第八微弱信号检测演示文稿.pptVIP

相关检测的矢量解释 检测结果(对基矢投影)： 被检信号与参考信号相对稳定不动；有稳定输出--直流 被检信号与参考信号有相对运动；有不稳定输出--交流 通过阻容电路（积分器）可滤除交流，取出直流 当前第62页\共有97页\编于星期三\9点 典型锁相放大器原理 当前第63页\共有97页\编于星期三\9点 锁定（锁相）放大器（lock-in amplifier）就是利用互相关原理设计的一种同步相关检测仪，利用参考信号与被测信号的互相关特性，提取出与参考信号同频率和同相位的被测信号。锁定放大器可在比被测光信号强100dB 的外来干扰中检测出目的信号。从锁定放大器问世以来，由于其在微弱信号检测方面的优越性能，在科学研究的各个领域得到广泛的应用。  当前第64页\共有97页\编于星期三\9点 锁定放大器有三个特点：用调制器将直流或渐变信号调制，进行交流放大，可以避免噪声的不利影响；利用相敏检测器实现对调制信号的解调，同时检测频率和相位，噪声与信号同频又同相的概率很小；利用低通滤波器来抑制噪声，低通滤波器的频带可以做的较窄，而且其频带宽度不受调制频率的影响，稳定性也大大地提高。 当前第65页\共有97页\编于星期三\9点 设输入信号为： 根据傅立叶变换，r(t)可用三角函数的形式表示。 当前第66页\共有97页\编于星期三\9点 检相器是一个相位比较装置，它把输人信号和参考信号进行比较。当两个信号的相位完全相同时，经低通滤波器后，输出信号的直流分量达到最大。 当前第67页\共有97页\编于星期三\9点 当前第68页\共有97页\编于星期三\9点 当前第30页\共有97页\编于星期三\9点 噪声的相关函数 当前第31页\共有97页\编于星期三\9点 测量技术的分类 非相关测量 普通的电压表，示波器，频率计等 使用方便，用途广泛 相关测量 锁定放大器，同步积分器，光子计数器,数字滤波器等 抗干扰能力强，工作稳定，灵敏度高 当前第32页\共有97页\编于星期三\9点 取样积分器 取样积分器(Boxcar)， 是一种微弱信号检测系统。它在原理上是很古老的，它利用周期性信号的重复特性，在每个周期内对信号的一部分取样一次，然后经过积分器算出平均值，于是各个周期内取样平均信号的总体便展现了待测信号的真实波形。因为信号提取(取样)是经过多次重复的，而噪声多次重复的统计平均值为零，所以可大大提高信噪比，再现被噪声淹没的信号波形。 当前第33页\共有97页\编于星期三\9点 一、取样积分器的工作原理 1、取样门及积分器 取样点的值，应是信号和噪声的和，我们以信号和噪声功率平均值来看积分前后信噪比的变化。若输入信号为Vsi，经过积分器M次积累后所得到的输出电压为 当前第34页\共有97页\编于星期三\9点 噪声电压是随机量Vni ，经过m次积累以后，相加所得值Vn仍为随机变量 当前第35页\共有97页\编于星期三\9点 通过累积以后获得的信噪比为 通过累积以后信号噪声幅值比(SNIR)为 当前第36页\共有97页\编于星期三\9点 一个取样积分器的核心组件是取样门和积分器，通常采用取样脉冲控制RC积分器来实现，使在取样时间内被取样的波形作同步积累，并将所积累的结果(输出)保持到下一次取样 当前第37页\共有97页\编于星期三\9点 取样门及积分器 当前第38页\共有97页\编于星期三\9点 当前第39页\共有97页\编于星期三\9点 取样积分器通常有两种工作模式，即定点式和扫描式。定点式取样积分器是测量周期信号的某一瞬态平均值； 扫描式取样积分器则可以恢复和记录被测信号的波形。下面分别讨论这两种模式。 当前第40页\共有97页\编于星期三\9点 2．定点式取样积分器 当前第41页\共有97页\编于星期三\9点 定点式取样是对被噪声淹没的信号在固定点取样、平均，所以经m次取样平均后，其幅值信噪比改善为 定点式取样积分器仅能在噪声中提取信号瞬时值，其功能与锁定放大器相同，不同的定点可通过手控延时电路来实现。 当前第42页\共有97页\编于星期三\9点 3．扫描式取样积分器 扫描式取样积分器利用取样脉冲在信号波形上延时取样，可以恢复被测信号波形。它主要包括可变时延的取样脉冲和在取样脉冲控制下作同步积累这两个过程。 扫描式取样积分器可得到形状与输入的被测信号相同，而在时间上大大放慢了的输出波形，故扫描式取样积分器能在噪声中提取信号并恢复波形。 当前第43页\共有97页\编于星期三\9点 当前第44页\共有97页\编于星期三\9点 当前第45页\共有97页\编于星期三\9点 当前第46页\共有97页\编于星期三\9点