22

结论 24

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。

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