基于电子开关式锁相放大器的微弱信号检测方法

在磁感应成像系统中,有用的二次磁场十分微弱,都淹没在主磁场中,因此采用微弱信号检测技术中的锁相放大器来提取。本研究以电子开关为相敏检波核心,利用相敏检波、锁相环、直流放大滤波、AD采样等电路模块,构成了精度高的模拟锁相放大器。该系统检测有效值10~1000μV频率为1kHz的正弦信号,其误差在2.6%以内;输入相同幅值频率为1.05kHz的噪声信号,其误差最大在3%以内;输入10倍幅值1.05kHz的噪声信号,对测量结果有一定影响,其误差最大8.6%。所以,基于电子开关式锁相放大器有很好的噪声抑制能力,能够在强噪声背景下提取出特定频率微弱信号。
     

基于自动频率跟踪的虚拟数字锁相放大器

为避免传统设计中待测信号与参考信号之间的道间干扰,以及信号传输过程中引入的噪声,设计了一种基于LabVIEW开发平台的虚拟数字锁相放大器（DLIA：Digital Lock-In Amplifer）。通过引入自动频率跟踪模块,大大降低了待测信号与参考信号频率的失配程度。同时,在经典的正交相敏检波算法基础上,通过对输出信号进行优化处理,得到了良好的输出波形。实验结果显示,待测信号的信噪比R_SNR可小于-20 dB,可检测的最小幅值达10 μV,自动频率跟踪模块的锁频误差小于0.02%,信号幅值的测量误差小于0.05%。该设计的自动频率跟踪能力的虚拟DLIA具有良好的测量稳定性。     

基于对数放大器的微弱信号检测系统

为解决微弱光信号检测中信号动态范围宽及噪声干扰等问题,设计一种由对称晶体管等分立元件组成的对数放大器.用方波信号对该对数放大器的输入、输出及频率特性进行分析,结果表明在输入信号频率低于13 Hz时,放大器有很好的放大特性,输入信号动态范围达60 dB,小信号增益最高可达到90 dB.使用该对数放大器设计了微弱光信号检测系统,针对检测系统存在的误差问题,基于电路放大关系编写算法,该算法能有效减小系统的输出误差.实验结果表明该系统能有效检测微弱信号.     

高选择性便携式正交锁相放大器研制

针对商用锁相放大器或虚拟锁相放大器体积较大、 价格昂贵, 无法集成在便携式设备中的问题, 利用信号相干检测原理, 设计并研制了一种基于ARM7的便携式正交锁相放大器, 包括两路参考信号相互正交的相敏检波器。为验证各电路功能, 详细测量了各模块的输出信号波形。利用信号发生器模拟产生待测信号, 对两路相敏检波器的输入输出关系做了标定, 并重点对所研制锁相放大器的性能做了测试和表征, 包括量程、 均值误差、 选频特性和检测下限等。实验结果显示, 系统测量下限小于等于5 mV, 检测范围为5~3 000 mV, 均值误差绝对值小于等于10 mV, 满度测量误差小于等于1%, 待测信号允许带宽0~50 kHz, 3 dB频带宽度小于1 Hz, 达到了便携式仪器的测量要求。     

基于PID控制的激光器稳频实验研究

应用PID控制原理,设计基于OP27型运算放大器的模拟PI控制电路。利用光学谐振腔稳定的谐振谱线作为锁相放大器的输入,通过锁相放大器内部的运算得出误差信号,将此信号作为PI控制电路的输入信号。PI控制输出信号反馈给激光器调制端口,以达到稳定激光器输出频率的效果。     

双频金属探测系统解调电路的设计

双频金属探测系统中存在解调电路,该电路需要先通过带通滤波,把其中得到的高频信号、低频信号分开,然后再对它们分别做相敏检波,信号中的相位和幅值便可转为另一种不同的信号电压。为了用于金属探测器的信号解调,研究设计了一种数字四通道锁相放大电路。     

检测微弱信号用的锁定放大器

本文阐述了噪声在微弱信号检测中的影响以及噪声的特点,从而提出了抑制噪声的方法和所采用的电路。此外,着重分析了相敏检波器的工作原理以及等效噪声带宽的计算问题。未了,介绍了锁定放大器的组成及其在测量中的应用。     

一种改进的小波滤噪算法及其在NMRL中的应用

本文针对核磁共振测井（NMRL）回波信号微弱且信号带宽较大的特点,将小波变换良好的时频局部化分析性能以及优良的噪声抑制能力与相敏检波算法相结合,设计并实现了一种基于小波阈值降噪的数字相敏检波（DPSD）算法。仿真结果表明,与FIR式DPSD算法相比,小波式DPSD算法在低孔隙度（T2＊较小）的情况下具有较低的峰值误差和良好的噪声抑制能力,在一定程度上解决了滤除噪声与保留信号完整性之间的矛盾,适用于低孔隙度地层的核磁共振测井应用。     

用于电光测量的电流放大器及其噪声测量方法

分析在微弱电流信号放大过程中由放大电路自身带来的各类噪声及其在电路输出端所产生的影响．用正弦波发生器法辅以锁相放大器（LIA）实现对放大电路噪声因子NF值的测量,进而判定各类放大器的最佳工作区间．     

用于痕量检测微弱信号提取的锁相放大电路设计及实现

在分析了现代微弱信号检测的研究技术的基础上,设计了一种基于AD630芯片的锁相放大器电路,利用锁相放大器芯片内部的锁相与乘法功能,对参考信号与探测信号进行处理,实现了信号的锁相放大,通过合适的积分电路,实现了锁相放大器的设计。文章还对微弱信号的前置放大电路进行设计,从而提高了整个锁相放大器电路的整体性能。该电路成功应用于光纤痕量气体检测中,并实现了0．0001％浓度量级的一氧化碳痕量检测,提高了检测灵敏度,效果明显。     

一种电流弱信号特征提取方法

针对数控机床主轴电流分析中微弱电流信号被噪声淹没的问题,提出了一种将调制随机共振和D-J阈值噪声估计技术用于电流弱信号的特征提取方法。利用调制随机共振技术获得了微弱电流信号的特征频率,在频域上采用D-J阈值收缩方法对所测得的电流信号进行噪声估计,从中分离出有用信号,并根据随机共振原理对该有用信号进行了幅值估计。仿真和实验结果表明,该方法可以对数控机床主轴电流信号中的微弱电流特征信号进行频率识别和幅值估计,克服了传统电机电流分析方法无法识别微弱电流信号的缺点,能够准确地提取出微弱电流信号中的特征频率,可对微弱特征信号进行比较准确的幅值估计,因此具有较强的工程实用价值。     

基于双耦合混沌振子的未知频率弱信号检测

针对微弱信号检测的难点问题,提出了一种应用于未知频率微弱信号的分段测频检测方法.利用双耦合Duffing系统相轨迹状态的跃迁对于输入微弱信号的敏感特性实现了对淹没在强噪声中的微弱信号的检测,同时利用分段测频方法实现了对微弱信号的频率测量,有效地解决了单Duffing振子的微弱信号检测方法易受噪声影响产生误判的问题,突破了现有微弱信号混沌振子检测方法只能进行已知频率信号检测的局限性.仿真实验结果证明该方法确实能够较为准确地检测出输入微弱周期信号的频率,使微弱信号检测技术得到进一步完善.     

基于独立分量分析的非均匀采样弱信号频域检测

非均匀采样可以在对模数转化器件的采样频率要求较低的情况下,提取超出Nyquist采样定理限制的频率.当包含两个幅值相差大于10%信号的混合信号经过非均匀采样后,由于采样的伪随机性会产生频谱噪声,因此从幅值谱中辨别不出幅值很小的弱信号.根据非均匀采样的幅值谱识别出大信号频率,构造模拟源信号,以混合信号作为另一个源信号,根据独立分量分析(ICA)对幅值不敏感的特点,使用FastICA算法从混合信号的频谱中成功分离出幅值为强信号幅值五百万分之一的弱信号.在弱信号检测过程中,提出利用互相关系数进行"扫相"处理,以解决大信号相位匹配的问题.在相位匹配存在0.70%误差的情况下,成功分离出幅值为强信号幅值0.06%的弱信号.     

一种采用改进自调零技术的误差放大器设计

设计了一种乒乓结构的误差放大器,采用改进的自动调零技术,实现连续时间内的信号放大和失调消除.利用可变增益电流镜构造了带辅助输入端的运放,克服了传统的失调存储技术对环路稳定性的影响.由于失调周期性的校准,很大程度上减小了开关频率范围内的1/f噪声,还可以消除由温度变化引起的运放失调漂移.采用0.6μm CMOS工艺进行了仿真验证,结果表明,误差放大器低频增益可达91.96 dB,-3 dB带宽为11.58 kHz,静态耗电流仅为14μA,失调消除电路可将1~20 mV的输入失调电压消除至20μV以内.     

基于压频转换的相敏检波器

为了实现对微弱信号的检测,提出了一种基于压频转换的相敏检波器。利用压频转换电路,将被测信号 中的模拟电压值转换成频率,使用单片机根据参考信号对转换后的频率信号进行计数和数字滤波,从而实现小 信号检测。分析了相关检测原理,完成了系统的软硬件设计与实现,并进行了验证实验及误差分析,结果验证 了本方案的正确性和可行性。该系统原理简单、成本低廉、可靠性强、方便实用,在微弱信号检测上具有广阔 的应用前景。     

基于差分振子与欧氏距离的微弱未知信号检测方法研究

针对噪声很大,并且具有非高斯、非平稳、非线性特征的轴承微弱故障信号,提出了基于差分振子结合欧氏距离检测微弱故障的方法,通过构造差分振子微弱信号检测器,结合欧氏距离定量识别出未知信号的频域信息和幅值信息,该方法很直观地证实了系统参数对检测信号的影响,将该方法用在提升机的轴承故障实例中,证实了该方法能够成功地提取出故障频率。     

光外差干涉对超声振动信号的解调

为了解调出微弱超声振动信号,设计了具有较高检测灵敏度的外差干涉系统。实验没有采用特殊的线偏振激光,而是采用普通氦氖激光器作为光源,然后通过PBS来产生相同的线偏振光;再让两束P光在光电检测器中形成外差干涉。实验结果显示,获得了幅值较大的外差干涉信号,幅值将近70 mV,频率达到了79.37 MHz,与标准的80 MHz的相对误差频率仅为0.7%;同时得到当振动信号频率为5 kHz,幅值为1 V时通过解调获得的超声振动信号最明显。     

微弱信号的双锁相检测电路研究

在薄膜厚度监控系统的光电检测中，针对信号特征，提出了微弱信号的双锁相检测思想，并研制了一套多级放大器和双锁相放大器。其输出信噪比≥500，静态漂移率≤7％h。膜厚监控测试实验肯定了该思想和电路设计。     

矿用本安型聚焦双频激电法激电信号接收系统设计

为解决聚焦双频激电法超前探测仪器应用于煤矿井下进行探测的问题,设计了矿用本安型聚焦双频激电法激电信号接收系统.该系统可产生双频PWM驱动控制信号,控制激励信号发送系统产生5路双频调制激励方波电流信号;通过井下测量电极及矿用传输电缆采集微弱激电电压信号,由锁相放大器进行信号处理后获得高低频电压幅值及相位等激电信息;矿用本安型人机界面实现探测数据及图像显示以及对整个系统的控制.研究结果表明:该接收系统产生驱动控制信号的频率为8 Hz及8/13 Hz、4 Hz及4/13 Hz、2 Hz及2/13 Hz、1 Hz及1/13 Hz四组中的任意一组,频率误差绝对值小于0.14%,激电电压幅值测量范围为±5 V,相对测量误差绝对值小于1.4%,满足实际超前探测要求.     

适用于微弱信号检测的低噪声仪表放大器

为解决传统仪表放大器的噪声与纹波等问题,设计了一种能测量微弱电信号的低噪声电容耦合斩波仪表放大器( CCIA: Capacitively-Coupled Chopper Instrumentation Amplifier) ,实现了极低的增益误差与等效噪声。通过采用斩波结构使输入共模电压达到轨对轨范围; 两级折叠式共源共栅放大器能有效地提升开环增益;同时,纹波减少环路( ＲＲL: Ｒipple Ｒeduction Loop) 可抑制CCIA 输出端的斩波纹波; 可调正反馈回路( TPFL:Tunable Positive Feedback Loop) 能提升CCIA 的输入阻抗; 最后,直流伺服回路( DCL: DC Cancellation Loop) 能抑制电极偏移并有利于微弱信号检测。CCIA 采用标准0． 18 μm CMOS 工艺实现,仿真结果表明,电路的增益误差为0． 11%,在100 Hz 下,等效输入参考噪声为6． 98 nV。