软正交矢量型lia在微弱信号检测中的应用

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1、软正交矢量型LIA在微弱信号检测中的应用

2、第1其中：x（t）为有用信号，N（t）为噪声信号；参考信号500)this.style.ouseg(this)">和y′（t）相位差为90°。500)this.style.ouseg(this)">求解式（1），式（2）和式（3）可以得到：500)this.style.ouseg(this)">2　软正交矢量型LIA的实现2．1　实现框图实现框图如图1所示。500)this.style.ouseg(this)">　　由检测线圈感应出来的信号比较微弱、干扰多，通过信号调理

3、电路进入A／D采集卡的1通道，参考信号进入采集卡的通道2，由计算机控制对两路信号进行采样。2．2　利用软件移相技术产生与参考信号正交的另一路参考信号序列要实现移相通常的途径有：　　（1）直接对模拟信号进行移相，如阻容移相、变出波形易受输入波形的影响，移相操作不方便，移相角度随时间和负载等因素的影响而产生漂移，误差较大。　　（2）利用单片机技术形成的数字移相技术，即利用单片机通过2片D／A转换芯片，连续循环地读取存储在ROM中的正弦波数字化的数据表，获得两路正弦信号；相位差由读取数据表的位置不同而不同，但这需要很

4、多芯片和设计硬件电路。本文采取了软件移相，其算法如下［2］：　　已知参考信号3个连续采样值为ik－1，ik，ik＋1，信号角频率为ω，采样周期为Ts，要得到滞后ik采样值α角度的值ik（－α）。500)this.style.ouseg(this)">由式（7）得：500)this.style.ouseg(this)">500)this.style.ouseg(this)">500)this.style.ouseg(this)">样频率M＝12，信号角频率ω＝100π时，微分和差分有一定误差，所以B可根据实际该误

5、差的大小进行修正，补偿该误差。　　根据Matlab的仿真后，只要采样频率M≥50的时候，计算移相90°的参考序列时，其误差小于0．5％，B值可以不用调整。所以在实际应用中应该提高采样频率。2．3　软正交矢量LIA的实现　　通过A／D采集，得到检测信号序列s（k）和参考信号序列y（k），通过软件移相算法对参考序列y（k）进行移相，得到与y（k）正交的另外一路参考信号序列y′（k）；Rsy（0），Ry（0）和Rsy′（0）可以通过采样序列经过下面的公式得到（N为采样点数）：500)this.style.ouseg(

6、this)">　　　　根据得到的Rsy（0），Ry（0）和Rsy′（0）求解式（4）、式（5）和式（6）可以得到信号的幅值A和与参考信号的相位差φ。3　利用软正交矢量LIA方法检测微弱信号的Matlab仿真结果　　被测信号s（t）＝Asin（ωt＋θ＋φ）＋N（t）频率为1kHz，幅值A＝0．5V，N（t）为噪声信号；参考信号y（t）＝Bsin（ωt＋θ）的频率也为1kHz，幅值B＝1V，相位差φ＝45°；设置采样频率为50kHz，同时对参考与被测信号采样，将参考波形序列，通过软件移相，得到另一路参考信号y′（

7、t）＝Bcos（ωt＋θ），被测信号与参考信号的波形如图2所示。　　利用软正交矢量LIA方法算法计算，针对不同的噪声方差值和采样点数（采样时间），计算幅值A和相位差φ，结果如表1和表2所示。　　通过分析数据可以看到当采样频率为100kHz，采样点数为2000时，对于强干扰有很好的抑制作用，其计算被测信号的幅值和相位精度较高。500)this.style.ouseg(this)">500)this.style.ouseg(this)">　　因此在实际应用中应该综合考虑被测信号频率与采样频率、系统采样时间和和系统响

8、应速度要求，以及噪声大小与测试精度的关系，利用计算机强大和快速的计算功能实现从噪声中检测微弱信号。500)this.style.ouseg(this)">500)this.style.ouseg(this)">4　应　用　　利用软件正交矢量LIA实现了对在噪声干扰很大情况下的微弱信号的检测，充分利用了计算机的功能，节约大量的硬件成本，能够缩小仪器的体积。可以在电磁无损检测缺陷方面得到应用，获得被测信号的幅值和相位信息；具有很强的抗干扰能力，能够测得信号的微小变化量，该方法在检测薄板缺陷的实际的过程中得到了很好的

9、应用。