微弱信号检测装置的设计(2)

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参考文献 25

致谢 26

1 绪论

1.1 微弱信号检测技术概述

在自然现象和规律的科学研究中荧光光强；卫星信号的接收；红外探测以及经常遇到需要检测毫微伏量级信号的问题；材料分析时测量生物电信号测量等，这些问题都归结为噪声中的微弱信号的检测。微弱信号检测技术是采用通信学，电子学，信息论，计算机和物理学的方法，来分析噪声是如何产生的，研究被测信号的特性，检测被噪声淹没的微弱有用信号。微弱信号检测是工程技术中人们获得各种有用信息的一项重要手段，同时在现代信息技术领域中是一项重要的内容。论文网

微弱信号的概念有两种：1.噪声幅度较大，有用信号的幅度和噪声比起来显得很微弱；2.有用信号本身的幅值绝对值很小。研究噪声中微弱信号检测的原理、方法和应用，是信号处理技术中的综合技术和尖端领域。运用这种技术可以检测到以往人们认为的不可能检测的微弱量（如：小位移，弱光，微电流，微小振动，弱声等），微弱信号的检测精度得到大大提高。随着社会以及科技的发展，微弱信号检测在声纳技术、故障诊断、通信、物理学等领域有着广泛的应用，无论是国内还是国外都越来越受到人们的重视。

1.2 信号检测的方法及微弱信号的特点

1.2.1 常规小信号的检测方法

小信号的信噪比要比微弱信号高的多，检测技术也相对更容易些。从提高信噪比，来检测出被噪声污染的有用信号的角度来看，小信号检测和微弱信号检测之间有一定的共同之处，下面是常规小信号的检测方法，微弱信号检测可以以之作为参考。

⑴ 滤波

模拟信号的滤波处理，在大多数的测试仪器是必要的，一些过滤是隔离直流分量的，一些过滤是提高信号的波形和滤波是防止离散频率混叠。根据信号和噪声的不同特性，并常用于降低低通滤波器的噪声滤波器（低通滤波器）和带通滤波器（带通滤波器）。此外，有时为了抑制一个特定频率的噪声的不利影响，用到了带阻滤波器。

⑵ 调制放大与解调：

对于缓变信号或者直流信号，若未经变换处理而直接用直流放大器进行放大，则传感器和前级放大器的噪声以及缓慢漂移（时间漂移、温度漂移）经过放大器后会在后级放大器的输入端以很大的幅度出现，当有用信号幅度很小时，可能根本无法检测出来。而简单的电容隔直方法能有效地抑制漂移和低频噪声，但是对有用信号的低频也具有衰减的作用。此时，利用调制放大器就能够有效的解决这个的问题。这样的调制放大器大多采用幅度调制。

⑶ 零位法

零位法检测信号原理图

图1.1 零位法检测信号原理图

①直接指示测量仪表方法：将被测信号先增大到一定的幅度，以驱动表头指针的偏转角度来指示被测量的信号；②零位法：调整对比量的大小，使其尽量接近被测量量，由对比量指示出被测量的大小，如图1.1所示。零位表指针只用来表示，对比量和被测量之间的差异值，当零位表接近为0时，对比量大小就代表了被测量的大小。

1.2.2 微弱信号的检测方法文献综述

锁相放大器微弱信号检测：根据信号本身的特点不同，一般的微弱信号检测方法通常分为三条途径：①尽量提高信噪比，降低传感器与放大器的固有噪声；②设计适合微弱检测原理并能满足特殊需要的锁相放大器器件；③利用微弱信号检测技术，通过各种手段提取出信号，锁相放大器具有中心频率稳定，通频带窄，品质因数高等优势从而得到了广泛的应用。一般模拟锁相放大器，虽然速度快，但参数的稳定性和灵活性差；通用高速直流信号的高速采样和微加工要求高，需要使用更复杂的算法操作传统锁相环数字锁相放大器；这里介绍的新型锁相检测电路是模拟和数字的方法相结合，这电路将测量信号和参考信号相乘的结果，高精度的ADC采样后，采样率不高，所以对处理器的计算能力和速度要求不是很高，算法和电路比较简单。