基于AD549的微光信号检测系统
引言
近年来，随着微光技术及生物芯片技术的高速发展，各类的传感器、光电器件应运而生，广泛应用于工业，农业，军事等各大领域。然而技术水平的不断提高就要求研究设备对微光信号的响应程度的大幅提高。微光信号检测是发展高新技术、科学研究的重要手段，微光信号检测精度的高低往往会对产品的性能等起到决定性的作用。
在微光信号检测系统中，通常光电转换器件接收到的光信号都十分的微弱，转换后的电信号也非常的小（nA量级）。因此，放大器噪声，背景噪声，电路噪声，外界电磁干扰等都会对检测系统的精度产生极大的影响。为此，选择一个合适的低噪声高精度的前置放大器就显得至关重要了。本文的微光信号检测系统选用的前置放大器是AD549。它是具有极低输入偏置电流的单片电路静电计型运算放大器。为达到高精度的目的，输入偏置电压和输入偏置电压漂移均通过激光调节。这种极低输入电流性能由ADI公司专有的topgate工艺技术完成。这样的放大器很好的满足了系统的需要。
1.微光信号检测系统的原理框图
微光信号检测系统的原理框图如图1所示。光信号由光电阴
极转换为电信号输入到前置放大器中，经过一级放大的电压信号由二级放大器放大之后再输入到AD转换器件中转换成数字信号，之后经由单片机控制显示出来。为了防止模拟电路同数字电路间的串扰，及前置放大器屏蔽的需要，本系统将两部分的电路分离开来。光电检测电路由光电阴极和前置放大器AD549组成，数字显示电路由二级放大器OPA124PA，AD转换器件ADS7816，单片机及数字显示电路组成。
图1 微光信号检测系统的原理框图
2.光电检测电路
2.1 光电检测电路原理
图2 光电检测电路
图2为光电检测电路图。光电阴极是一种灵敏度很高的光电器件，可探测极为微弱的光信号。光信号经过转换之后输出微弱电信号到前置放大器AD549。它有极低的偏置电流60fA，输入级具有1015Ω的共模阻抗，其输入电流与共模电压无关。其输入失调电压和漂移由激光分别调节到0.25mV和5μV/℃。700μA的最大静态电流使输入电流和偏置电压的热效应降到最低。模拟性能包括1MHz的均匀增益带宽和3V/μs的压摆率[1]。R F将信号电流转换成输出电压：
V OUT=R F×I S。
其中I S为光电阴极输出的电信号，其值与光功率的幅值成正比。
2.2电路噪声抑制
噪声处理是这个微光检测系统中中至关重要的一个环节，处理的好坏将直接影响检测系统的精度。电路设计，PCB线路板布线，电磁屏蔽，等都方面考虑。
电路设计方面:尽量的使供电稳压电路远离放大器，减少电源对敏感放大器的电磁干扰。在电路中增设电源滤波电容和放大器偏置电路滤波电容，以减少电源耦合噪声。在电路中采用的是单点并联接地的方式，这样各电路的电流只与本电路的地电流、地线阻抗有关，而与其他电路无关，地电流各自独立，互不干扰，在微弱信号检测中有很好的减噪效果[2]。
PCB线路板设计方面:为了尽量降低由于并行导线而产生的
分布电容噪声以及噪声源回路和受干扰回路之间的公共阻抗，检测电路板采用电感量很小的铜板条代替导线，这样有效的减少了回路的存在，从根本上抑制了线路板给系统带来的噪声。必须使用导线的地方也尽量使其靠近地平面，降低导线的分布电容。
电磁屏蔽方面:微弱信号对外界环境的影响也是非常敏感的，所以必须要进行相应的电磁屏蔽，系统屏蔽图如图3所示。
图3 系统屏蔽图
为了得到更好的屏蔽效果，系统采用多层屏蔽，它对电场和磁场都具有较好的防护。由于多层屏蔽之间不能连接在一起且各层屏蔽体的材料也不应该相同[3],系统采用了外铝内铁的屏蔽方式，两种材料都是良好的导体，这样有效的防止了外界的电磁干扰。在检测电路加屏蔽体的同时，信号线也用良导体屏蔽起来。导线屏蔽层与屏蔽体相连并在信号端接地，这种屏蔽接地方式才能很好的发挥屏蔽的作用而不产生干扰[4]。
3.数字显示电路
经过光电检测电路放大后的信号已经有mV量级了，接近普通信号水平，OPA124PA是一款低噪声运算放大器，偏置电流为2pA，失调电压和漂移分别为0.5mV和4μV/℃[5]。二级放大电路对前一级信号再进行放大，来满足AD转换芯片的需要，保证转换的精确度。ADS7816为12位的高速AD，信号经过转换之后再经由单片机控制数字显示模块进行显示。
4.结束语
本文主要是介绍了针对nA以上级的微弱光信号进行光信号检测系统的设计。系统从器件的选择，噪声抑制，电磁屏蔽等方面入手，很好的保证了测试系统的性能。经过实验调试，系统已经能测试10-11A量级的微弱光信号，基本达到了预期的指标。在微光技术不断发展的今天，这个低电平高精度的光信号检测系统一定会有广泛的应用前景。
信号检测综合训练 说明书 题目：振动信号检测系统设计 学院：电气工程与信息工程学院 班级：电子（2）班 姓名: 钱鹏鹏 学号：11260224 指导老师：缑新科 2014.12.07
摘要 机械在运动时，由于旋转体的不平衡、负载的不均匀、结构刚度的各向异性、间隙、润滑不良、支撑松动等因素，总是伴随着各种振动。机械振动在大多情况下是有害的，振动往往会降低机器性能，破坏其正常工作，缩短使用寿命，甚至导致事故。机械振动还伴随着同频率的噪声，恶化环境，危害健康。另一方面，振动也被利用来完成有用工作，如运输、夯实、清洗、粉碎、脱水等。这时必须正确选择振动参数，充分发挥振动机械的性能。在现代企业管理制度中，除了对各种机械设备提出低振动和低噪声要求外，还需随时对机器的运行状况进行监测、分析、诊断，对工作环境进行控制。为了提高机械结构的抗振性能，有必要进行机械机构振动分析和振动设计，这些都离不开振动测试。 本文在此基础上设计了一种专用的振动信号检测系统，具有功耗低、体积小、精度高等优点。 信号检测的内容要求： 通过MCS-51系列单片机设计振动信号检测系统。要求如下： 1 振动信号的特点，选择合适的传感器，并设计相应的检测电路； 2 将设计完成的检测电路，通过软件防真验证； 3 主要设计指标：可测最大加速度：-5m/s~+5m/s;可测最大速度：-0.16m/s~+0.16m/s；可测最大位移：-5mm~+5mm；通频带：0.05Hz~35Hz；转换精度：8bit；采样频率：128Hz 4 利用LCD显示振动信号，有必要的键盘控制。
总体设计方案介绍： 本系统由发射电路和接收电路组成。发射电路主要由加速度传感器构成。接收电路由单片机最小系统和外部串口以及显示部分模块三部分组成。。 硬件电路设计： （1）使用MMA8452加速度传感器和STC89C52单片机来实现。 一.设计目的:了解加速度传感器的工作机理，以及单片机的各种性能； 二.设计器材:电源、proteus7.7软件、89C52，MMA8452加速度传感器，导线若干。 三．设计方案介：该系统目的是便于对一些物理量进行监视、控制。本设计以加速度传感器显示出加速度信号即振动信号，再通过单片机将信号从串口接入电脑显示出来，即完成振动信号的检测功能。 （2）振动传感器的分类 1、相对式电动传感器 电动式传感器基于电磁感应原理，即当运动的导体在固定的磁场里切割磁力线时，导体两端就感生出电动势，因此利用这一原理而生产的传感器称为电动式传感器。 相对式电动传感器从机械接收原理来说，是一个位移传感器，由于在机电变换原理中应用的是电磁感应电律，其产生的电动势同被测振动速度成正比，所以它实际上是一个速度传感器。 2、电涡流式传感器 电涡流传感器是一种相对式非接触式传感器，它是通过传感器端部与被测物体之间的距离变化来测量物体的振动位移或幅值的。电涡流传感器具有频率范围宽（0～10 kHZ），线性工作范围大、灵敏度高以及非接触式测量等优点，主要应用于静位移的测量、振动位移的测量、旋转机械中监测转轴的振动测量。 3、电感式传感器 依据传感器的相对式机械接收原理，电感式传感器能把被测的机械振动参数的变化转换成为电参量信号的变化。因此，电感传感器有二种形式，一是可变间隙，二是可变导磁面积。 4、电容式传感器 电容式传感器一般分为两种类型。即可变间隙式和可变公共面积式。可变间隙式可以测量直线振动的位移。可变面积式可以测量扭转振动的角位移。 5、惯性式电动传感器 惯性式电动传感器由固定部分、可动部分以及支承弹簧部分所组成。为了使传感器工作在位移传感器状态，其可动部分的质量应该足够的大，而支承弹簧的刚度应该足够的小，也就是让传感器具有足够低的固有频率。根据电磁感应定律，感应电动势为：u=Blx&r 。式中B为磁通密度，l为线圈在磁场内的有效长度，r x&为线圈在磁场中的相对速度。 从传感器的结构上来说，惯性式电动传感器是一个位移传感器。然而由于其输出的电信号是由电磁感应产生，根据电磁感应电律，当线圈在磁场中作相对运动
10KV 母线回路故障检测控制器软硬件设计方案 徐源 南阳理工学院电子与电气工程系 一、系统功能架构设计 根据附件一的要求,设计故障检测与控制系统架构如下: 高压支线电压送入电压互感器后获得合适的 AC 电压, 经感应电压调整器调整成两路电压,一路作为电压采集信号,一路为驱动电路和执行电路供电,为保证系统整体的稳定性和可靠性,在电压调整器上增加一个抑制峰值电压和反向电涌的抗干扰模块,采集到的电平信号经 A/D数模转换以后,送入 CPU 进行处理,当检测到电平信号的异常后,触发 CPU 的中断系统,在小于 0.1us 时间里对事件反应,先由 CPU 软件进行去抖动处理,滤除干扰信号, 然后判断出故障类型, 由 CPU 发出指令, 由调节执行电路完成高压线回路继电器的通断闭合,从而排除或正确判断故障类型。
系统信息适时通过 LED 屏幕或者 LCD 屏幕进行指示,并且延时参数等信息都可以通过面板的控制键盘进行设置,必要时可以用红外遥控器进行设置。 为保障系统的稳定运行,防止 CPU 死机,采用“看门狗”来防止软件意外的发生;为获得系统的适时故障检测信息, 采用 RTC 时钟并对系统进行适时监控, 并把故障信息存储在 8K 的 EERPOM 中去,防止掉电信息丢失,并可以适时对系统历史信息进行查询;数据通信采用 485总线和综自计算机进行通信。 此系统的自动化程度相对来说很高,功能更强大,稳定性也比较高,可以实现时时故 障显示和判断,甚至是简单故障的排除,人员的劳动强度和安全性得到有效保障,因为系统在很短时间内就可以排除故障或显示故障类型,对电力设备的安全有更大的保障。 二、故障检测控制器走线图
WiFi信号及手机信号检测方法及标准 一、技术参数说明： 1、信号功率绝对值dBm：仔细看的时候会发现这个值是负的，也就是说手机会显示比如-67（dBm），那就说明信号很强。科普一个小知识：中国移动的手机接收电平≥（城市取-90dBm；乡村取-94dBm）、（中国联通的手机接收电平≥-95dBm）时，则满足覆盖要求，也就是说此处无线信号强度满足覆盖要求。-67dBm 要比-90dBm信号要强20多个dB，那么它在打电话接通成功率和通话过程中的话音质量都会强很多（当然也包括EDGE/GPRS上网的速度那些），所以dBm值越大信号就越好，因为是个负值，而且在你手里的时候它永远是负值。如果感兴趣且附近有无线基站的天线的话，可以把你的手机尽量接近天线面板，那么值就越来越大，如果手机跟天线面板挨到一起，那么它可能十分接近于0。（0是达不到的，这里0的意思不代表手机没信号）。 2、移动设备信号发射功率概念：由于手机不断移动，手机和基站之间的距离不断变化，因此手机的发射功率不是固定不变的，基站根据距离远近的不同向手机发出功率级别信号，手机收到功率级别信号后会自动调整自身的功率，离基站远时发射功率大，离基站近时发射功率小。手机中的数据存储器存放有功率级别表，当手机收到基站发出的功率级别要求时，在CPU的控制下，从功率表中调出相应的功率级别数据，经数/模转换后变成标准的功率电平值，而手机的实 际发射功率经取样后也转换成一个相应的电平值，两个电平比较产生出功率误差控制电压，去调节发射机激励放大电路、预放、功放电路的放大量，从而使手机的发射功率调整到要求的功率级别上。也就是说，手机信号强度不是越强越好，也不是起弱越好，它是在一定标准范围内的。 3、Kbps、KBps：又称比特率，指的是数字信号的传输速率，也就是每秒钟传送多少个千位的信息（K表示千位，Kb表示的是多少千个位）；Kbps也可以表示网络的传输速度，为了在直观上显得网络的传输速度较快，一般公司都使用kb（千位）来表示，如果是KBps，则表示每秒传送多少千字节。1KByte/s＝8Kbps(一般简写为1KBps=8Kbps)。ADSL上网时的网速是512Kbps,如果转换成字节，就是512/8＝64KBps(即64千字节每秒）。 二、店家检测各类信号强度的方法： 1、移动设备类型：检测设备可以是：iOS系统移动设备、Android系统移动设备和笔记本电脑。 2、检测软件：
智能环境监测系统的设计 Design on the intelligent system of monitoring environment
摘要 系统主要由数据采集端和移动监控终端两部分组成。采用16位单片机SPCE061A为处理核心，在数据采集端，利用两片CD4067BE分别挂接16只DHT11温湿度传感器和16只光照强度传感器；采用10位ADC实现对环境声音的实时录制，加入OV7670摄像头进行实时拍照监控，最后把所采集到的数据帧通过NRF905无线传输模块传送到移动监控终端。在移动监控终端，通过NRF905接收数据，将处理后的环境参数数据进行显示，接收到的语音压缩编码通过10位DAC进行解码播放，通过按键切换进入全屏环境参数显示模式或全屏监控照片显示模式，并将接受到的环境参数、声音、照片存储到SD卡中。本文以SPCE061A超低功耗单片机为核心，设计了通用智能终端和智能温湿度传感器，重点介绍了该终端和传感器的任务、硬件、软件以及控制算法的设计与实现。硬件方面，介绍了系统各个部分的设计思想、原理电路以及，并给出了系统总硬件原理图；另外，为了实现系统的低成本和低功耗，在满足设计要求的前提下，尽可能选用了价格低廉和低功耗的元器件。软件方面，采用了时间触发的混合调度器模式设计，对系统各个任务进行了设计，并给出了系统软件低功耗设计方法。 关键词：SPCE061A；多节点；无线传输；HMI Abstract The system is designed for two parts of data acquisition terminal and mobile monitoring terminal. Its processing core is SPCE061A which is a 16 bits mcu. In the data acquisition terminal, 16 DHT11 of single bus temperature, humidity sensor and 16 light intensity sensor are hung on two CD4067BE. The environmental sound is recorded to coding and compression with 10 bits ADC which is built in the mcu at any time. Add OV7670 which is a camera module to monitor at anytime. ALL collected data is transmitted to the mobile monitoring terminal through NRF905 of wireless transmission module. In the mobile monitoring terminal, the data is received through NRF905.The environmental parameter data is displayed after dealing with and the compression coding of speech is decoded to play with 10 bits DAC.We can switch to full-screen environment parameter display mode or full-screen picture display mode with the keys. At last, the environmental parameter, sound and photos are stored to the SD card.Based on the SPCE061A ultra low power microcontroller as the core, a general intelligent terminal and intelligent temperature and
2012年TI杯四川省大学生电子设计竞赛 微弱信号检测装置（A题） 【本科组】
微弱信号检测装置（A题） 【本科组】 摘要：本设计是在强噪声背景下已知频率的微弱正弦波信号的幅度值，采用TI公司提供的LaunchPad MSP430G2553作为系统的数据采集芯片，实现微弱信号的检测并显示正弦信号的幅度值的功能。电路分为加法器、纯电阻分压网络、微弱信号检测电路、以及数码管显示电路组成。当所要检测到的微弱信号在强噪音环境下，系统同时接收到函数信号发生器产生的正弦信号模拟微弱信号和PC机音频播放器模拟的强噪声，送到音频放大器INA2134，让两个信号相加。再通过由电位器与固定电阻构成的纯电阻分压网络使其衰减系数可调（100倍以上），将衰减后的微弱信号通过微弱信号检测电路，检测电路能实现高输入阻抗、放大、带通滤波以及小信号峰值检测，检测到的电压峰值模拟信号送到MSP430G2553内部的10位AD 转换处理后在数码管上显示出来。本设计的优点在于超低功耗 关键词：微弱信号MSP430G2553 INA2134 一系统方案设计、比较与论证 根据本设计的要求，要完成微弱正弦信号的检测并显示幅度值，输入阻抗达到1MΩ以上，通频带在500Hz~2KHz。为实现此功能，本设计提出的方案如下图所示。其中图1是系统设计总流程图，图2是微弱信号检测电路子流程图。 图1系统设计总流程图 图2微弱信号检测电路子流程图
1 加法器设计的选择 方案一：采用通用的同相/反相加法器。通用的加法器外接较多的电阻，运算繁琐复杂，并且不一定能达到带宽大于1MHz，所以放弃此种方案。 方案二：采用TI公司的提供的INA2134音频放大器。音频放大器内部集成有电阻，可以直接利用，非常方便，并且带宽能够达到本设计要求，因此采用此方案。 2 纯电阻分压网络的方案论证 方案一：由两个固定阻值的电阻按100:1的比例实现分压，通过仿真效果非常好，理论上可以实现，但是用于实际电路中不能达到预想的衰减系数。分析：电阻的标称值与实际值有一定的误差，因此考虑其他的方案。 方案二：由一个电位器和一个固定的电阻组成的分压网络，通过改变电位器的阻值就可以改变其衰减系数。这样就可以避免衰减系数达不到或者更换元器件的情况，因此采用此方案。 3 微弱信号检测电路的方案论证 方案一：将纯电阻分压网络输出的电压通过反相比例放大电路。放大后的信号通过中心频率为1kHz的带通滤波器滤除噪声。再经过小信号峰值电路，检测出正弦信号的峰值。将输出的电压信号送给单片机进行A/D转换。此方案的电路结构相对简单。但是，输入阻抗不能满足大于等于1MΩ的条件，并且被测信号的频率只能限定在1kHz，不能实现500Hz~2KHz 可变的被测信号的检测。故根据题目的要求不采用此方案。 方案二：检测电路可以由电压跟随器、同相比例放大器、带通滤波电路以及小信号峰值检测电路组成。电压跟随器可以提高输入阻抗，输入电阻可以达到1MΩ以上，满足设计所需；采用同相比例放大器是为了放大在分压网络所衰减的放大倍数；带通滤波器为了选择500Hz～2KHz的微弱信号；最后通过小信号峰值检测电路把正弦信号的幅度值检测出来。这种方案满足本设计的要求切实可行，故采用此方案。 4 峰值数据采集芯片的方案论证 方案一：选用宏晶公司的STC89C52单片机作为。优点在于价格便宜，但是对于本设计而言，必须外接AD才能实现，电路复杂。
微电信号检测系统 摘要：文中基于高速DSP数字采集系统，提供一种通过仪用放大器芯片ad620及滤波处理电路实现对微弱电信号的前置处理及采集的实用性方法。经实验与检测，该设计可以有效的对微弱信号进行实时采集，且滤波、去噪、放大效果较好。 关键词：微弱信号；DSP；仪用放大器；陷波电路 引言： 微电信号检测技术是一门新兴的技术学科，是利用电子学、信息论和物理学的方法，分析噪声产生的原理和规律，研究被测信号的特点与相关性，检测被噪声背景淹没的微弱信号。能在噪声背景中检测信号的微弱信号检测仪器，为现代科学技术和工农业生产提供了强有力的测试手段。应用范围遍及几乎所有的科学领域，已成为现代科技必备的常用仪器。国外很多大学和公司都在从事不同领域的微信号检测的研究和相关芯片的研发工作。且随着仿生智能学的发展，是人们日益认识到若想更加深入的了解生物体内部结构，归根到底就是对人体各种微电信号的采集和处理及分析，所以研究微电信号的采集和处理具有很深远的意义。本文设计了一种微电信号采集和处理系统，通过电路的设计实现了对微弱电信号采集。 一．系统原理介绍 如图所示的是系统的整体设计框图，整个系统由三部分组成：前置仪用放大电路[1]、中间级处理电路、信号采集识别电路。由传感器传来的微弱信号经由前置仪用放大电路放大后经由中间级处理电路的滤波、增益调节及陷波后调制成复合信号采集识别电路可采集及识别的信号，将模拟信号转变为数字信号输入到DSP数字控制电路后序处理。 图1系统原理框图 二、主要功能模块实现电路 2.1前置仪用放大电路 前置放大电路主要考虑噪声、输入阻抗和共模抑制比等的影响。电路如图2所示，包括输入缓冲、高频滤波和仪用放大电路三部分。前置放大电路的最前级直接采用了电压跟随器的设计，此种设计在理论上输入阻抗无穷大，有效的将信号输入源与电路系统隔离，去除了信号源内阻高且不稳定的影响。仪用放大器因为其经典的三运放结构而具有较高的输入阻抗和共模抑制比，并且只需外接一个电阻即可设定增益，在生物信号处理领域被广泛地应用。本文选用的AD公司的AD620。 图 2 前置放大电路 2.2中间级处理电路 中间级处理电路分为带通选频网络[2]、二级放大电路、50Hz陷波器[3]和增益调节电路[4]等。带通选频网络由RC无源网络组成，简单可靠，通带的最大范围设定为0.05kHz～10kHz（在本文设计中是对以上频率做的通带范围，若信号源信号超出此范围改变滤波电路的具体器件参数可改变通带范围）。根据不同信号的差异，可以对信号的放大倍数进行调整，以适合后续数字控制电路对数据的采集的要求。在图3-图6分别给出以上四部分的电路设计原理图。 2.3信号采集电路
GSM 900 MHz手机信号强度检测系统设计 姚达雯;周国平;封维忠;王鑫鑫;黄峰 【期刊名称】《微型机与应用》 【年(卷),期】2014(000)001 【摘要】The design is used to detect the signal intensity of GSM 900 MHz adopted in cellular digital mobile communication network in China. With STC12C5A60S2 as the core MCU, it designs a detection system of signal intensity. It mainly includes the small signal amplifier module, adjustable attenuator, 0900BL18B200 radio transformer, AD8362 power voltage conversion circuit, LCD1602 display module and so on. With the help of ZY12RFSys32BB1 radio frequency training system to simulate GSM 900 MHz cellular signal, it determines the relevant parameters. Then, it carries out the actual tests with antenna collecting GSM 900 MHz cellular signal. Test resultes show that the system can work stably, and meet the requirements of design.%设计了用于检测我国蜂窝数字移动通信网 GSM 通信采用的900 MHz 频段的信号功率强度，以 STC12C5A60S2微处理器为核心，设计制作了信号强度检测系统，该系统主要包括小信号放大模块、可调衰减器、0900BL18B200射频变压器、AD8362功率电压转换电路和LCD1602显示模块等。在用ZY12RFSys32BB1射频训练系统模拟900 MHz 手机信号进行测试并确定相关参数后，通过天线收集GSM 900 MHz 信号进行了实际测试。测量结果表明，系统工作稳定，达到了设计要求。 【总页数】3页(28-30)
基于AD549的微光信号检测系统 引言 近年来，随着微光技术及生物芯片技术的高速发展，各类的传感器、光电器件应运而生，广泛应用于工业，农业，军事等各大领域。然而技术水平的不断提高就要求研究设备对微光信号的响应程度的大幅提高。微光信号检测是发展高新技术、科学研究的重要手段，微光信号检测精度的高低往往会对产品的性能等起到决定性的作用。 在微光信号检测系统中，通常光电转换器件接收到的光信号都十分的微弱，转换后的电信号也非常的小（nA量级）。因此，放大器噪声，背景噪声，电路噪声，外界电磁干扰等都会对检测系统的精度产生极大的影响。为此，选择一个合适的低噪声高精度的前置放大器就显得至关重要了。本文的微光信号检测系统选用的前置放大器是AD549。它是具有极低输入偏置电流的单片电路静电计型运算放大器。为达到高精度的目的，输入偏置电压和输入偏置电压漂移均通过激光调节。这种极低输入电流性能由ADI公司专有的topgate工艺技术完成。这样的放大器很好的满足了系统的需要。 1.微光信号检测系统的原理框图 微光信号检测系统的原理框图如图1所示。光信号由光电阴
极转换为电信号输入到前置放大器中，经过一级放大的电压信号由二级放大器放大之后再输入到AD转换器件中转换成数字信号，之后经由单片机控制显示出来。为了防止模拟电路同数字电路间的串扰，及前置放大器屏蔽的需要，本系统将两部分的电路分离开来。光电检测电路由光电阴极和前置放大器AD549组成，数字显示电路由二级放大器OPA124PA，AD转换器件ADS7816，单片机及数字显示电路组成。 图1 微光信号检测系统的原理框图 2.光电检测电路 2.1 光电检测电路原理 图2 光电检测电路
设计题目：光照强度自动检测显示系统设计一、题目的认识理解 本次设计题目是光照强度自动检测显示系统设计，既然是系统设计，我们可以将其分解为模块，把复杂问题简单化。 数据采集模块，可用光敏电阻将光照强度信号转换为电阻信号从而进行测量计算。 测量电路模块，设置分压电路和比较电路，将电阻信号转换为电压信号分档输出，用于显示和报警。 显示报警模块，用发光二极管进行显示，同时设置光照过强时蜂鸣器报警。 二、设计任务要求： 设计一个光照强度自动检测、显示、（报警）系统，实现对外界三种不同条件下光强的分档指示和报警（弱、适宜、强） 1、方案的设计 根据题目选定光照强度自动检测所用的光电传感器类型； 1）自己设计至少三种以上不同光照条件，测定不同光照条件下光电传感器的输出； 2）传感器测量电路采用集成运算放大器构成的比较器完成，完成至少三种以上不同光照条件下显示报警系统方案的论证和设计；
3）完成自然光光照强度自动检测显示报警系统电路方框图、电路原理图的设计； 4）完成自然光光照强度自动检测显示报警系统中核心芯片的选型、系统中各个参数的计算（备注：1. 含各种元件参数的计算过程或依据2. 选定最接近计算结果的元件规格）； 5）设计结束后，进行仿真调试。 2、仿真调试方案 利用：Multisim等软件仿真，得出主要信号输入输出点的波形，根据仿真结果验证设计功能的可行性、参数设计的合理性； 给出系统整机电路图（利用PROTEL软件做出原理图SCH文件和PCB文件）。 3、完成课程设计报告。 三、设计所需基础知识及工具 1、基础知识 电路理论中电阻电路的分析、模拟电子线路中运算放大器、 比较器、功率放大器等知识，数字电子线路中开关特性及数 字信号等知识，传感器技术中的光电传感器原理及应用、测 量电路等部分知识。 2、设计工具 电子电路EDA仿真软件：Multisim 电子线路设计软件：Protel99SE。
店家WiFi信号及手机信号检测方法及标准 一、技术参数说明： 1、信号功率绝对值dBm：仔细看的时候会发现这个值是负的，也就是说手机会显示比如-67（dBm），那就说明信号很强。科普一个小知识：中国移动的手机接收电平≥（城市取-90dBm；乡村取-94dBm）、（中国联通的手机接收电平≥-95dBm）时，则满足覆盖要求，也就是说此处无线信号强度满足覆盖要求。-67dBm 要比-90dBm 信号要强20多个dB，那么它在打电话接通成功率和通话过程中的话音质量都会强很多（当然也包括EDGE/GPRS上网的速度那些），所以dBm值越大信号就越好，因为是个负值，而且在你手里的时候它永远是负值。如果感兴趣且附近有无线基站的天线的话，可以把你的手机尽量接近天线面板，那么值就越来越大，如果手机跟天线面板挨到一起，那么它可能十分接近于0。（0是达不到的，这里0的意思不代表手机没信号）。 2、移动设备信号发射功率概念：由于手机不断移动，手机和基站之间的距离不断变化，因此手机的发射功率不是固定不变的，基站根据距离远近的不同向手机发出功率级别信号，手机收到功率级别信号后会自动调整自身的功率，离基站远时发射功率大，离基站近时发射功率小。手机中的数据存储器存放有功率级别表，当手机收到基站发出的功率级别要求时，在CPU的控制下，从功率表中调出相应的功率级别数据，经数/模转换后变成标准的功率电平值，而手机的实
际发射功率经取样后也转换成一个相应的电平值，两个电平比较产生出功率误差控制电压，去调节发射机激励放大电路、预放、功放电路的放大量，从而使手机的发射功率调整到要求的功率级别上。也就是说，手机信号强度不是越强越好，也不是起弱越好，它是在一定标准范围内的。 3、Kbps、KBps：又称比特率，指的是数字信号的传输速率，也就是每秒钟传送多少个千位的信息（K表示千位，Kb表示的是多少千个位）；Kbps也可以表示网络的传输速度，为了在直观上显得网络的传输速度较快，一般公司都使用kb（千位）来表示，如果是KBps，则表示每秒传送多少千字节。1KByte/s＝8Kbps(一般简写为1KBps=8Kbps)。ADSL上网时的网速是512Kbps,如果转换成字节，就是512/8＝64KBps(即64千字节每秒）。 二、店家检测各类信号强度的方法： 1、移动设备类型：检测设备可以是：iOS系统移动设备、Android 系统移动设备和笔记本电脑。 2、检测软件： 1）iOS系统：SPEEDTEST，可检测Ping值、下载速率、上传速率，功能亮点是可以保存往次检测记录。 2）Android系统：SPEEDTEST，功能和iOS系统的一样，功能亮点是可以保存往次检测记录。 3）WiFi分析仪：可检测WiFi信号强度、信道、寻找AP等功能。
一种弱光信号光电检测系统的设计 1 引言 光的信息就存在于光强和相位中。而相位信息又是通过干涉转化成强度信息进行测量的，故光强的测量是很重要的检测目标。 光强变化的检测要针对光的变化特性进行设计。第一，入射光从频谱方面分析有单色的，有白光的，有特定光谱的；第二，光强有缓变和快变之分，一天之中日光强度的变化就属于缓变，再快一点的话如屏幕上木一个像素点随动画播放强度的变化，更快的还有人眼无法识别的，这将涉及到器件的响应度；第三，光强有变化幅度的问题，变化幅度有大有小针，这将涉及到器件的灵敏度；第四，光强的静态点，如果静态点在零点，且属于小幅度变化便属于微光检测。本段是对光源的分析，这是设计的目的，理想的检测是能针可以检测任意光强处，光强度的极高频极微弱变化，显然这是无法达到的，只对特定的需求进行设计。 光电检测的第一步是分析光，及其设计目标。第二步是光感应器件。第三步是配套电路。光电器件涉及到半导体，光与物质间的作用和原件制备工艺与技巧等知识,这些会影响器件的性能误差等参数。再根据电子技术知识，通过电路优化消除误差，可得出理想的电路。误差的来源有光电器件的非线性性质，外界温度，放大器件本身的噪声。 能感应光强的器件有：光敏电阻，光电池，光电二极管（PIN管，雪崩管等），复合光电三极管，光电三极管。其中响应最慢的是光敏电阻，他不但惯性大，还具有前历效应。本实验选用光电二极管，它具有较快的动态响应。 光敏电阻器是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化）。通常，光敏电阻器都制成薄片结构，以便吸收更多的光能。当它受到光的照射时，半导体片（光敏层）内就激发出电子—空穴对，参与导电，使电路中电流增强。 光电二极管和普通二极管一样，也是由一个PN结组成的半导体器件，也具有单方向导电特性。但是，在电路中它是通过它把光信号转换成电信号。光电二极管在设计和制作时尽量使PN结的面积相对较大，以便接收入射光。光电二极管是在反向电压作用在工作的，没有光照时，反向电流极其微弱，叫暗电流；有光照时，反向电流迅速增大到几十微安，称为光电流。光的强度越大，反向电流也越大。光强的变化引起光电二极管电流变化，这就可以把光信号转换成电信号，成为光电传感器件。 本试验采用光电二极管，完成对低频微弱光信号的检测。对微弱或极微弱光的检测, 在科学研究，生活应用和军事等领域有广泛的应用。为将微弱光信号转换为电信号以方便后级电路处理, 设计了针对于微弱光信号检测电路。电路由光电转换和前置放大两部分组成。该放大电路设计可有效放大低于1nW的微弱输入信号, 同时对噪声也有很强的抑制作用。 微弱光信号检测的一般办法是通过光电转换器件将微弱的光信号转换成为微弱电信号, 然后再通过电路放大, 将这个微弱电信号转变为可处理的电信号。微弱光信号检测的难点在于光电信都很微弱，所以制作低噪声、高精度光电放大器是关键所在。 现在一般采用光电转换电路和前置放大电路组成放大器的方法, 并且多采用专用集成电路来构建电路。全部采用专用集成电路的方法缺乏灵活性, 在有些应用
第1章绪论 1.1 研究背景和意义 随着社会和科学技术的不断进步，人们对生命现象的认识也越来越深入，生物医学信号的检查是对人体健康状况评估的手段。在医院里，通过检查必要的生物医学数据，医生可以对病人健康程度做一个评估，并且根据数据诊断出病患所得的疾病以及康复状况。同时，医药保健类产品早已经不是医院的专利，以家庭为单位，几乎每个家庭都配备了必要的医疗保健类用品[1-3]。在适宜的医疗设备条件下，病人可以不依靠医生的辅助，自己采集医学生理数据，通过医学根据对此参数分析，评估健康水平或者诊断自身是否有疾病。现代的医疗仪器给人民生活带来了便捷，在智能化、便携式、可靠性、安全性等方面都有了很大的提高。仪器在实现功能的同时都有不同的特点，有的仪器便于携带，有的仪器操作简单。当然，结合众多优点的仪器无疑受到消费者的青睐。以医院为单位，因为测量出来的数据可以直接提供给医生作为诊断或评估病人身体状况的参考，所以这类医疗仪器性能高、功能强大、测量数据准确。而对于以家庭或个人来说，在保证功能的同时，方便测量生理数据、便于携带、价格低廉、智能化这些特点是此类医疗仪器发展的趋势。 作为诸多生理信号的一种，脉象信号蕴含着丰富的信息，从脉搏波中提取人体的生理病理信息作为临床诊断和治疗的依据，历来都受到中外医学界的重视。脉搏波所呈现出的形态(波形)、强度(波幅)、速率(波速)和节律(周期)等方面的综合信息，在很大程度上反映出人体心血管系统中许多 生理病理的血流特征[4]。许多中医文献分析脉象的形成和西医分析虽然表、述各有不同，但是有相同的科学原理。 人体循环系统由心脏、血管、血液所组成，负责人体氧气、二氧化碳、养分及废物的运送。血液经由心脏的左心室收缩而挤压流入主动脉，随即传递到全身动脉。当大量血液进入动脉将使动脉压力变大而使管径扩张，在体表较浅处动脉即可感受到此扩张，即所谓的脉搏[1]。 正常人的脉搏和心跳是一致的。脉搏的频率受年龄和性别的影响，婴儿每分钟
信号检测与估计理论在雷达系统方面的应用 摘要：随着互联网应用的普及及发展，信号的检测与估计技术的应用也越来越受到人们的关注。雷达中的信号检测是一个综合性问题，涉及多个学科，多领域知识，所以它是科学领域最为关注的问题。近年来已经开展了大量雷达系统信号实现方法相关的研究课题，其中回波信号的检测和估计是最为重要的方面。本论文就是针对雷达信号检测和估计的精确性问题加以展开的。 关键词：雷达系统，信号估计，信号检测 第一章雷达系统 1.1起源和发展 早期雷达用接收机、显示器并靠人眼观察来完成信号检测和信息提取的工作。接收机对目标的回波信号进行放大、变频和检波等，使之变成能显示的视频信号，送到显示器。人们在显示器的荧光屏上寻找类似于发射波形的信号，以确定有无目标存在和目标的位置。随着雷达探测距离的延伸,回波变弱,放大倍数需要增加。于是，接收机前端产生的噪声和机外各种干扰也随着信号一起被放大，而成为影响检测和估计性能的重要因素。这时,除了降低噪声强度之外,还要研究接收系统频带宽度对发现回波和测量距离精度的影响。这是对雷达检测理论的初期研究。后来，人们开始在各种干扰背景中对各种信号进行检测和估计的理论研究，其中有些结论，如匹配滤波理论，关于滤波、积累、相关之间等效的理论，测量精度极限的理论，雷达模糊理论等，已在实际工作中得到应用. 1.2雷达的概述 雷达的英文名字是radar,是“无线电探测与定位”的英文缩写。雷达的基本任务是探测感兴趣的目标，测定有关目标的距离、方问、速度等状态参数。雷达主要由天线、发射机、接收机（包括信号处理机）和显示器等部分组成。
雷达发射机产生足够的电磁能量，经过收发转换开关传送给天线。天线将这些电磁能量辐射至大气中，集中在某一个很窄的方向上形成波束，向前传播。电磁波遇到波束内的目标后，将沿着各个方向产生反射，其中的一部分电磁能量反射回雷达的方向，被雷达天线获取。天线获取的能量经过收发转换开关送到接收机，形成雷达的回波信号。由于在传播过程中电磁波会随着传播距离而衰减，雷达回波信号非常微弱，几乎被噪声所淹没。接收机放大微弱的回波信号，经过信号处理机处理，提取出包含在回波中的信息，送到显示器，显示出目标的距离、方向、速度等。 为了测定目标的距离，雷达准确测量从电磁波发射时刻到接收到回波时刻的延迟时间，这个延迟时间是电磁波从发射机到目标，再由目标返回雷达接收机的传播时间。根据电磁波的传播速度，可以确定目标的距离为：S=CT/2 其中S：目标距离；T：电磁波从雷达到目标的往返传播时间；C：光速 1.3雷达的工作原理 雷达是利用目标对电磁波的反射(或称为二次散射)现象来发现目标并测定其位置的空间任一目标所在位置可用下列三个坐标来确定:1>目标的斜距R;2>方位角a;3>仰角B。同时也就是说根据雷达接收到的信号检查是否含有目标反射回波，并从反射回波中测出有关目标状态的数据。 第二章雷达中的信号检测 雷达的基本任务是发现目标并测定其坐标通常目标的回波信号中总是混杂着噪声和各类干扰而噪声和各种干扰信号均具有随机持性在这种条件下发现目标的问题属于信号检测的范畴信号检测理论就是要解决判断信号是否存在的方法及其最佳处理方式。
信号检测与估计考试题库 考试内容： 1.随机信号分析 平稳随机信号与非平稳随机信号，随机信号的数字特征，平稳随机过程，复随机过程，随机信号通过线性系统。 2.信号检测 信号检测的基本概念，确知信号的检测（包括匹配滤波原理、高斯白噪声中已知信号检测、简单二元检测） 3.信号估计 信号参数（包括贝叶斯估计、最大似然估计、线性均方估计和最小二乘估计），信号波形估计（主要指卡尔曼滤波）。 一、填空（1x15=15） 1.可以逐一列举的随机变量称为（离散型随机变量）随机变量；可能的取值占满一个连续区间的随机变量称为（连续型随机变量）随机变量。（P3） 2.服从正态分布的调幅噪声经过包络检波之后服从（瑞丽分布）分布。（P5） 3.（方差）就是描述随机变量的在其均值周围发散程度的度量。（P6） 4.全体观测结果构成的函数族称为（随机过程）。（P9） 5.一维分布函数只能反映随机过程在某一时刻的统计规律，随机过程在不同时刻的相互联系需要用（多位分布函数）来描述。 6.有一类随机过程的统计特征（不随时间变化），称为平稳随机过程。（P12） 7.线性时不变（LTI）系统的特性在时域用冲击响应（h(t)）来描述，在频域用频率响应函数（H(W)）来描述。（P15） 8.高斯分布的随机过程通过LTI系统后是（高斯过程）过程。(P16) 9.高斯过程是随机过程的概率密度函数为__________，白噪声是指具有均匀（功率谱密度恒为常数）的随机信号。（P17） 10.在信号传输和处理过程中，经常会受到各种干扰，使信号产生失真或受到污染，这些干扰信号通常称为（噪声）。（P18） 11.白噪声的均值为（零）。（P18） 12.功率谱密度恒为常数的随机信号称为（白噪声）。（P18） 13.限带白噪声的相关函数比理想白噪声的相关函数宽，（既噪声的相关时间加长）。（P20） 14.在雷达系统中要根据观测（回波信号）来判断目标是否存在。（P49） 15.为了寻找未知先验概率情况下的最佳判决准则，首先研究（风险）与先验概率之间的关系。（P58） 16.高斯白噪声是指功率谱密度为（功率谱密度为常数），服从正态分布的噪声。（P74） 17.非白噪声背景匹配滤波器的关键是（白化滤波器）的设计。（P90） 18.所谓均匀代价函数是指当误差超过某一门限值时，代价是（相同），而当误差小于该门限时，代价（为零）。（P106） 19.估计量的性质有（无偏性）、（有效性）_和（一致性）（P109） 20.加权最小二乘法利用了观测噪声的统计特性，并且主要是针对（非平稳噪声）。（P132） 二、选择（2x15=30） 1.标准正态分布的期望和方差分别为（A）（P4） A.0,1 B.1,0 C.1,1 D.0,0
传感器原理及应用课程 设计说明书 设计题目：光照强度自动检测显示报警控制 系统设计 学号： 姓名： 完成时间：2010、12、13至2010、12、19 总评成绩： 指导教师签章：
设计题目：光照强度自动检测显示系统设计 一、题目的认识理解 本次设计题目是光照强度自动检测显示报警控制系统设计，完成光照强度自动检测、显示、报警、控制系统。采用电路、数电、模电知识柔和一块设计电路，将系统分为四个模块设计电路：检测、显示、报警、控制，把复杂问题简单化。 数据采集模块，可用光敏电阻将光照强度信号转换为电阻信号从而进行测量计算。 测量电路模块，设置分压电路和比较电路，将电阻信号转换为电压信号分档输出，用于显示和报警。 显示报警模块，用发光二极管进行显示，同时设置光照过强时蜂鸣器报警。 自动控制模块，用或非门实现暗光控制，同时继电器闭合，打开日光灯，当在外界中、强光条件下继电器掉电日光灯熄灭。 一、设计任务要求： 设计一个光照强度自动检测、显示、报警、控制系统，实现对外界三种不同条件下光强的分档指示和报警（弱、适宜、强） 1、方案的设计 根据题目选定光照强度自动检测所用的光电传感器类型； 1）自己设计至少三种以上不同光照条件，测定不同光照条件下光电传感器的输出；2）传感器测量电路采用集成运算放大器构成的比较器完成，完成至少三种以上不同光照条件下显示报警系统方案的论证和设计； 3）完成自然光光照强度自动检测显示报警系统电路方框图、电路原理图的设计； 4）完成自然光光照强度自动检测显示报警系统中核心芯片的选型、系统中各个参数的计算（备注：1. 含各种元件参数的计算过程或依据2. 选定最接近计算结果的元件规格）； 5）设计结束后，进行仿真调试。 2、仿真调试方案 利用：Multisim等软件仿真，得出主要信号输入输出点的波形，根据仿真结果验证设计功能的可行性、参数设计的合理性； 给出系统整机电路图（利用PROTEL软件做出原理图SCH文件和PCB文件）。 3、完成课程设计报告。
基于DSP的微弱信号检测采集系统设计 通常所用的数据采集系统，其采样对象都为大信号，即有用信号幅值大于噪声信号。但在一些特殊的场合，采集的信号很微弱，其幅值只有几个μV，并且淹没在大量的随机噪声中。此种情况下，一般的采集系统和测量方法无法检测该信号。本采集系统硬件电路针对微弱小信号，优化设计前端调理电路，利用测量放大器有效抑制共模信号（包括直流信号和交流信号），保证采集数据的精度要求。针对被背景噪声覆盖的微弱小信号特性，采用简单的时域信号的取样积累平均方法，有利于减少算法实现难度。 DSP芯片因其具有哈佛结构、流水线操作、专用的硬件乘法器、特殊的DSP指令、快速的指令周期等特点，使其适合复杂的数字信号处理算法。本系统采用TI公司的TMS320C542作为处理器，通过外部中断读取ADC数据，并实现取样累加平均算法。 1. 取样积累平均理论 微弱信号检测（Weak Signal Detection）是研究从微弱信号中提取有用信息的方法。通过分析噪声产生的原因和规律，利用被测信号的特点和相干性，检测被背景噪声覆盖的有用信号。常用的微弱信号检测方法有频域信号的相干检测、时域信号的积累平均、离散信号的计数技术、并行检测方法。其中时域信号积累平均是常用的一种小信号检测方法。 取样是一种频率压缩技术，将一个高重复频率信号通过逐点取样将随时间变化的模拟量，转变成对时间变化的离散量的集合，从而可以测量低频信号的幅值、相位或波形。时域信号的取样积累方法是在信号周期内将时间分成若干间隔，在这些时间间隔内对信号进行多次测量累加。时间间隔的大小取决于要求恢复信号的精度。某一点的取样值都是信号和噪声
高灵敏度CCD光电信号检测系统的设计 0. 引言 图像传感器是目前最热门的技术之一,发展极为迅速[1-3]。采用CCD 图像传感器设计光谱仪,使得光谱仪具有测量快速、没有运动部件、体积小、重量轻、使用方便等一系列突出的优点,是光谱仪等科学仪器的发展方向[4-9]。 光谱光电检测系统对CCD输出信号处理的目的就是尽可能地消除各种噪声和干扰,又尽量减少有效信号细节的损失,保证输出幅度,提高输出信号的稳定性,使得CCD动态范围内检测到的信号强度随被测信号的变化成线性变化,同时为了便于计算机处理和大容量存储,还必须对CCD输出信号进行数字化处理[10-16]。 针对CCD的输出信号特点和光谱系统检测原则,设计了如图1所示的光电信号检测电路。整个设计分为电源设计、驱动电路设计、预处理、A/D转换以及微处理器五部分。限于篇幅,本文着重介绍CCD的输出信号预处理、A/D转换以及微处理器三部分的内容。 图1 IL-C6-2048C输出信号处理电路原理框图 1. 高性能CCD简介 本文采用的是加拿大DALSA公司生产的埋沟道型IL-C6-2048C线阵CCD。它主要的性能特点如下： （1）单输出 ,最大数据输出率可达25M；
（2）2048个有效光敏单元 ,每行另有5个隔离单元和4个遮光单元（遮光单元用于暗电流检测）；在行转移时钟为750Hz时 ,25℃室温下 ,暗信号大小仅为8mV； （3）光敏单元的尺寸为13um×500um ,中心距为13um ,有效光敏阵列总长为26.6mm； （4）具有抗光晕（Anti-Blooming）和曝光控制功能； （5）高灵敏度：峰值（800nm）响应率为错误!未找到引用源。；饱和曝光量达到错误!未找到引用源。。 （6）埋沟道器件 ,动态范围宽 ,最大可达23600:1。 2. CCD输出信号的预处理 CCD的输出信号由于是负极性的离散模拟信号 ,并且混杂有幅度较大的复位脉冲干扰 ,为了获得高质量的脉动光谱信号 ,必须对CCD输出信号进行适当的预处理 ,才能通过A/D 转换 ,进行进一步的处理。CCD输出信号的预处理包括前置放大、直流箝位、相关双采样、低通滤波和放大几部分 ,下面分别来进行介绍。 2.1 CCD输出信号的前置放大电路 CCD 器件是低功耗器件 ,其输出的视频信号电流非常小 ,也就是说 ,CCD的输出信号不足以驱动后面的视频信号处理电路。因此在CCD输出级要加上一级电流放大电路 ,以提高带负载能力。这部分电路在电路布局上 ,应尽量靠近CCD芯片的输出端 ,以减少传输延迟和信号变形[3]。 本设计中IL-C6-2048C 的输出信号放大电路采用 的是射极跟随方式 ,因为 射极跟随器有高的输入电 阻和低的输出电阻 ,能隔 离前后级电路的相互影响 , 起缓冲作用 ,同时有较大 的电流放大倍数 ,所以可 用作视频信号处理的输入 级,放大器件采用 图2 IL-C6-2048C前置放大电路 MMBT3904晶体管 ,它是低 噪声的器件 ,电流放大倍数(hFE=100)线性好 ,电路实现如图2所示。