微弱信号检测实验课_模板

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1、微弱信号检测实验学号：班级：姓名：2014年12月一、实验目的：微弱信号检测是利用电子学、信息论、物理学和计算机科学的综合技术。他是在认识噪声与信号的物理特性和相关性的基础上，把被噪声淹没的有用信号提取出来的一门新兴的技术类科学。通过本实验加深对相关检测原理以及锁相放大器基本组成的认识，掌握锁相放大器的正确使用方法和在检波上的应用。二、实验原理1、锁相放大器的组成锁相放大器的主要有三大部分组成：信号通道、参考通道、相关器。如下图所示：信号输入参考输入DC输出滤波器触发器方波DC相移器ACAC乘法器低通LPF表信号通道参考通道相敏检波器锁相放大器基本结构示

2、意图信号通道包括低噪声前置放大器、有源滤波器、主放大器，它的作用是把微弱信号放大到足以推动乘法器的工作电平，并兼顾抑制噪声的功能。参考通道是指从参考信号输入到乘法器输入之前的部分，它的作用是产生于被测信号同步的参考信号，通常参考通道输出的是与被测信号同步的对称方波，用以驱动乘法器工作。锁相放大器的频率变换是通过乘法运算来进行的。一般的乘法运算模拟电路，其线性程度和温度稳定性都存在问题。所以在实际的锁相放大器中，采用开关元件进行同步检波，由此实现频率变换。由开关元件所进行的同步检波电路，称作PSD（相敏检波器，PhaseSensitiveDetector）

3、，这是组成锁相放大器的心脏部分。实际电路存在各种噪声会影响实验的精确度。锁相放大器对于噪声的抑制能力，是由上图中低通滤波器（LPF）的截止频率来确定的。2、锁相放大器的基本原理相关接收原理，在相关接收中，可以把两个信号的函数和的相关函数定义为：它是度量一个随机过程在时间和两时刻线性相关的统计参数，如果和完全没有关系，则相关函数将是一个常数。下面我们设有两个信号、为：其中、为噪声，为待测信号，为参考信号。则相关函数为：展开得：因为信号和噪声不相关，且噪声的平均值为零，所以都为零。故。这样我们可以看到，两个信号经过相乘和积分处理后就可以把噪声抑制，锁相放大器

4、的核心就是根据这个原理设计的，见下图：乘法器积分器参考信号为方波时：由于方波可以傅里叶展开成余弦函数：，则：这样我们可以知道输出信号只跟待测信号的幅度和相位差有关。那么可以通过输出信号来测量输入信号了。锁相放大器用特殊的方法，使仪器灵敏度Q提高到约为107（通常带通滤波器约为100左右），而且实现了一种特殊的带通滤波器，能够自动地将中心频率跟踪和保持在测量频率上。三、实验内容：本次实验包括两部分内容，分别针对相对微弱信号和绝对微弱信号进行检测：l当信号被大噪声淹没时，即20mV正弦信号被百倍量级噪声淹没时，要求用锁相放大器检测得到正弦信号的幅值；l当信号

5、本身微弱到mV量级时，信号为方波，频率已知，运用锁相放大器检测得到该微弱信号的幅值。四、实验步骤：1、相对微弱信号检测实验实验设备：双通道信号发生器、可编程滤波器、锁相放大器、示波器。实验步骤：l运用双通道信号发生器产生信号和噪声并合成，其中信号为正弦波，频率10kHz，幅度为20mV；噪声为白噪声，幅度为2V。用示波器观察信号，看能否分辨正弦信号；l运用带通滤波器提高该信号的信噪比，根据带通滤波器的参数计算信噪比改善比，并用示波器观察滤波后的信号能否分辨出正弦信号；l运用锁相放大器对微弱正弦信号进行检测，从信号发生器输出与正弦信号同频同相的方波作为锁相

6、放大器的参考信号，从而检测正弦信号的幅度。2、绝对微弱信号检测实验实验设备：光纤陀螺、锁相放大器、示波器。实验步骤：l运用光纤陀螺产生微弱信号，即转速信号，通过改变光纤陀螺的阶梯波台阶高度改变微弱信号的幅度，并运用示波器进行观察；l运用锁相放大器对微弱信号进行检测，从光纤陀螺输出与信号同频同相的方波作为锁相放大器的参考信号，从而检测信号的幅度。五、实验总结