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锁相放大器应用于弱信号检测

锁相放大器应用于弱信号检测
  随着人们对准确度和精密度要求的不断提高,长期以来,弱信号检测技术在很多领域,特别是雷达、声纳、通信、工业测量、机械系统故障分析等领域中一直处于关键地位。例如,在物质分析中确定荧光强度,在天文观测中接收卫星信号,在地震学中确定地震波形和速度。但发现微信号是一个很大的挑战,因为它经常被系统本身或者外部环境的噪音所淹没。利用锁相放大器,从大量的背景噪声中恢复弱信号。
 锁相放大器常用来提取微弱的振动信号。锁相放大器对信号进行隔离,滤除大部分不必要的噪声。
 通过锁相放大器来处理信号,测量调整后的来自物体的信号相位,确定物体的位移。
1.强信号测量
 第一,我们需要知道用这种系统来测量什么类型的信号,首先用高反射的物体构造系统。这样的话,我们用镜子。镜面安装在机械平台上,以2Hz的频率与激光正弦移动1cm,来模拟运动对象。镜子把光反射到光电探测器上。要得到强信号的产生强度(相对于弱信号),首先要观察Moku:示波器上的10MHz调制信号。
2.微弱信号测量
通常,物体反射如此多的光线是很少见的。更为普遍的是,光在物体上的漫射,向多个方向扩散,使探测器上接收到的光变弱。这种弱信号系统对信号的检测还不十分清楚,需要采用更先进的信号处理技术。
为此,我们再一次进行了测量物体位移变化的实验。但这一次,我们用的是分散纸。不像镜子,从纸上反射的光会向多个方向散射,所以光电探测器探测到的微弱光会被系统发出的电子噪声覆盖。再一次,纸由2Hz的正弦信号作为模拟信号驱动。
再用Moku:示波器观察光电探测器探测到的10MHz调制信号。图5显示从光电检测器接收到的散射信号。不像镜子的强烈反射,显示器上检测到的信号和噪声是无法分辨的。
但是信号还在,可以用锁相功率来恢复。第一,调整输入方增益。本例中,我们在前端选择了+48dB的数字增益。采用数字信号处理技术,使增益增大,信号增强。这一阶段信号和噪声都增加了,SNR(信噪比)没有改变。
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