锁相技术研究论文

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1、锁相技术研究论文锁相技术课程论文论文题目：数字锁相技术研究专业：信息类班级：信息班学号：姓名：指导教师：魏平俊201年5月数字锁相技术研究摘要随着光电技术和传感技术的飞速发展，经常遇到微弱信号被淹没在强噪声背景中的问题。运用锁相放大器能够测量到传统方法无法测量的微弱量。它是利用噪声与参考信号不相关，而被噪声淹没的被测信号与参考信号有着非常高的相关性的原理设计出来的。根据相敏检波器的实现方式不同，锁相放大器可以分为模拟锁相放人器及数字锁相放人器，后者较之前者，具有更高的灵活性和准确性。本课题研制了一种宽频带的数字锁相放大器，可以完成自动增益和相位可调整，最长

2、积分时间为100s,适合于频率从10Hz到10kHz,幅值从100nV到10mV的微弱正弦信号检测。测量结果表明，当采样点数N大于8192时，结果接近理论值。数字锁相放人器是检测淹没在强噪声背景中微弱信号的仪器，市面上也有相关产品。本课题中设计的能够测量nV级微弱信号的数字锁相放大器，测量精度高、方法灵活，此产品的研制成功，将具有巨大的理论意义和巨大的市场潜力。关键词：锁相放大器；微弱信号；相关解调；TMS320VC54161-1课题背景科学技术发展到现阶段，极端条件下的物理实验已经成为深化认识自然的重要手段，这些现象的精密测量以及物质的微观结构与弱相互作

3、用的研究，不仅促进了自然科学的发展，也为国民经济和国防建设创造了有利条件，引起了科学的重大革新。随着电子技术的发展，对于众多的弱物理量，如弱光，小位移，微温差，小电容，微电导，弱磁，弱声及微振动等，一般均可通过各种传感器完成非电量到电量的转换，但由于弱物理量本身的不稳定，传感器的本底与测量仪器引入的噪声影响，不可避免会造成有用电信号被噪声淹没的不良结果。这些噪声来自很多方曲，如系统内部的白噪声、电子倍增噪声、表面态引起的闪烁噪声以及光的量子噪声，系统外部的温度涨落、地线污染、机械振动等环境噪声。有时这些噪声的电平甚至远远大于被测信号电平［1］。微弱信号检测

4、的目的是利用电子学的，信息论和物理学的方法，分析噪声产生的原因和规律，研究被测信号的特点与相干性，检测被背景噪声淹没的弱信号。微弱信号检测(WeakSignalDetection)是测量技术中的综合技术和尖端领域，由于它可以测量传统观念认为不能测到的微弱量，所以才获得迅速的发展和普遍的重视。对于众多的微弱量，一般都可以通过各种传感器做非电量到电量的转换，使检测对象转变为微弱电量(电压或电流)，然后，利用锁相放大器对这些微弱信号进行测量。止弦信号是测量中最常遇到的一种信号。对于这种信号,要测量的是它们的振幅和相位。在微弱信号检测领域中，由于信号幅度很小（通常

5、为UV到nV量级），而伴随的噪声却很大，从而给信号的精确测量带來很大的困难。传统的测量方法是用带通滤波器对信号进行滤波，达到正弦信号的测量目的。这是因为正弦信号是一种窄带信号，而噪声具有宽频带分布，通过通滤波后，噪声得到充分抑制，从而达到提取信号的目的。但是，这种方法对于微弱正弦信号测量有很人困难，因为要充分抑制噪声，就必须要非常窄的带宽。1-2数字锁相放大器的意义和发展状况锁相放大器是最常用的微弱信号检测仪器适用于检测正弦信号的幅值及相位。锁相放大利用了噪声与参考信号不相关，而淹没于噪声当中的微弱信号与参考信号有着极高的相关性的特点，并将混有人量噪声的信

6、号与参考信号相乘，英直流分量即为信号的有效值。它将微弱的（或低信噪比的）缓变信号首先进行调制，然后对已调信号进行选频放大，再与同频率的参考信号输入到相敏检波器进行相关运算，最后通过低通滤波及直流放大输出，输出信号反映出缓变信号的电压或电流，极大的降低了噪声。从而将湮没在强噪声中的微弱信号提取出来。相敏检波器（PSD）是锁相放大器的核心，由乘法器及低通滤波器构成[4-7]o目前，锁相放大器是微弱信号检测仪器中一个十分重要的品种，它能够测量到输入信噪比低达10・5的微弱正弦量，相当一个具有带宽小于0.0004Hz的中心频率可调的带通滤波器，因此，已经有很多厂家

7、牛产这种仪器，并在众多领域得到广泛应用⑻。自从1928年约翰逊(Johnson)对热骚动电子运动产生的噪声进行研究以来，大量科学工作者对信号的检测做出了重耍贡献。尤其是近三十年来，更加取得了突飞猛进的发展，测量的极限不断低于噪声的量级。1962年美国PARC第一台相干检测的锁相放大器问世，使检测的信噪比瞬间提高到1000o而到上世纪八十年代初，信噪比则提高到。因此，过去曾被认为不可测量的微观现象或微弱相互作用所体现的弱信号，现已成为可能,这人人推动了物理学、天文学、医药学、生物学、化学以及广泛的工程技术科学领域的发展，锁相放大器技术也作为新兴的分支技术领域

8、被更多科研工作者所重视⑼［10］由于利用锁相放大器进行微弱信号测量