基于动态采样的锁相放大微弱信号检测.pdf

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1、第26卷第9期传感技术学报V0l_26No．9CHINESEJOURNALOFSENSORSANDACTUATORSSep．20132013年9月WeakSignalDetectionMethodBasedonLock-InAmplifierNIEYaqin，XUXuemei，LIBengrong，rANGBingchu(CentreSouthUniversity，AcademyofPhysicsandElectronics，Changsha410083，China)Abstract：Adigitallock—inamplif

2、ierisdesignedbasedoncorrelationdetectionprinciple，itfocusedontherelationbetweensamplefrequencyandcorrelationoperationresult．ItiSfindthatthereexistsinherenterrorincorrelationoperationwhenreferencesignalissquarewaveandthesignalfrequencyhasarelationshipwithsamplefreque

3、ncy．Toreducetheerror，itintroducedadynamicsampletodesigndigitallock—inamplifieratthefirsttime，theresultshowedthatthemorethenumberofsamplefrequencies，thelessthesingularityerror．SimulationandtesttothedesigneddetectingsystemweregotbasedonLabVIEWsoftware，theresultshowedt

4、hatthedigitallock-inamplifiercandetectthesignalwhichfrequencyisunder500kHzeffectivelywhensignalamplitudeis5V，standarddeviationofthenoiseislessthan50(SNR=一34．04dB)，andthepropo~ionalerorbetweensystemtestresultandtheoreticalvaluearemainlyunder2％．Keywords：weaksignal；amp

5、lifier；samplefrequency；correlationoperationEEACC：1220；6140doi：10．3969／j．issn．1004-1699．2013．09．013基于动态采样的锁相放大微弱信号检测水聂娅琴，许雪梅，李奔荣，杨兵初(中南大学物理与电子学院，长沙410083)摘要：基于相关检测原理设计了一种数字锁相放大器，重点研究了采样频率与相关运算结果的关系。发现参考信号为方波而采样频率与信号频率成一定关系时，系统相关运算存在固有误差。为减少该误差，首次将动态采样法引人数字锁相放大器设计中，运算

6、发现动态采样的采样频率数越多，奇点产生的误差越少。基于LabVIEW软件对所设计的检测系统进行了仿真测试，测试结果表明该数字锁定放大器在信号幅度为5V、噪声标准差小于等于50时(SNR=一34．04dB)，能有效地检测出频率为500kHz以下的信号，系统检测结果与理论计算值的相对误差基本不超过2％。关键词：微弱信号；锁相放大器；采样率；相关运算中图分类号：TN722．5；TN713+．1文献标识码：A文章编号：1004-1699(2013)09-1243-05微弱信号检测技术是现代测控的研究重点¨，影响。一般而言，数字锁相放大

7、器对信号的采样频而锁相放大技术是检测微弱信号应用最为广泛、检率为一固定值，当采样频率与信号频率满足一定关测精度较高的众多技术之一~2-3]。早期的锁相放大系时信号采样后通过相关器的结果将比理论值小。器实现都是基于模拟电路设计的，在测量精度、测量为此，笔者设计出一种基于动态采样的数字锁相放稳定性等方面有很大限制[4-6]。而相比于传统的模大器，采用多个采样频率进行采样，测试结果显示相拟锁相放大器，数字锁相放大器具有信噪比高，动态关运算结果误差大大降低，在结果最差的频率下相范围大、不受运放温漂和偏置影响等许多优点而成关运算结果也达

8、到了99．5％以上的精度。为锁相放大器发展的新趋势7-9]。数字锁相放大器1锁定放大器工作原理中采样频率的设定对检测结果精度有着重大影响，国内学者对其也进行了一些相关研究’ⅢJ。相关检测是应用信号周期性和噪声随机性的特数字锁相放大器采用方波参考信号时，待测信点，通过自相关或互