微弱信号检测课件5(高晋占–清华大学出版).pptVIP

Chpter 5 Sampled Integration andDigital Averaging 5. 1 取样积分原理 5. 2 指数式门积分分析 5. 3 取样积分器的工作方式 5. 4 取样积分器参数选择及应用 5. 5 数字式平均 5．1 取样积分原理 问题的提出：锁定放大器不能恢复脉冲波形，其 中的低通会滤除其高频分量，导致脉冲波形的畸变。 测量这类信号的有效方法是取样积分与数字式平 均。 * 工作方式： 单点式和多点式; 单点式又分为定点式和扫描式。 定点式：反复采样信号波形上某个特定时刻点的幅 度； 扫描式：采样点沿着波形从前向后逐次移动，用于 恢复和记录信号波形。 5. 1. 1 线性门积分 1. 如果开关K始终闭合： 积分器输出为: 特点：受电路线性范围限制，适于小信号。 阶跃响应近似为： 5.1.2 指数平均门积分 1. 如果开关K始终闭合： 等效积分电阻： 2. 如果 周期为T，采样门闭合时间宽度为 ： 等效时间常数为： 5. 2 指数式门积分分析 5.2.1 取样过程频域分析 取样过程： 将 展开为傅里叶级数 其频谱为 取样信号 其频谱为 作傅里叶变换，得: 5.2.2 指数式门积分电路频域分析 5.2.3 指数式门积分器的输出特性 1. 传输特性 幅度响应 2. 输出特性分析 考虑 1）指数项说明,输出沿指数曲线逐渐积累, 时间常 数 2）当 从0逐渐变化到T时，输出显示出一个完整周期的正弦波。这正是扫描式取样积分器的工作原理。 3）稳态输出时的衰减系数为 ，若要求衰减系数小于3dB，则 1）当改变延迟时间 时，输出按 的规律变化，这说明通过改变延迟时间 可以恢复出被测信号的任何高次谐波分量的波形。 2）积分的时间常数也是 。 3）为了使恢复的被测信号n次谐波分量的衰减系数小于 3dB， 要求： 上式说明： 输入被测信号在各谐波处要经过一阶带通滤波，带宽取决于等效时间常数 。 各次谐波处的幅度按 函数分布，在 处，幅度响应 。 5. 2. 4 指数式门积分的信噪改善比 ∵指数式积分，∴接近饱和时积分效果差， 对白噪： 对有色噪声： 5．3 取样积分器的工作方式 5.3.1 定点工作方式 （1）原理 （2）采样积分次数N 5.3.2 扫描工作方式 1. 原理 用于恢复波形 起始点可控，斜率可控，便于选择恢复波形的 位置和宽度。 2. 扫描模式的SNIR 对于被测信号的任一点，被采样 次数为： 3. 扫描模式的传输特性 频率响应为 4. 定点方式与扫描方式相结合 5．4 取样积分器的参数选择及应用 5.4.1 取样积分器参数选择 4． 指数式取样积分器参数选择流程 5.4.2 基线取样与双通道系统 方法：信号与基线分别采样、积分，相减补偿漂移。 作用：可以补偿抵消暗电流、漏电流、漂移造成的测量误差。 要求：信号选通与基线选通的时间关系必须与斩波信号同步。 2．双通道取样积分系统 将被测量与标准量对 比，以消除误差。 对光强、漂移、温度进行补偿； 5.4.3 多点取样积分器系统 5.4.4 取样积分器应用 1 ．材料的光学特性检测 用基线取样法以消除杂散光、暗电流的影响。 2．超声波检测材料特性 3. 霍尔效应测量 I 和B 已知任一项就可以测另一项。 5．5 数式字平均 Boxcar积分器分辨率高，但每个信号周期只采样一次，信号利用率低，低频信号不宜。处理时间太长，漂移失真。 数字平均每个信号周期采样多次，信号利用率高，数 字存储无漂移。 BOXCAR积分和数字式多点平均的特点比较： 5.5.1 数字式平均原理 5.5.2 数字式平均的信噪改善比 通过增加N 可使SNIR 达到任意值。 *