です。
圧電素子を使っていて、電圧出力で、出力インピーダンスが約50Ωなので、センサにアンプ（バッファアンプ）が内蔵されているようですね。セレクションチャート（http://www.tic.teac.co.jp/jp/products/accelerometer/chart.html）を見ると、定電流(mA)/電圧(V)の欄に、0.5～5/12～25 とあるので、これがセンサに内蔵されているアンプに供給する電源の消費電流/電源電圧を表していると思います。とすれば、出力端子のミニチュアコネクタに電源電圧を加えるタイプでしょう。

そうすると、信号ラインと電源ラインが同じなので、電源にノイズが乗っていると、それがそのまま信号に重畳されます。たぶん、センサ出力を増幅するアンプは専用のもので、センサ用の電源を信号ラインに重畳するようになっていると思います。まずは、以下の確認をしてみてください。

(1)　センサとアンプの間は同軸ケーブルで接続されていると思いますが、そのケーブルの芯線と外部導体間の電圧を測定できるように、何らかの手段で、芯線と外部導体が露出するようにしてください。その際、センサとアンプとの電気的な接続を保つようにしてください（アンプから電源が供給されているので、接続を切ってしまうと、センサが動作しない）。

(2)　センサを除振台の上に置くなどして、センサに振動を与えない状態にして、(1)で露出させた芯線と外部導体間の電圧をオシロスコープなどで観測してみてください。オシロスコープのカップリングはAC、周波数帯域は（変えられるのであれば）20MHz程度としてください。センサの出力インピーダンスが低いので、プローブは使わなくてもいいと思います。そこで観測された信号はセンサの出力そのものなので、そこにはセンサの残留ノイズ（20μVrms）が出ているはずです。オシロスコープで観測されるノイズ波形は、peak-to-peak電圧（波形の最大値と最小値の差電圧）で 100μV = 0.1 mV くらいのはずです。オシロスコープの電圧レンジの最小は0.5mV/div～5mV/divくらいのはずなので、正常ならば、オシロスコープに表示される波形は一本線のはずです（多少太った線かもしれませんが）。一本線でなく、何かの波形が出ていたら、その周期（波形の山と山または谷と谷の時間差）と、振幅（波形の山と谷との間の電圧）を見てください。

回答No.2

phobos

計測システムに混入するノイズにはいろいろな種類が考えられますので、まずはそのノイズの特徴が判らないと原因の推定も対策を考えるのも大変困難です。

ANo,1さんが親切にも質問者さんの代わりに示してくれたセンサ仕様の情報によると、このセンサは実効値10μVの基底ノイズがあるとのことですので、ピーク値で数十μV程度のノイズが乗ることは十分考えられます。さらにアンプその他からもノイズも加わるので、センサの感度(10mV/m/s^2)で換算すると0.01m/s^2程度のオーダーでノイズが混入したとしても不思議ではありませんが、いかがでしょう。

質問者さんが問題にしているノイズの電圧レベルと、肝心の信号の電圧レベルの関係（ＳＮ比）についての追加情報がもう少しあれば、より適切な回答が寄せられるかもしれません。

以下は現段階での情報での推測なので間違っているかも知れませんが、
> 風や埃などは十分に気をつけて計測
とのことなので、非常に微少な加速度変動を計測しようとしている？（例えば0.1m/s^2以下のオーダーとか）
> ノイズの周波数成分は？→ブロードです
とのことなので、ホワイトノイズが乗っている？（つまり上記の基底ノイズの可能性あり）

もしそうだとすると、ANo.1さんが指摘された
> 計測信号があまりに小さいということはないですね？
があたっているのかも知れないと私にも思えます。
その場合はこのノイズは如何ともしがたいと思われますが、なお使用しているアンプにローパスフィルタがもし付いているなら（測定したい信号の周波数範囲にもよりますが）、それを適切な値に設定することである程度ノイズをカットできるかも知れません。

回答No.1

inara

センサは（http://www.tic.teac.co.jp/jp/products/accelerometer/706.html）ですね。

振動計測でしょうか。以下を補足して頂けると、原因がつかみやすいかと思います。

・アンプは使用しているのか
・どういう大きさのノイズなのか（振動スペクトルの波高値）
・ノイズの周波数成分（振動スペクトルのどこに出ているか。ピークノイズなのかブロードなのか）
・測定したい振動とのレベル比（ＳＮ比）
・14,000Hz以上の信号まで解析していないか

センサの感度はmV/m/s^2、残留ノイズは20μVrmsとのことですが、計測信号があまりに小さいということはないですね？周波数特性が3～14,000Hzなので、この範囲外の周波数の出力信号はカットしたほうがいいと思います。

お礼

ありがとうございます。
補足については順に
・アンプは使用しています。
・ブロードです
・SN比はよくわかりません
・解析してません