微悬臂梁压阻桥式传感器的微弱信号检测技术研究.pdf

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1、26传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)2012年第31卷第1期微悬臂梁压阻桥式传感器的微弱信号检测技术研究周振．一，文丰，唐国先(1．中北大学电子测试技术国家重点实验室，山西太原030051；2．中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室，山西太原030051)摘要：针对微悬臂梁压阻桥式传感器的输出信号非常微弱的特点，设计了基于该类传感器的微弱信号检测电路，采用锁相放大技术来提取淹没在强噪声背景下的微弱信号，通过理论和实验证明：该设计方法很好地

2、提取了反映变化量性质的有用信号，同时也很好地提高了系统的信噪比，满足了实际情况的需要。关键词：信号检测；精确测量；锁定放大；AD630中图分类号：TN982文献标识码：A文章编号：1000-9787(2012)01-0026-03StudyondetectiontechnologyforweaksignalbasedonmicrocantileverpiezoresistivebridgesensorZHOUZhenr．WENFeng．TANGGuo—xian，。(1．NationalKeyLabo

3、ratoryforElectronicMeasurementTechnology，NorthUniversityofChina，Taiyuan030051，China：2KeylaboratoryofMinistryofEducationforInstrumentatiOnScience&DynamicMeasurement．NorthUniversityofChina，Taiyuan030051，China)Abstract：Aimingatthecharacteristicoftheweakou

4、tputsignalofmicrocantileverpiezoresistivebridgesensor，aweaksignaldetectingcircuitbasedonthissensorisdesigned，thelock—inamplifiertechnologyisusedtoextracttheweaksignalinthebackgroundofthestrongnoise．Throughtheoryandexperimentprovethemethodcanextractwell

5、theusefulsignals．Itcanimprovethesignal—to—noiseofthesystem，andmeetthedemandtoactualsituation．Keywords：signaldetection；accuratemeasurement；lock—inamplify；AD6300引言后，利用相敏检测器实现信号的解调，同时对频率和相角随着微电子技术和计算机的进一步发展，微悬臂梁压检测，噪声和信号同频又同相的概率很低；最后，用低通阻桥式传感器的应用越来越普遍，被广泛

6、地应用于航天、航滤波器抑制噪声，并实现窄带化。相敏检测器与低通滤波空、航海、石油化工、动力机械、生物医学工程、气象、地质、器是锁定放大器的心脏J。相敏检测器是实现参考信号地震测量等各个领域⋯。此时，要实现压阻桥式传感器的和被测信号两者相关函数的电子线路，其原理框图如图1精确测量与实时监测显得尤为重要。因此，设计压阻桥式所示。传感器微弱信号检测系统并进行实时监测，给测试人员准确的信息参考，具有十分重要的意义。但是由于微悬臂梁传感器输出的电压信号非常微弱，通常被强背景噪声淹没，因此，要准确地提取有用信号

7、就显图1相敏检测原理图得十分困难。本文通过锁定放大电路来抑制噪声的干扰，Fig1Principlediagramofphase-sensitivedetection实现对传感器电桥微弱信号的高精度测量。其中，()为相敏检波的输入信号，Y(t)为相敏检波的1锁定放大器工作原理参考信号，输出为。设(t)为正弦波，(t)V~COS((cJ。t+锁定放大，是先对慢变信号或直流信号进行调制，变成0)，y(t)为方波，即交流，利用放大器进行放大，再利用相敏检测的方法将放大=耋cos川．的调制信号恢复成直流或慢变

8、信号。其出发点是把直流信号的频谱迁移到调制频率。，以避开1／／噪声的影响；然其中，0为输入信号与参考信号的相位差，则U。为收稿日期：2011—1l_o2基金项目：国家自然科学基金资助项目(50424507)第1期周振，等：微悬臂梁压阻桥式传感器的微弱信号检测技术研究27Uo(t)=(t)‘)，(t)流信号的频率为2kHz。传感器微弱信号的放大倍数可通过电阻R在l～l000倍之间进行调节。mot+0，·cosn一参考通道产生与被测信号同步的参考信号输给相关1)∞0t]器