原子力显微镜探针振动信号检测电路设计

针对基于模拟电路的原子力显微镜探针振动检测系统噪声高,抗干扰能力差,以及基于数字集成电路的检测系统对不同控制系统兼容性差,成本高的缺点,且探针位移小,频率高的特点以及光电信号检测的准确度和精确度都对成像质量有直接影响,文中设计一种高增益、宽频带的基于运算放大器的探针信号运算处理电路,实现对原子力显微镜四象限微弱光电信号的检测、放大、逻辑运算以及滤波功能。实验表明:电路可以对四象限微弱电流信号进行I-V转换,放大增益可以达到40 d B以上,同时逻辑运算电路可检测共振频率为70 k Hz～2 MHz的探针振动信号,涵盖了原子力显微镜的探针振动工作范围。该电路很好地抑制寄生电容的影响,检测系统整体热噪声低于■。     

锁定放大技术在ACFM检测电路设计中的应用

扰动磁场检测信号是微弱信号且总是不可避免地含有噪声和干扰信号.利用锁定放大技术设计一扰动磁场检测电路,包括去2.5 V直流电路、放大滤波电路、移相电路、电压型开关式乘法器.该设计电路实现了对扰动磁场微弱信号的测量与消噪处理.试验表明,利用锁定放大技术设计优化ACFM检测电路是一种有效的方法.     

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。     

微伏级直流信号检测技术

针对微波功率检波器输出直流电压信号微弱、背景噪声强的特点,采用平衡斩波微弱信号检测技术,将微弱直流信号转化为交流信号,对交流信号进行低噪声前置放大和数字化处理,以实现大动态范围微波信号检测.通过对检波、斩波、前置放大和带通滤波电路的优化设计,制作了实验电路进行了实验研究,给出了实验验证结果.     

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。     

光阻法成像仪的前端信号调理电路设计

为了实现以光电二极管阵列为传感器,以光阻法为原理对高速运动下的微粒进行精确成像和测量,设计了一种可对光电二极管阵列所生成的多路瞬变信号进行快速响应的前端信号调理电路。该前端信号调理电路包含有128个信号调理电路单元,每个信号调理电路单元均由互阻放大电路、后级信号放大电路、分压射随电路和比较电路组成。经试验测试表明,对大小不同的粒子高速经过采样区时光电二极管阵列因粒子对光源的阻挡所产生的微弱瞬变信号,该电路均能快速有效地进行处理,可满足仪器对高速运动粒子进行成像测量的性能要求。     

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.     

基于热释电红外传感器微弱信号处理电路的设计与分析

微弱信号处理一直是传感器应用电路中一个棘手的热点问题[1].信号提取的重点则是如何对特定频率的微弱信号实现有效的提取并放大[2-4].文中通过对热释电红外传感器[5-6]探测器出来的信号进行分析,结合设计要求,经过严格的参数计算,对整个信号处理电路进行了合理的分级设计[7],经测试,电路具有良好的选频特性和滤波效果,具有最佳的平坦特性[8],实现了微弱信号的精确放大[9-10].     

红外瓦斯传感器微弱信号处理电路设计

为提高红外瓦斯传感器的检测灵敏度和系统信噪比,基于微弱信号检测原理,采用单光路双波长的实验方案,设计了以差动放大电路为核心的微弱信号数据处理电路,提高了系统的检测灵敏度,电路结构简单、实用、可靠。在实验室条件下,对该系统进行了瓦斯浓度的性能测试,并对实验数据进行了数据拟合处理,给出了瓦斯浓度与电压的关系式。试验结果表明,该电路能够有效地提取瓦斯浓度变化量信息,满足系统要求的0.5%检测灵敏度。     

感应类微弱信号放大电路设计

针对电缆感应类测井仪器电磁波测量信号动态量级大,低频长源距信号微弱,实时内零内刻,多通道切换等要求,设计了以单片机为核心的低噪声放大及采集电路,针对不同频率、不同幅度的原始测量信号和刻度信号进行高精度采样测量,针对短期噪声信号进行实时刻度量化,并针高动态范围信号刻度设计了分压刻度电路,满足实际设计需求,经实井测试,取得合格测井解释资料。     

微型机械旋转运动动态参数测试仪研究

在“微型机械旋转运动动态参数测试仪”研制过程中采用微动光阑提取微电机动态信号,此微动光阑连续可调,直至闭合,其微调量比普通光阑小几倍至一个数量级,可提取光束直径在0～2mm以内的光信号,再配以光敏接收器的选择和部份机械结构的设计,成功地实现了微弱动态信号的提取,这对尚处于摸索阶段的微图形动态测量具有重要意义。     

微弱光电信号检测电路设计

光电信号检测与采集电路的性能优劣,直接关系到粉尘浓度测量系统的准确度和精确度。在分析研究了光电检测基本原理和微弱信号检测影响因素的基础上,针对粉尘浓度测量系统中光信号的特点,通过采用差分式测量结构,提高光电探测器供电电源的稳定度,选用低噪声、响应快的运算放大器等措施,设计了一种噪声低、反应快、简单实用的微弱光信号检测电路,成功应用到了某粉尘浓度测量系统上。     

自动追光系统设计

以STC89C52单片机作为整个系统的控制核心,采用光电检测追光模式设计了一个自动追光系统.在光电检测追踪模式下,光电检测部分采用光敏三极管3DU5C作为光电传感器对光源信号进行采样,通过光敏三极管的比较电路来判断光源的方位,并通过A/D转换芯片ADC0809转换成数字信号,单片机采用L298N驱动电路驱动直流电机以控制小车,从而达到了自动追踪光源的目的.     

微型机械运动参数测试中弱小信号的提取

论述了在“微型机械运动参数测试仪”中的微弱信号提取问题,由于正确地选择光敏接收器及电路设计,成功地实现了对微弱信号的提取。     

光纤传感器测量小孔圆度误差

提出了采用光纤传感器测量小孔圆度误差的一种新方法.该系统由光纤测量探头和以微型计算机为基础的控制电路组成.光纤探头由单根多模光纤制成,采用反射式光强调制原理.由红外发光二极管提供稳定的光源,返回光信号由光电二极管接收,并经过光电转换,由微机进行信息处理.传感器测头的结构小巧、抗干扰能力强,可以在高电压、强磁场和空间狭小的条件下工作,具有很强的通用性.实验表明该方法能可靠精确地测得小孔圆度误差.     

光源闪动频率测试系统设计

针对某型号手机带手电筒闪光的特点,设计了一种光源闪动频率测试系统。利用小面积PIN光电二极管对光源闪动的信息进行捕捉,设计了光电转换电路对光信号进行识别和转换,采用滞回比较器对信号进行整形。通过对手电筒30Hz闪动模式实际测量表明:该系统性能可靠且测量精度高,有一定的实用价值。     

高精度光电自动折射仪的瞄准方法及其实现

介绍了一种用于高精度光电自动折射仪并采用振动狭缝瞄准的自动瞄准方法,说明了影像宽度、振动狭缝宽度和振幅之间的几何尺寸关系。该瞄准方法采用计算机控制,实时采集经被测样品出射的单色光信号,根据该信号的幅值和相位自动确定瞄准点。给出了实现该方法的电路原理、系统组成。在365～2600nm范围内对大量光学材料进行测试表明,振动狭缝法的瞄准精度优于±0.1角秒。     

基于光电技术的GIS设备微水在线检测方法的研究

GIS设备中微水含量超标威胁设备的安全及稳定运行。本文基于光电技术,研究了光谱吸收型光纤传感器检测GIS设备中的微水含量。采用半导体激光器光源,通过光源调制实现谐波检测,消除光源的不稳定和变化所引起的误差。光电测量方法不仅能精确测量微水含量,而且能实现在线检测,安全可靠。     

一种雷电探测的红外光学辅助探测电路

雷电探测技术是雷电科学的重要研究领域,该文设计了一种雷电探测的光学辅助探测电路。该电路在现有电磁场强度的雷电探测仪基础上增设光学辅助探测电路,利用光电管探测到的闪电红外光信号对雷电发生的个数和方位进行辅助确认,从而起到提高雷电探测精度的作用。     

水膜厚度光纤检测系统

针对海水泵滑靴副水膜厚度测量需求,利用反射强度调制型位移光纤传感器工作原理设计并实现了一种水膜厚度检测系统。设计了与海水泵结构相对应的光纤探头,其采用具有较好补偿功能的三圈同轴型光纤束结构消除了由光源强度、反射表面性质以及光纤光强损耗和弯曲损耗等因素带来的影响;开发了由光源模块、电源模块、光电转换模块、低通滤波模块、信号比值模块等组成的前置器用于信号调理。对开发的水膜厚度光纤检测系统进行了静态性能和动态性能测试实验,结果表明:该检测系统的测量精度可达微米级,测量系统的量程为1 000μm,灵敏度为3.45mV/μm,动态性能良好,满足了对海水泵水膜厚度的检测需求。