Es ist ja anscheinend keine Fehlmessung, wenn du das Signal auch physikalisch mit einem Scope sehen kannst. Muss dann schon irgendeine elektrische Störung sein. Könnte am Sensor liegen oder auch an deiner Masse. Schwer zu sagen...

Trenne doch mal die Verbindung zwischen Sensor und AVR auf und schau, ob du die Störungen noch irgendwo siehst!

EDIT: Was mir noch einfällt - die ADC-Eingänge sind beim ATmega32 ja normale Port-Pins. Du initialisierst diesen Port aber nicht zwischendurch mal an irgendeiner Stelle im Programm neu, oder?? Nur so ne Idee - da könnten ja dann mal Pullups eingeschaltet sein oder der Port auf Ausgang stehen. Schon ändert sich die Spannung am Sensor für ne Zeit und die nächste(n) Messung(en) ist/sind im Eimer...