关于网站建设与维护的参考文献,家装设计费用多少钱一平方,建网站免费吗,企业服务包括哪些本文介绍锁相放大器(LIA)基本原理。
锁相放大器(LIA)#xff0c;英文名称#xff1a;Lock-In Amplifier#xff0c;在微弱信号检测领域使用非常广泛#xff0c;比如科研电生理信号测量#xff0c;传感器信号测量等。本文从理论上分析锁相放大器(LIA)基本原理。
1.基本概…本文介绍锁相放大器(LIA)基本原理。
锁相放大器(LIA)英文名称Lock-In Amplifier在微弱信号检测领域使用非常广泛比如科研电生理信号测量传感器信号测量等。本文从理论上分析锁相放大器(LIA)基本原理。
1.基本概念
1)适用范围
提取被随机噪声白噪声污染的有用信号
2)基本原理
锁相放大器是用来检测微弱信号这些信号中通常伴随着比信号本身数千倍的噪声。锁相放大器由其特殊的方法可以精确的测量这些微弱信号。这种方法便是基于信号的相关性。
a)输入信号被周期性信号方波或正弦波调制
b)正弦信号具有完备性噪声信号是随机信号白噪声且随机信号与正弦信号不具备相关性
锁相放大器的核心技术为相敏检波PSD。传统的处理微弱信号的方法是采用放大器但放大器会同时放大有用信号和噪声如果没有带宽限制或滤波将会导致信噪比SNR比较差因此若想精确的测量出这些信号就需要采用滤波器来净化这些信号提高信噪比SNR。而相敏检波可以被看作是一个具有很窄带宽的带通滤波器。相敏检波PSD基本框图如下图。 其中SI(t)为输入信号噪声SR(t)为参考信号它们是具有相同频率的信号 2.单相锁相放大器
单相锁相放大器框图如下图。 其中
为输入信号式中为测试信号也就是我们的有用信号为总噪声。
为参考信号它与输入信号有相同的频率但它们之间有一定的相位差。
经过相敏检波PSD后得使用积化和差公式 输出分3部分第1部分为直流信号第2部分为2倍频的一个信号可由低通滤波器滤掉第3部分为噪声和参考信号的乘积因为正弦信号是周期性的且与噪声信号不具有相关性因此这项积分为0会被LPF滤掉。
经过低通滤波器LPF后得 为最终输出信号如果我们调节和使之相位差为0AR为已知就可以知道测试信号也就是有用信号的幅度值。 3.双相锁相放大器
双相锁相放大器也叫正交锁相放大器它包含2个相敏检波PSD其结构框图如下图。 前面介绍单相锁相放大器时我们会去调节2个相位差但这样会导致精度的不稳定性和不安全。因此才有了双相锁相放大器。其中 为输入信号式中为测试信号也就是我们的有用信号为总噪声。
参考信号分2部分且相位差为90度为 经过PSD0后可得使用积化和差公式 SPD0输出分3部分第1部分为直流信号第2部分为2倍频的一个信号可由低通滤波器滤掉第3部分为噪声和参考信号的乘积因为正弦信号是周期性的且与噪声信号不具有相关性因此这项积分为0会被LPF滤掉。
经过PSD1后可得使用积化和差公式 SPD1输出分3部分第1部分为直流信号第2部分为2倍频的一个信号可由低通滤波器滤掉第3部分为噪声和参考信号的乘积因为正弦信号是周期性的且与噪声信号不具有相关性因此这项积分为0会被LPF滤掉。
经过低通滤波器LPF后得 X和Y的平方和开根号对Y/X求反正切可得 这样可以知道测试信号也就是有用信号的幅度值。 4.离散化
由于计算机的使用锁相放大器(LIA)中的参考信号和输入信号可以经过ADC采样进行离散化就出现了数字锁相放大器DLIA实际产品中这部分的实现可配合FPGA或DSP进行。 总结本文介绍了锁相放大器(LIA)基本原理。
