微弱信号检测装置论文_邵红宇

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1、微弱信号检测装置摘要：本系统采用MSP430G2553(LaunchPad)作为主控制器，利用双相锁定放大器检测原理实现微弱信号的检测。系统中，MSP430G2553实现LCD显示控制、已知频率的微弱正弦信号幅度检测、正交参考信号控制等功能；双通道DDS信号发生电路实现正交信号源的产生；MLT04模拟乘法器实现模拟信号相乘；MAX297实现低通滤波；OPA2227构成加法器实现正弦信号和噪声信号相加、以及双相锁定放大器经DC放大之后同相输出信号和正交输出信号的相加；OPA2134实现微弱信号的放大；ADC模块采用MSP430G2553自带的AD实现；键盘实现正

2、交信号源的调节与控制。通过测试：系统纯电阻网络衰减系数为121；微弱信号检测电路的输入阻抗Ri远大于1MW；输入正弦波信号VS的频率在500Hz~2kHz范围内、幅度峰峰值在20mV~2V范围内时，测量误差小于2%。因此，从测试结果来看，基本部分达到设计要求，发挥部分实现基本功能。该系统最明显的优势在于软件非常简单，只需采集微弱正弦信号电压幅度跟频率（频率其实是已知的）。关键字：LaunchPad；双相锁定放大器；双通道DDS正交信号源；低通滤波器；LCD显示一、方案论证与比较1.微弱信号检测电路方案一：基于微弱信号的混沌理论，混沌理论是非线性科学最重要的成就

3、之一,作为非线性科学的重要分支,混沌理论具有丰富的内涵和广博的外延空间。因此，混沌检测已经受到国内外很多学者的关注。为此，将混沌理论引入微弱信号的检测，利用混沌系数对小信号极强的敏感性及其对噪声的强免疫力来解决传统检测方法对噪声抑制不彻底的缺陷，通过对特定状态下的Duffing振子施加周期摄动力，即对混沌状态进行微扰，使系统由混沌状态突变到大尺度周期状态，从而根据系统相平面轨迹的变化，实现微弱信号的检测。该方案理论复杂，硬件要求很高，不太容易实现。方案二：采用快速傅里叶变换（FFT）与小波变换相结合的方法，快速傅里叶变换和小波变换相结合的原理是把信号通过正交基

4、把信号从一个域变换到另一个域，傅里叶变换是把信号从时域变换到频域，小波变换是把信号从频域变换到时域，是傅里叶分析深入发展过程中的一个新的里程碑。该方法利用小波分析中的Mallat算法进行数据的二次抽取，从而可以减少快速傅里叶变换的采样点，减少分析时间，提高信号的检测速度。此方法简单，容易实现，而且能快速地检测淹没在随机噪声中的低信噪比的微弱信号，可以满足实时检测的目的。但该方案算法太难，程序写起来复杂，要求有很强的编程能力。方案三：采用双相锁定放大器，双相锁定放大器中包含两个锁定放大器。其中，锁定放大器是以相干检测技术为基础，其核心部分是相关器，基本原理图如图

5、（1）所示。锁定放大器主要由信号通道，参考通道和信号处理通道三大部分组成。信号通道是相关器前的那一部分,包括低噪声前置放大器，各种功能的滤波器等组成作用是把微弱信号放大到足以推动相关器工作的电平；参考通道是将双通道DDS产生的信号（正弦信号或余弦信号）送至乘法器中；相关器是核心部分，其作用是将两路信号（一路正弦信号与噪声的混合混合信号，一路参考信号）相乘后将交流信号变成直流信号。该方案相对方案一思想上较简单，相对方案二软件上要简单的多。因此，本系统选择方案三。1.参考信号产生电路方案一：用MAX038芯片来产生所需的正弦信号，MAX038频率高、精度好，因此它

6、被称为高频精密函数信号发生器，能精密地产生三角波、锯齿波、矩形（含方波）、正弦波信号。频率范围从0.1Hz～20MHz，最高可达40MHz，各种波形的输出幅度均为2V（P－P）。占空比调节范围宽，占空比和频率均可单独调节，二者互不影响，占空比最大调节范围是15％～85％。波形失真小，正弦波失真度小于0.75％，占空比调节时非线性度低于2％。但经过测试该芯片产生的正弦信号不稳定，不能达到题目的要求。方案二：采用FPGA来产生所需的正弦信号，FPGA是20世纪80年代中期发展起来的一种类型的可编程器件，将FPGA的高精度数字化正弦调制信号生成的新方法，应用于数字化

7、自然采样中，该方法利用查表和线性插值相结合，实时生成高精度数字化正弦调制信号，该方案可行，但FPGA价格相对较高，且操作起来相对麻烦。方案三：用DDS（AD9850）产生相互正交的信号，AD9850是AD公司生产的最高时钟为125MHz、采用先进的CMOS技术的直接频率合成器，主要由可编程DDS系统、高性能模数变换器（DAC）和高速比较器3部分构成，能实现全数字编程控制的频率合成。该方案相对方案一来说稳定度要高的多，带宽也更宽；相对方案二来说，价格更便宜，实现起来更简单，直接用LaunchPad控制两片DDS同时产生两路相互正交的信号。因此，本系统选择方案三。

8、一、理论分析与计算1.双相锁定放大器双