传感器本底噪声的检测方法及其装置与流程

本发明实施例涉及电子技术领域，特别涉及一种传感器本底噪声的检测方法及其装置。

背景技术：

随着传感器技术的不断发展，传感器普遍应用于各个行业，并且各种新型的传感器不断问世，为人们获取外界信息提供了方便。其中，传感器依靠自身的某种物理特性，将一种信号转换为另外一种信号。

通常，传感器的输出量可以分为两部分的叠加。其中一部分输出分量随有效输入量的变化而变化，这部分输出分量能够反映有效输入量的变化。另外一部分输出分量称为传感器的本底噪声，其不随有效输入量的变化而变化，即使当有效输入量为零时，输出分量并不为零(即本底噪声不为零)，且本底噪声会因为温度、湿度、传感器本身材料疲劳等环境因素的变化而变化。通常，现有技术中，采取归零法测量传感器的本底噪声；即，将在有效输入量为零的情况下测得的值作为本底噪声。

然而，以归零法测量传感器的本底噪声，适用于工作期间环境相对很固定且能够控制输入的传感器。当传感器在一个经常缓慢变化(或者快速变化)的环境下工作时，就需要对传感器不停的校准，以去除本底噪声的影响；显然，归零法很难应用于这样工作环境下的传感器。例如手机中的各种传感器，无法隔绝外部的输入量来进行校准，且这些传感器需要连续工作，更加难以应用归零法测量传感器的本底噪声。

技术实现要素：

本发明实施方式的目的在于提供一种传感器本底噪声的检测方法及其装置，能够动态的检测传感器的本底噪声，使得传感器随环境变化的变化值能够更新到本底噪声中，从而能够提高传感器检测有效信号的准确性。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种传感器本底噪声的检测方法，包括：接收传感器输出的采样值，并判断所述采样值是否属于本底噪声允许范围；当所述采样值属于所述本底噪声允许范围时，选定所述采样值作为本次本底噪声采样值；根据所述传感器的上次本底噪声与所述本次本底噪声采样值，计算所述传感器的本次本底噪声。

本发明的实施方式还提供了一种传感器本底噪声的检测装置，包括：判断单元，用于接收传感器输出的采样值，并判断所述采样值是否属于本底噪声允许范围；选择单元，用于在所述采样值属于所述本底噪声允许范围时，选定所述采样值作为本次本底噪声采样值；计算单元，用于根据所述传感器的上次本底噪声与所述本次本底噪声采样值，计算所述传感器的本次本底噪声。

本发明实施方式相对于现有技术而言，提供了一种传感器本底噪声的检测方法。当判断出传感器输出的采样值属于本底噪声允许范围时，则根据该采样值与上次本底噪声，计算出传感器的本次本底噪声；即，本实施例的检测方法能够在传感器的本底噪声随环境变化而变化时进行跟踪检测，从而将传感器随环境变化的变化值更新至本底噪声中，提高了当前本底噪声的准确性，进而提高了传感器输出有效采样值的准确性。

另外，在根据所述传感器的上次本底噪声与所述本次本底噪声采样值，计算所述传感器的本次本底噪声中，所述本次本底噪声的计算公式为：Base₀＝Base₁/N₁+Input₀/N₂，1/N₁+1/N₂＝1；其中，Base₀表示所述本次本底噪声，Base₁表示所述上次本底噪声，Input₀表示所述本次本底噪声采样值，1/N₁表示所述上次本底噪声对应的权值，1/N₂表示所述本次本底噪声采样值对应的权值。本实施例中，提供了计算本次本底噪声的公式，能够按照一定的权值将传感器随环境变化的变化值更新到本底噪声中，使得检测到的本底噪声为当前最新值。

另外，本底噪声允许范围的上边界值为所述上次本底噪声采样值与预设的本底噪声通道宽度的一半之和，所述本底噪声允许范围的下边界值为所述上次本底噪声采样值与所述本底噪声通道宽度的一半之差。本实施例中，提供了本底噪声允许范围的一种设定方式。

另外，本底噪声通道宽度的计算公式为：W＝2*(a+nσ)；其中，W为所述本底噪声通道宽度，a为两次采样之间的环境变化极限速度，σ表示本底噪声的正态分布，n为符合安全边际需求的自然数。本实施例中，提供了本底噪声通道宽度的一种计算方式。

另外，传感器本底噪声的检测方法还包括：当所述采样值不属于所述本底噪声允许范围时，选定所述上次本底噪声采样值作为所述本次本底噪声采样值。本实施例中，提供了当采样值不属于本底噪声允许范围时的具体实现方式。

附图说明

本专利申请的一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是根据第一实施方式的传感器本底噪声的检测方法的具体流程图；

图2是根据第一实施方式的传感器本底噪声的检测方法的原理示意图；

图3是根据第三实施方式的传感器本底噪声的检测方法的具体流程图；

图4是根据第四实施方式的传感器本底噪声的检测装置的方框示意图；

图5是根据第六实施方式中判断单元与选择单元的电路示意图；

图6是根据第六实施方式中计算单元的电路示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。

本发明的第一实施方式涉及一种传感器本底噪声的检测方法，应用于传感器。具体流程如图1所示，包括：

步骤101，接收传感器输出的采样值，并判断采样值是否属于本底噪声允许范围；若是，进入步骤102，否则直接结束。

本实施方式中，传感器输出的采样值，即作为检测传感器本底噪声的输入的采样值；当传感器中无有效输入信号时，传感器就输出本底噪声。

本实施方式中，本底噪声允许范围的上边界值为上次本底噪声采样值与预设的本底噪声通道宽度的一半之和，本底噪声允许范围的下边界值为上次本底噪声采样值与本底噪声通道宽度的一半之差。

其中，本底噪声通道宽度的计算公式为：W＝2*(a+nσ)；其中，W为本底噪声通道宽度，a为两次采样之间的环境变化极限速度，σ表示本底噪声的正态分布方差(传感器中输入的采样信号本身的噪声和传感器转换过程中引入的噪声最终都会反映在σ上)，n为符合安全边际需求的自然数。从而，本实施例可以根据上述公式预设本底噪声通道宽度，预设的本底噪声通道宽度的大小可以根据传感器的工作环境具体设置，本实施方式对此不作任何限制。

示例的，如图2所示，当输入的采样值大于或等于下边界值且小于或等于上边界值时，则可以判断出采样值属于本底噪声允许范围；若采样值小于下边界值或者大于上边界值时，则可以判断出采样值不属于本底噪声允许范围；例如在阶段A中，输入的采样值小于下边界值，显然，此时的采样值不属于本底噪声允许范围。

步骤102，选定采样值作为本次本底噪声采样值。

本实施方式中，当采样值属于本底噪声允许范围时；即，表示该采样值在本底噪声允许范围内波动，将该采样值作为本次本底噪声采样值，用于更新传感器的本次本底噪声。

步骤103，根据传感器的上次本底噪声与本次本底噪声采样值，计算传感器的本次本底噪声。

本实施方式中，可以预设采样周期，使得传感器可以周期性的自动输出采样值，从而以预设采样周期对本底噪声进行检测。预设周期可以根据传感器的实际工作情况设定，本实施方式对此不作任何限制。

其中，上次本底噪声即为上个周期检测到的传感器的本底噪声。本实施例中，用户可以根据实际需要，预设本次本底噪声与上次本底噪声、本次本底噪声采样值的关系，从而计算出本次本底噪声。

本实施方式相对于第一实施方式而言，当判断出传感器输出的采样值属于本底噪声允许范围时，则根据该采样值与上次本底噪声，计算出传感器的本次本底噪声；即，本实施例的检测方法能够在传感器的本底噪声随环境变化而变化时进行跟踪检测，提高了当前本底噪声的准确性，进而提高了传感器输出有效采样值的准确性。并且，本实施例能够周期性的对传感器输出的采样值进行检测，即，能够在传感器正常工作期间间歇性的找到合适的时间点更新本底噪声，避免影响传感器的正常工作。

上面各种方法的步骤划分，只是为了描述清楚，实现时可以合并为一个步骤或者对某些步骤进行拆分，分解为多个步骤，只要包括相同的逻辑关系，都在本专利的保护范围内；对算法中或者流程中添加无关紧要的修改或者引入无关紧要的设计，但不改变其算法和流程的核心设计都在该专利的保护范围内。

本发明的第二实施方式涉及一种传感器本底噪声的检测方法，第二实施方式在第一实施方式的基础上的细化，主要细化之处在于：在本发明第二实施方式中，在根据传感器的上次本底噪声与本次本底噪声采样值，计算传感器的本次本底噪声的步骤中，以当前的输入与以前的输入值之间按照不同的权值进行累加得到本次本底噪声。

本实施方式中，提供的本次本底噪声的计算公式为：Base₀＝Base₁/N₁+Input₀/N₂(1)，1/N₁+1/N₂＝1。其中，Base₀表示本次本底噪声，Base₁表示上次本底噪声；Input₀表示本次本底噪声采样值；1/N₁表示上次本底噪声对应的权值，1/N₂表示本次本底噪声采样值对应的权值。

需要说明的是，本实施方式中权值1/N₁与1/N₂的大小与传感器工作的环境、传感器的类型以及实际需求有关，可根据实际情况具体设定，本实施方式对此不作任何限制。

具体的，对计算公式(1)中的Base₁进行再一次展开可以得到本次本底噪声的表达式：

Base₀＝(Base₂/N₁+Input₁/N₂)/N₁+Input₀/N₂ (2)

对表达式(2)中的Base₂进行再一次展开可以得到本次本底噪声的表达式：

Base₀＝((Base₃/N₁+Input₂/N₂)/N₁+Input₁/N₂)/N₁+Input₀/N₂ (3)

将表达式(3)整理为：

Base₀＝Base₃/(N₁*N₁*N₁)+Input₂/(N₂*N₁*N₁)+Input₁/(N₂*N₁)/N₁+Input₀/N₂(4)

以此类推，显然，从表达式(4)中可以看出，本次本底噪声为当前的输入值Input₀与以前的输入值(Input₁、Input₂......Input_N-1，N为大于2的整数)之间按照不同的权值进行的累加和。

本实施方式相对有第一实施方式而言，提供了本次本底噪声的一种计算方式，即，将传感器的本次本底噪声采样值与上次本底噪声按照一定的权值分布进行平均，从而将传感器随环境变化的变化值更新至本底噪声中，使得检测到的本底噪声为当前最新值。

本发明的第三实施方式涉及一种传感器本底噪声的检测方法，第三实施方式在第一实施方式的基础上作出改进，主要改进之处在于：在本发明第三实施方式中，如图3所示，当判断出采样值不属于本底噪声允许范围时，选定上次本底噪声采样值作为本次本底噪声采样值。

本实施方式中的步骤301至303与第一实施方式中的步骤101至103对应相同，在此不再赘述，本实施方式中新增了步骤304，本实施方式的传感器本底噪声的检测方法如图3所示，具体说明如下：

步骤304，选定上次本底噪声采样值作为本次本底噪声采样值。

本实施方式相对于第一实施方式而言，当采样值不属于本底噪声允许范围时，则直接选定上次的本地噪声采样值作为本次本底噪声采样值，无需再次进行判断，当本实施例的传感器本底噪声的检测方法应用于软件时，则减少了工作量，节省了功耗。

本发明第四实施方式涉及一种传感器本底噪声的检测装置，如图4所示，传感器本底噪声的检测装置包括：判断单元1、选择单元2以及计算单元3。

判断单元1用于接收传感器输出的采样值，并判断采样值是否属于本底噪声允许范围。

选择单元2用于在采样值属于本底噪声允许范围时，选定采样值作为本次本底噪声采样值。

本实施方式中，本底噪声允许范围的上边界值为所述上次本底噪声采样值与预设的本底噪声通道宽度的一半之和，所述本底噪声允许范围的下边界值为所述上次本底噪声采样值与所述本底噪声通道宽度的一半之差。

其中，本底噪声通道宽度的计算公式为：W＝2*(a+nσ)；其中，W表示所述本底噪声通道宽度，a表示所述传感器两次采样之间的环境变化极限速度，σ表示本底噪声的正态分布，n表示符合安全边际需求的自然数。

计算单元3用于根据传感器的上次本底噪声与本次本底噪声采样值，计算传感器的本次本底噪声。

实际上，本实施例中，可以由一个处理器实现判断单元1、选择单元2以及计算单元3所实现的功能，在实际应用中，可根据实际情况设置选择，本实施例不作任何限制。

本实施方式相对于现有技术而言，提供了一种传感器本底噪声的检测装置，能够应用本发明实施例提供的传感器本底噪声的检测方法。

不难发现，本实施方式为与第一实施方式相对应的装置实施例，本实施方式可与第一实施方式互相配合实施。第一实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第一实施方式中。

本发明第五实施方式涉及一种传感器本底噪声的检测装置，第五实施方式在第四实施方式的基础上的细化，主要细化之处在于：提供了本次本底噪声的一种计算方式。

本实施方式中，计算单元根据上次本底噪声与本次本底噪声采样值计算本次本底噪声中，本次本底噪声的计算公式为:Base₀＝Base₁/N₁+Input₀/N₂，1/N₁+1/N₂＝1；其中，Base₀表示本次本底噪声，Base₁表示上次本底噪声，Input₀表示本次本底噪声采样值，1/N₁和1/N₂分别表示上次本底噪声与本次本底噪声采样值对应的权值。即，本实施例提供的计算方式能够按照一定的权值将传感器随环境变化的变化值更新到本底噪声中，使得检测到的本底噪声为当前最新本底值。

本实施方式相对于第四实施方式而言，提供了本次本底噪声的一种计算方式，并且该种计算方式将传感器的本次本底噪声采样值、以前的本底噪声采样值与以前的本底噪声值按照一定的权值分布进行平均，在将传感器随环境变化的变化值更新至本底噪声中的同时，具有一定的平滑滤波功能，对系统噪声做了平滑处理，使得检测出的本底噪声更加准确。

不难发现，本实施方式为与第二实施方式相对应的装置实施例，本实施方式可与第二实施方式互相配合实施。第二实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第二实施方式中。

本发明第六实施方式涉及一种传感器本底噪声的检测装置，第六实施方式在第四实施方式的基础上的细化，主要细化之处在于：如图5所示，提供了传感器本底噪声的检测装置的具体硬件电路。

本实施方式中，判断单元1包括：比较电路15、第一加法器11、减法器12、第一寄存器13、以及第二寄存器14。

第一加法器11，用于计算上次本底噪声采样值与本底噪声通道宽度的一半之和作为本底噪声允许范围的上边界值。

减法器12，用于计算上次本底噪声采样值与本底噪声通道宽度的一半之差作为本底噪声允许范围的下边界值。

第一寄存器13，用于储存本底噪声通道宽度的一半。本实施例中，可以只存在一个第一寄存器13，即供第一加法器11与第一寄存器13共用；也可以存在两个独立的第一寄存器13(如图5所示)，分别连接第一加法器11与第一寄存器13。

第二寄存器14，用于储存上次本底噪声采样值。

比较电路15，用于判断采样值是否属于本底噪声允许范围。

示例的，如图5所示，比较电路15包括第一比较器151、第二比较器152和与门153。其中，第一比较器151的正相输入端、第二比较器152的反相输入端、第一比较器151的反相输入端与第二比较器152的正相输入端的连接处分别形成比较电路15的三个输入端；比较电路15的三个输入端分别连接于第一加法器11的输出端、减法器12的输出端以及传感器4；第一比较器151与第二比较器152的输出端分别连接于与门153的两个输入端。然实际中不限于此，还可以设计其他的比较电路15的电路形式，本实施例只是示例性说明。

本实施方式中，第一加法器11的两个输入端分别连接一个第一寄存器13与第二寄存器14；减法器12的两个输入端分别连接另一个第一寄存器13与第二寄存器14；比较电路15的三个输入端连接于第一加法器11的输出端、减法器12的输出端以及传感器4。

本实施方式中，选择单元2包括选择器21。

选择器16，用于在采样值属于本底噪声允许范围时，选定采样值作为本次本底噪声采样值，并通过第二寄存器14输出至计算单元3。

本实施方式中，选择器16的控制端连接比较电路15的输出端(即图5中，与门153的输出端)，选择器16的第一输入端连接于传感器4，选择器16的第二输入端连接于第二寄存器14的输出端，选择器16的输出端连接于第二寄存器14的输入端。

本实施方式中，上面的判断单元1与选择单元2对应的电路，实际上可以理解为一个通道滤波器。示例的，当接收到传感器4输出的采样值时，第一比较器151和第二比较器152经过比较，当采样值在本底噪声允许范围内时，第一比较器151和第二比较器152分别输出高电平，与门53将第一比较器151和第二比较器152的输出结果取与计算并输出高电平，此时，选择器16选择传感器4提供的采样值作为本次本底噪声采样值输出至计算单元3。当采样值在本底噪声允许范围之外时，与门153输出低电平时，选择器16选择第二寄存器14保存的上一次本底噪声采样值作为本次本底噪声采样值输出至计算单元3。

本实施方式中，如图6所示，计算单元3包括：第一乘法器31、第二乘法器31、第三寄存器33、第四寄存器34、第五寄存器35以及第二加法器36。

第一乘法器31，用于计算上次本底噪声与上次本底噪声对应的权值的乘积。

第二乘法器32，用于计算本次本底噪声采样值与本次本底噪声采样值对应的权值的乘积。

本实施例中，第一乘法器31与第二乘法器32也可以为第一除法器与第二除法器。当第一乘法器31为第一除法器时，用于计算上次本底噪声与上次本底噪声对应的权值的倒数的商。当第二乘法器32时，用于计算本次本底噪声采样值与本次本底噪声采样值对应的权值的倒数的商。

第三寄存器33，用于储存上次本底噪声对应的权值。

第四寄存器34，用于储存本次本底噪声采样值对应的权值。

第五寄存器35，用于储存本次本底噪声。

第二加法器36，用于计算第一乘法器31输出的乘积与第二乘法器32输出的乘积之和作为本次本底噪声；并将本次本底噪声输出至第五寄存器。

需要说明的，本实施例中，在计算单元3中可以设置第三寄存器33以及第四寄存器34，以自由配置权值，然实际中不限于此，也可以将权值分别写入第一乘法器31以及第二乘法器32(但这种方式无法灵活改写权值)。

本实施方式中，第一乘法器31的两个输入端分别连接于第五寄存器35与第三寄存器33；第二乘法器32的一个输入端321连接于第二寄存器14的输出端，另一个输入端第四寄存器34；第二加法器36的两个输入端分别连接于第一乘法器31与第二乘法器32的输出端，第二加法器36的输出端连接于第五寄存器35。

本实施方式中，上面的计算单元3对应的电路，实际上可以理解为一个移动平均累加器，用于将通道滤波器输出结果进行加权累加；即，第二加法器35将第一乘法器31、第二乘法器32分别输出的值进行累加，当通道滤波器检测到新的输出值后，移动平均累加器再进行累加一次

本实施方式相对于第四实施方式而言，提供了传感器本底噪声的检测装置的一种具体硬件电路。相对于现有技术而言，本电路减小了规模，简化了电路结构，降低了装置的功耗。

不难发现，本实施方式为与第一实施方式相对应的装置实施例，本实施方式可与第一实施方式互相配合实施。第一实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第一实施方式中。

值得一提的是，本实施方式中所涉及到的各模块均为逻辑模块，在实际应用中，一个逻辑单元可以是一个物理单元，也可以是一个物理单元的一部分，还可以以多个物理单元的组合实现。此外，为了突出本发明的创新部分，本实施方式中并没有将与解决本发明所提出的技术问题关系不太密切的单元引入，但这并不表明本实施方式中不存在其它的单元。

本领域技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一个设备(可以是单片机，芯片等)或处理器(processor)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。