基于高调制频率的快速数字锁相算法

为了提高数字锁相的检测速度以及其最高调制频率,改善数字锁相放大的实时检测性能,文中提出了一种新型快速数字锁相算法。文中根据方波参考信号傅里叶展开存在奇次谐波,使得调制频率等于参考信号频率的2m-1倍。同时,通过将采样频率设为调制频率的4的整数倍,保证两路参考信号的正交性。在相敏检波算法实现中,仅仅存在加减法运算,消除了乘法运算,提高了数字锁相算法的运算速度。而且,基于普通微处理器的数字锁相放大能达到的最高调制频率也得到了有效的提升,改善了锁相放大的实时性能。实验表明,该算法既具备较高的速度,又能提高锁相放大的实时性,使得数字锁相对微弱信号的实时检测在普通微处理器上的实现成为可能。     

精密光学斩波控制器设计

光学斩波控制器用于对光谱测量中入射光进行斩波调制,使入射光变为按一定频率变化的光信号,并提供参考频率信号,使后续锁相放大器对单色仪分光后的光信号进行锁相放大,实现对微弱光信号的检测。精密光学斩波控制器是微弱光信号测量中的关键部件之一,其斩波频率的稳定度及精确度是影响微弱信号放大的关键因素。以ARM单片机为核心,通过对斩波轮进行高精度转速测量,以分段式增量PID实现直流电机的PWM闭环控制,最终实现斩波轮转速的精密控制。实际应用表明,将该斩波器生成的脉冲作为锁相放大器的参考信号得到了令人满意的效果。     

皮米量级微位移信号处理分辨力的光纤布拉格光栅探针系统

为了实现超高分辨力的微位移测量,建立了基于光纤布拉格光栅传感的高灵敏度探针系统,研究了静态锁相放大技术,用于检测小于纳米量级的微位移信号.根据光纤布拉格光栅传感原理,设计了高灵敏度的双光栅自补偿解调系统结构.基于信号特征研究了静态锁相放大技术,用于实时检测处理微弱测量信号.最后,通过探针系统的性能测试实验可获得灵敏度和...     

光学镀膜近红外膜厚监控的信号压噪

在光学真空镀膜膜厚监控过程中,近红外波段信号弱、外界干扰大、信噪比低,难于检测监控。运用相干检测、锁相放大原理,在光学真空镀膜机可见光波段监控系统的基础上,自行研制锁相放大器和改装近红外探头,成功地实现了近红外信号的压噪、放大、滤波和检测监控。     

基于虚拟数字锁相放大的微弱电阻测量

小阻值的接插件广泛应用于各类精密电路中,具有重要的意义.精密插座和开关通流电流小、电阻低,测量时掺入了噪声,使得微弱的有用信号淹没在噪声中.为获取有用信号,该设计针对微弱接触电阻,以NI PCI-4462高精度数据采集板卡为硬件平台,进行高速数据同步采集;以LabVIEW为软件平台,设计了基于高频激励高速采样的虚拟数字锁相放大算法.文中对算法开展微弱信号分析,在小型拨动开关的阻值测量中得到了初步应用.     

锁定放大微弱信号检测仿真与设计研究

为解决商用锁定放大器不便于特定应用背景下微弱信号检测系统的灵活扩展与剪裁,该文分析了正交锁定放大的基本原理,建立了正交锁定放大的MATLAB/SIMULINK数学模型,展示了锁定放大所能达到的性能以及数字信号处理对锁定放大性能的改善效果。给出了正交锁定放大检测装置的硬件设计过程,包括前端信号调理电路、移相电路、相敏检测电路、低通滤波电路、均方值电路及数字显示电路等。仿真表明,在高斯噪声影响下,微弱信号检测可以达到较高的检测精度,且通过滑动平均值滤波算法可以有效提高检测的精度。实验研究表明,在噪声信号峰峰值为10 V情况下,可以将50 m V的有用信号提取出来,且在50 m V以上可以拟合出较好的输入输出线性关系,便于检测装置的标定。     

基于正交锁相放大器的微弱应变信号检测系统

在工业现场利用应变传感器进行形变测量时,被测物在小负荷作用下使得传感器输出的应变信号十分微弱。微弱信号有时甚至会被现场的强噪声信号完全淹没,这时提取有效的微弱信号将变得非常困难。针对这种实际问题,应用相关检测法设计了基于正交锁相放大器的微弱应变信号检测系统。在设计中,待测微弱应变信号通过信号调理、低噪声放大和带通滤波后与严格正交的两路参考信号进行相乘。然后,将乘法器输出信号进行低通滤波得到与待测信号幅值成正比的直流信号。对直流信号经过A/D采集和计算实现微弱应变信号的检测。经过Simulink仿真、现场实验与运行,结果表明系统能有效地抑制噪声信号,准确测量出微弱的应变信号。     

基于STM32F407的AOTF光谱仪双通道信号检测系统

基于声光可调谐器件(AOTF)原理设计的近红外光谱仪的光电探测器检测到的有用光信号远远小于光源的噪声信号,在检测时容易被淹没在强噪声中。为了提高信号检测系统的信噪比,针对AOTF近红外光谱仪待测的微弱光信号,基于相关检测原理,以STM32F407为控制核心,以锁相放大电路为电路核心,设计了新型双通道信号检测系统。同时设计新型光源调制电路对光源进行交流调制,便于后级锁相检测。经过系统测试验证,该系统检测精度高、可以获得高质量的物质漫反射光谱图、系统稳定性高,可以应用在AOTF近红外光谱仪器中。     

光声光谱信号的检测与处理

针对微型光声光谱气体检测实验中背景噪声严重,微音器信号无法被准确提取的问题,借助计算机及其声卡设计了PAS传感器信号检测系统.首先,分析实验中锁相放大技术的基本原理,提出利用虚拟仪器技术实现光声信号检测的方法;通过分析实验中可虚拟化的仪器原理,最终利用LabVIEW开发出自动检测系统,实现了硬件仪器软件化,有效减少实验中硬件噪声源的存在,采样频率192 kHz,采样位数24 Bit,存储深度极大.结果与结论:结果表明它能从5 mV的噪声中提取0.1 mV的光声信号,误差为0.9%,能够很好的应用于光声试验中,满足稳定可靠、精度高、抗干扰能力强等实验要求.     

基于数字锁相放大的时栅传感器信号处理研究

针对时栅位移传感器对信号噪声和插补时钟频率稳定性敏感及需要时钟频率高的问题,提出了一种基于数字锁相放大技术的时栅位移传感器信号处理方法。该方法用STM32F4微处理器同步产生激励信号和采集时栅输出信号,不需采集正交参考信号,将正交参考信号和输出信号送入正交矢量型数字锁相放大器,实现角位移检测。研究了基于数字锁相放大技术的时栅传感器信号处理原理和算法,设计了A/D采集电路和窄带低通数字滤波器。仿真和试验表明:在信号噪声较大条件下,时栅位移传感器的误差控制在±1.1″以内,显著提高了精度。该方法只需采集一路感应信号即可实现传感器角位移检测,优化和简化了电路结构。     

微弱光强信号采样电路设计

微弱光信号检测电路应用在许多精密测量仪器中。针对微弱光强信号放大采样问题,分析了传统光电检测电路存在的不足,采用S2387系列光电二极管,结合多级放大电路与T型反馈电阻网络,设计了一种放大倍率可编程的微弱光强信号采样电路。基于对实验数据的分析,通过对前后级放大倍数的合理分配,该电路兼顾了提高响应速度与降低噪声的要求,简洁可靠,适合于光强和波长变化范围大的微弱荧光、散射光和反射光检测。     

基于单片机的微弱光电信号检测系统

采用单片机作为系统的主要控制芯片,由光电传感器采集微弱光信号,经放大电路放大,利用单片机内部的A/D进行模数转换,由LCD显示,实现了微弱光电信号的检测,且可利用串行通信接口与上位机进行数据通信。该系统具有检测快速、准确等优点,可应用于物品表面光泽度的检测。     

电磁超声接收系统的设计与实现

提出了一种由正交矢量锁相发大器为核心构成的电磁超声接收系统,该系统针对电磁超声换能器(EMAT)换能效率低,噪声干扰大的现状,以及锁相放大在提取噪声中微弱信号方面的优异性能,采用模拟与数字相结合的方式完成整个接收系统的设计.在该方案中,整个接收电路围绕由平衡调制解调器AD630构成的相敏检波器(PLD)展开,分别设计了信号通道、参考信道和相关器电路,并给出了相关的电路设计图.最后通过实验对比验证,证明该系统可以从噪声中提取出微弱的检测信号,且消噪效果明显,提高了信噪比.     

基于FPGA的增益可调微弱信号采集系统设计

针对以往采集电路中放大倍率固定,适用的采集环境单一,不可灵活调理实际微弱信号的现状,设计了基于FPGA的增益可调微弱信号采集系统,该系统以FPGA为核心,以集成运算放大器OP37G,模拟开关DG611DY组成增益可调放大电路,具备了×0.5,×2,…,×100,×200等10种放大倍率可编程控制的功能,以高精度模数转换芯片AD7865为采集芯片,实现了高精度微弱信号的采集。试验结果表明:系统在多种微弱信号环境下经增益电路放大后,各通道采样精度均能达到0.1%。系统可灵活应用于多种微弱信号采集环境,稳定可靠,已成功应用于某微弱信号测试场合。     

声表面波陀螺微弱信号接收电路研究

依据声表面波陀螺基本原理的公式推导,声表面波陀螺的输出信号是频率电压信号.由于声表面波压电效应产生的电压信号非常微弱,一般放大不能分辨出信号电压和噪声电压.因而利用锁相放大的方法将此微弱电压信号从噪声信号中提取放大,解决了声表面波陀螺的信号放大问题.     

静电悬浮转子微陀螺微位移信号检测系统的设计

为实现对悬浮转子微陀螺转子五自由度的测量,提出了一种频分复用的微位移检测原理,主要介绍了多频率信号发生器,前置放大器,锁相放大器组成的测试系统,设计了一种基于DDS技术的多频率信号发生器和基于锁相放大原理的解调电路。实验和分析结果表明,该电路能实现多自由度微位移检测,设计的多频率信号发生器的频率分辨率能达到0．005821Hz,相位分辨率可以达到0．006rad,检测轴向灵敏度为1．34V／μm,检测径向灵敏度为0．092V／μm,测量电路的轴向位移分辨率为0．45nm,径向位移分辨率为6．6nm,转角的分辨率为0．25μrad,位移检测电路的分辨率,灵敏度和测量范围能够满足静电悬浮转子微陀螺的控制需要。     

锁相放大器在激光外差信号检测中的应用

目前,激光外差技术在激光测振、测速和测距等精密测量中已有广泛的应用,但在这些应用中待检测的光信号都非常微弱且含有大量噪声。为了提取该信号采用锁相放大器作为系统检测电路,在分析锁相放大器原理的基础上,设计了锁相放大器各模块电路并仿真。经实验测试,在给锁相放大器加幅度为0．01～0．5mV的信号时,在电路输出端可以得到信号。     

基于AD630的双相锁相放大器设计

在利用激光吸收光谱技术进行摩托车尾气检测的系统中,携带有用信息的光信号是微弱信号,淹没在很强的噪声和其他干扰的背景中,因此必须采用微弱信号检测技术中的锁相放大器来实现有用信号的提取。阐述了微弱信号检测的基本原理,比较了单通道和双通道的锁相放大器的优劣,设计了运用AD630作为相关乘法器的双相矢量锁相放大器。     

基于虚拟锁相的原位光学测量技术

构建了一套基于虚拟锁相放大技术能准确测量微弱信号的高精度宽波段原位光学测量系统.介绍了该测量系统的构建目的、系统结构及原理;通过美国Ni公司的图形化编程语言Labview虚拟实现了锁相放大器功能,并应用于本套测量系统;测量了系统光源在200～2500nm的光强分布以及系统的测量重复性.最后利用该套系统测量了一块石英玻璃的透过率,并与lambda950的测量结果比较,两者测量结果平均相差0.95%.实验结果表明,虚拟锁相放大技术不仅能有效地抑制杂光和电气设备带来的噪声,而且简化了系统结构.     

基于混沌理论的微弱信号检测及自跟踪扫频电路实现

为解决工程实际中因待测信号常常被淹没在噪声背景中而传统信号检测方法难以检测等问题,将基于混沌理论的非线性信号检测技术应用到实际工程故障诊断中,开展了基于Duffing振子的微弱信号检测原理的分析,建立了混沌振子与微弱信号检测之间的关系,提出了基于Duffing振子的微弱信号检测方法,利用混沌系统相变对周期小信号的敏感性和对噪声具有免疫力的特点,设计制作了基于Duffing振子的微弱信号检测电路;对微弱信号检测的自适应进行了研究,利用AVR单片机及AD9850等芯片实现了信号检测电路的自动跟踪扫频功能,最后开展了该信号检测电路对不同频率微弱信号的检测试验。研究结果表明,用该电路可以实现在工程中常见的噪声背景下的中、低频率微弱周期信号的检测。