2022年微弱信号检测学习总结分析方案 .pdf

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1、微弱信号检测学习总结报告1本课程的基本构成本课程目录：第 1 章微弱信号检测与随机噪声第 2 章放大器的噪声源和噪声特性第 3 章干扰噪声及其抑制第 4 章锁定放大第 5 章取样积分与数字式平均第 6 章相关检测第 7 章自适应噪声抵消本课程分为七章：第一章主要介绍随机噪声的统计特性，是后续各章的理论基础。第二章主要介绍电路内部固有噪声源及其特性，对各种有源器件的噪声性能进行分析，并阐述低噪声放大器设计中需要考虑的几个问题。第三章介绍干扰噪声的来源、特点及各种耦合途径，并详细介绍屏蔽和接地对于各种干扰噪声的抑制作用，以及其他一些常用的抗干扰措施和微弱信号检测电路设计原则。第四七章分别为锁定放大

2、、取样积分与数字式平均、相关检测、自适应噪声抵消，分别介绍这几种方法的理论基础、设计实现以及一些应用实例。因此本课程 微弱信号检测）基本构成：微弱信号检测与随机噪声，放大器的噪声源和噪声特性、干扰噪声及其抑制、锁定放大、取样积分与数字式平均、相关检测、自适应噪声抵消。2 本课程研究的基本问题微弱信号是相对背景噪声而言的，其信号幅度的绝对值很小、信噪比很低远小于1）的一类信号。如果采用一般的信号检测技术，那么会产生很大的测量误差，甚至完全不能检测。微弱信号检测的主要目的是提高信噪比。微弱信号检测是测量技术中的一个综合性的技术分支，它利用电子学、信息论和物理学的方法，分析噪声产生的原因和规律，研究

3、被测信号的特征和相关性，检出并恢复被背景噪声掩盖的微弱信号。微弱信号检测技术研究的重点是：如何从强噪声中提取有用信号，探索采用新技术和新方法来提高检测系统输出信号的信噪比。本课程 微弱信号检测）研究噪声的来源和统计特性，分析噪声产生的原因和规律，运用电子学和信号处理方法检测被噪声覆盖的微弱信号，并介绍几种行之有效的微弱信号检测方法和技术。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 8 页1 / 8 3 学习本课程 微弱信号检测）后了解、掌握了哪些内容通过对微弱信号这门课程的学习，我掌握的内容主要有以下几个方面：1）了解了常规小信号检

4、测的手段和方法，即滤波、调制放大与解调、零位法、反馈补偿法。P(x表示的是噪声电压 xt）在t时刻取值为 x的概率。对于所有 x都有。t时刻噪声电压取值在 a与b之间的概率为而且一种重要的概率密度函数是正态分布概率密度函数，又称为高斯分布，自然发生的许多随机量属于高斯分布。另一种重要的概率密度函数是均匀分布概率密度函数。随机噪声的均值、方差和均方值均值方差均方差随机噪声的相关函数自相关函数互相关函数随机噪声的功率谱密度函数及其特点功率谱密度函数3）了解了几种常见的随机噪声及其统计特征：白噪声、限带白噪声、窄带白噪声。4）掌握了放大器的噪声源和噪声特性及其抑制方法，了解了低噪声放大器的设计。放大

5、器的噪声源电子系统内部的固有噪声源，例如电阻的热噪声、阻容并联电路的热噪声精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 8 页2 / 8 、PN结的散弹噪声、 l/f 噪声、爆裂噪声等。外部干扰噪声，干扰噪声种类很多，它可能是电噪声，通过电场、磁场、电磁场或直接的电气连接藕合到敏感的检测电路。这些都是电磁兼容性所涉及的领域；干扰噪声的本源也可能是机械性的，例如，通过压电效应.机械振动会导致电噪声；甚至温度的随机波动也可能导致随机的热电势噪声。放大器的噪声特性放大器的等效输入噪声与信号源内阻的关系如下：图 1 高噪声放大器和低噪声放大器

6、噪声抑制方法A消除或削弱干扰源；B设法使检测电路对干扰噪声不敏感；C使噪声传输通道的耦合作用最小化。6）了解了一些微弱信号检测的方法和技术，比如锁相放大，取样积分，相关检测，自适应噪声抵消等。4为了达到对微弱信号的检测，在具体技术方面需要解决哪些问题 是微弱信号检测的重要手段，已经被广泛应用于物理、化学、生物医学、天文、通信、电子技术等领域的研究毛作中。在锁定放大器应用中需要考虑下列几个问题： 1 LIA 的功能相当于一种抑制噪声能力很强的交流电压表，其输人是正弦波或方波交流信号，输出是正比于输人波形幅值的直流信号。如果被测信号不是交流信号，则需要用调制或斩波的方式将其变换成交流信号。高噪声放

7、大器低噪声放大器精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 8 页3 / 8 2在实际应用中， LIA 中PSD，后续的 LPF常用积分器来实现，积分器的时间常数决定了 LIA 的等效噪声带宽，也决定了LIA 所实现的信噪改善比 SNIR。积分器的时间常数越大，等效噪声带宽越窄，SNIR越大，所需的测量时间也就越长。所以，对于强度变化缓慢的信号，例如光谱、电子衍射等的测量，可采用长的时间常数；而对于强度变化较快的信号，积分时间常数的选择要与信号的变化速度相适应，在不损失有用信号的条件下，尽量提高输出的信噪比。3要根据信号和噪声的具体

8、情况适当地分配LIA 的交流增益和直流增益，如果信号的动态范围较大，而噪声又不很严重，就应该使LIA 工作在高稳定状态。如果噪声严重，为了使LIA 能够正常上作，则必须使LIA 协调在高储备状态。4测量系统良好的屏蔽与接地是LI发挥其效用的必要条件。5LIA的参考信号输人必须是与被测信号相关的同频信号。如果确实不能获得合适的同频参考信号，则可用锁相环进行自动频率跟踪检测。6 LIA 的信号输人前置级放大器的工作参数必须认真选择，根据放大器的噪声因子图(NF图，在给定的工作频率下进行输人电阻匹配，以获得最佳噪声特性。2）取样积分与数字式平均技术要恢复淹没在噪声中的脉冲波形时，需要使用此种方法。在

9、取样积分与数字式平均技术应用中需要考虑下列几个问题：1）门积分的选取：在信号幅度较小的情况下，采用线性门积分有利；而在信号幅度较大时，为了防止电路进入非线性区导致测量误差，必须采用指数式门积分器。所以，在具体的门积分应用中，要根据实际检测情况和要求选择合适的门积分方式。2）取样积分器工作方式的选择：取样积分器的工作方式可分为定点式和扫描式两种，一般将这两种工作方式组合在同一仪器中，有用户选择使用哪种工作方式。定点工作方式用于检测信号波形上某一特定位置的幅度，而扫描工作方式用于恢复和记录被测信号的波形。3）取样积分器参数的选择：一般需要考虑的参数有：取样脉冲宽度Tg、时基锯齿波宽度 Tb、积分器

10、时间常数 Tc=RC的选择、慢扫描时间 Ts，要根据实际情况进行选择。声表面波在表面及亚表面缺陷处会产生反射。在时域上反射波的大小、形状和在频域中反射波的频率特性(频谱与缺陷的性质有关。一般地说，SAW的频率愈高，能探测到愈近表面的缺陷。图3所示为用激光探针法探测表面及亚表面缺陷对声表面波的反射系数的检测装置框。光电二极管的输出信号经放大，同时分别送入Boxcar(进行信号处理 与示波器(观察波形 。因为在探测微小缺陷时，光电二极管接收到的反射波信号很微弱，仅有几个微伏 (峰-精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 8 页5 /

11、 8 峰值，深埋于系统噪声中，因此必须采用取样积分器(Boxcar提取之。为了达到取样积分器的输入电平，将这微弱的电信号放大几万倍，然后输入取样积分器的“ 观察信号输入 ” 端。另一方面，已调高频信号分路输入取样积分器的“ 参考信号输入 ” 端作为触发基准，以消除脉冲信号发生器的同步信号与已调高频信号在初相位上的随机误差，保证取样积分器的参考信号与已调高频信号的相位同步.取样积分器的输出接至 X-Y记录仪，描画出声表面波的主波和反射波。依据反射波的大小、形状等性质，即可知道表面、亚表面存在的缺陷情况。图3 检测装置框图（3） 微弱激光信号的数字相关检测技术数字相关检测基本原理：微弱信号检测技术

12、能测量传统观念认为不能测到的微弱量,所以获得迅速的发展和普遍的重视。相关检测技术是实现微弱激光信号提取的最有效方法之一。其基本原理如图 4所示：图4相关检测技术原理为了克服数字相关检测基本技术要预先测量信号相移的弊端,可以在其理论精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 8 页6 / 8 基础之上加以改进，将参考信号的相位移动90 ，使用两个相关器 ,检测会比较方便.这种检测方法被称为双通道数字相关性检测，或数字正交相关检测,其原理如图5所示图5数字正交相关检测原理精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 8 页7 / 8 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 8 页