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2012年全国大学生电子设计竞赛【本科组】微弱信号检测装置（A题）摘要：本系统是基于锁相放大器的微弱信号检测装置，用来检测在强噪声背景下已知频率的微弱正弦波信号的幅度值。
该系统由加法器、纯电阻分压网络、微弱信号检测电路和显示电路组成。
其中加法器和纯电阻分压网络生成微小信号，微弱信号检测电路和显示电路完成微小信号的检测和显示在液晶屏上。
本系统是以相敏检波器为核心，将参考信号经过移相器后，接着通过比较器产生方波去驱动开关乘法器CD4053，最后通过低通滤波器输出直流信号检测出微弱信号，将该直流信号送入单片机处理后，液晶显示出来。
经最终的测试，本系统能较好地完成微小信号的检测。
关键词：微弱信号强噪声相敏检测Abstract: The system is of weak signal detection based on lock-in amplifier device, used for the detection of known weak sinusoidal signal under strong noise background frequency amplitude. The system consists of an adder, pure resistor divider network, weak signal detection circuit and display circuit. The adder and the pure resistor divider network to produce small signal, weak signal detection circuit and display circuit to complete the detection of tiny signal and displayed on the LCD screen. The system is based on a phase sensitive detector as the core, the reference signal through the phase shifter, then through the comparator produces Fang Bo todrive switch multiplier CD4053, finally through the low pass filter output DC signal detection ofweak signal, the DC signal into the microcontroller processing, liquid crystal display. The final test, the system can achieve the tiny signal.Key Word：weak signal strong noise phase sensitive detection目录摘要： (1)1. 系统设计 (3)1.1设计要求 (3)1.1.1设计任务 (3)1.1.2技术指标 (3)1.2方案比较与选择 (4)1.2.1微弱信号检测模块方案比较 (4)1.2.2移相网络模块方案比较 (4)1.2.3电阻分压模块方案比较 (5)1.3方案论证 (5)2.单元电路设计及参数计算 (5)2.1加法器电路 (5)2.4带通滤波电路 (7)2.5相敏检波电路 (7)2.7低通滤波电路 (8)3. 软件设计 (9)3.1程序总体流程图 (9)3.2程序清单（见附录2） (9)4.系统测试 (9)4.1测试仪器 (9)4.2测试结果 (10)5. 结束语 (10)参考文献 (10)附录 (10)附录1 主要元器件清单 (10)附录2 程序清单 (11)1.系统设计1.1设计要求1.1.1设计任务设计并制作一套微弱信号检测装置，用以检测在强噪声背景下已知频率的微弱正弦波信号的幅度值，并数字显示出该幅度值。
第1篇一、实验背景随着科技的不断发展，测控技术在工业生产、科学研究、军事等领域发挥着越来越重要的作用。
测控装置作为测控技术的核心，其性能直接影响着测控系统的稳定性和准确性。
本实验旨在通过实际操作，深入了解测控装置的原理、结构、功能以及应用，提高学生对测控技术的认识和操作能力。
二、实验目的1. 熟悉测控装置的基本原理和组成；2. 掌握测控装置的调试方法和操作技巧；3. 学会分析测控装置在实际应用中的问题，并提出解决方案；4. 提高学生的动手能力和创新意识。
三、实验内容1. 测控装置基本原理及组成本实验主要介绍了测控装置的基本原理和组成，包括传感器、信号调理电路、数据采集与处理系统、执行机构等部分。
传感器负责将物理量转换为电信号，信号调理电路对信号进行放大、滤波等处理，数据采集与处理系统对信号进行数字化处理，执行机构根据处理结果执行相应的动作。
2. 测控装置调试方法（1）传感器调试：根据实际测量需求，选择合适的传感器，并对传感器进行校准和标定，确保测量精度。
（2）信号调理电路调试：对信号调理电路进行参数设置，使信号达到最佳状态，如放大倍数、滤波频率等。
（3）数据采集与处理系统调试：设置数据采集参数，如采样频率、分辨率等，并对采集到的数据进行处理和分析。
（4）执行机构调试：根据实际需求，对执行机构进行参数设置，确保执行机构能够准确执行指令。
3. 测控装置应用实例本实验以温度测控系统为例，介绍了测控装置在实际应用中的具体操作。
包括：（1）选择合适的温度传感器，如热电偶、热电阻等；（2）搭建温度测控系统，包括传感器、信号调理电路、数据采集与处理系统、执行机构等；（3）对系统进行调试，确保系统稳定运行；（4）根据实际需求，对温度数据进行采集、处理和分析，实现对温度的实时监控和控制。
四、实验结果与分析1. 实验结果通过本次实验，我们成功搭建了一个温度测控系统，实现了对温度的实时监测和控制。
系统稳定运行，测量精度达到预期要求。
微弱信号检测装置的设计作者：殷大勇来源：《科学与财富》2019年第05期摘要：随着我国新时代科学技术发展的不断推进，我国信号检测技术也在不断发展，但是在微弱信号检测方面，我国现有信号检测技术还存在一定的不足，需要得到相关科研部门的高度重视，也需要经过相关科研人员的进一步改进，以期我国新时代微弱信号检测技术能够满足新时代经济建设的发展需求，使我国新时代综合科技能力稳步提升。
本文重点对我国现阶段的微弱信号检测装置的设计进行探讨和分析，并提出相应的设计方案以供广大信号检测技术研究人员的参考，以期为我国微弱信号检测技术做出积极贡献。
关键词：微弱信号;信号检测;装置;设计微弱信号检测（ Weak Signal Detection）是一门新兴的技术学科，应用范围遍及光、电、磁、声、热、生物、力学、地质、环保、医学、激光、材料等领域。
其仪器已成为现代科学研究中不可缺少的设备。
微弱信号检测技术是使用电子学、信息论、计算机及物理学的方法，分析噪声产生的原因和规律，研究被测信号和噪声的统计特性及其差别，检测被噪声淹没的微弱有用信号。
一、微弱信号检测技术的相关概述随着我国新时代科学技术和社会主义生产力的飞速发展，各种对于数据精确度要求较高的物理量的微小变化需要得到及时的测量，比如一些微弱风电流、电压，或者一些微小的温度变化和磁场、振动等，有些微弱信号往往处于一些极端的条件下，这些微弱信号的测量同样十分重要。
在通常情况下，很多的非电量微小物理变化都可以通过特定的传感器经过一系列的转变变为电信号，达到了对微小信号放大的目的，进而进行进一步的显示和记录。
但是在实际的应用过程中，这些较为微小的物理量变化即使通过传感器转换也是十分微弱的，二对于这些微弱信号新进行检测的时候，干扰和噪声往往会成为主要的矛盾所在，在基本的科学认识中，物质一般是由院子或者分子等带电粒子所组成，物质若长期存在于一定的温度环境或者其他条件之中时，带电粒子往往会发生热扰动，进而会产生一定的热噪声造成干扰;除此之外，电子电路中的各个电子元件，尤其是半导体器件之中的载流子在再生、复合的过程中会产生一系列的噪声，最为突出的还有依附于半导体器件表面状态的影响的闪烁噪声，还有一些光所产生的量子噪声等等。
DN-501型微弱信号检测综合装置编写：孙士平审核：武洪涛一、设备名称：DN-501型微弱信号检测综合装置二、型号/规格：DN-501三、生产厂家：南京大学微弱信号检测技术开发研究中心四、操作面板：五、功能说明：本实验综合装置的特点是：由十多个单元实验盒和几个配有电源的插入式机箱组成。
通过组合，能开设十多个微弱信号检测的教学实验。
通过不同的实验部件盒组合，可以排出不同的实验或组成不同类型的微弱信号检测仪器。
能方便、经济地排出学生要掌握的微弱信号检测技术的基本实验。
同时也可以用这些组件构成一个完整的锁定放大器、同步积分器和多点信号平均器，等等。
1.1仪器的配套性：（如表一所示）表一：仪器的配套性仪器实验盒 A 组合 B 组合（1）、相关器（PSD+低通滤波器）实验盒 1 件 2 件 （2）、宽频带相移电路实验盒 1 件 1 件 （3）、同步积分器实验盒 1 件 1 件 （4）、多点信号平均器部件实验盒 1 件 1 件 （5）、选频放大器实验盒 1 件 1 件 （6）、多功能信号源实验盒 1 件 2 件 （7）、有源高通、低通滤波器实验盒 1 件 1 件 （8）、低噪声前置放大器实验盒 1 件 1 件 （9）、交流、直流、噪声电压表实验盒 1 件 1 件 （10）、频率计实验盒 1 件 2 件 （11）、跟踪滤波器实验盒 1 件 1 件 （12）、相位测量与指示实验盒 1 件 1 件 （13）、直角坐标分量（V I，V Q）到极坐标分量（V A，Vφ）变换电路实验盒 无 1 件 （14）、综合实验机箱与电源 3 件 4 件2.2仪器的实验功能本实验组合装置配有HB－620型精密衰减器,能开设下列十个实验：（1）、 相关器的研究及其主要参数测量（2）、 同步积分器的研究及其主要参数测量（3）、 多点信号平均器原理实验（4）、 锁定放大器原理实验（需增加HB-602型精密衰减器）（5）、 跟踪滤波器实验（需增加HB-602 型精密衰减器）（6）、 锁定放大器性能测试实验（需增加HB-602型精密衰减器）（7）、 用锁定放大器测量低频点噪声电压的实验（需增加HB-602型精密衰减器）（8）、 锁相电压表原理实验（需增加HB-602型精密衰减器）（9）、 跟踪选频放大器实验（需增加HB-602型精密衰减器）（10）、 选频放大器原理及其性能测试实验六、参数指标（1）、频率范围： 10Hz——10KHz（2）、测试电压范围：1μV——1V（3）、波形：正弦波、方波、三角波（4）、选频Q值：3、30（5）、倍频、分频数：倍频：1——15，分频：1——1/15（6）、抑制噪声能力：≥100倍（7）、抑制不相干能力：≥800倍（8）、前置放大器噪声电压：≤ 5nV/Hz（9）、电压表测量功能：直流、交流、噪声（10）、相位测量范围：0°——360 °说明：因为实验室有A，B两个组合配置的部件不同组合，都配备HB-602型精密衰减器，因此可以排出上述十多个微弱信号检测技术方面的实验。
浅析微弱信号检测装置设计微弱信号检测是许多科学领域和工程领域中的一个重要技术挑战，包括无线通信、雷达、医学诊断和科学研究等领域。
微弱信号检测装置是用来检测和测量微弱信号的设备，它需要具备高灵敏度、低噪声和高分辨率等特性。
本文将对微弱信号检测装置的设计原理和关键技术进行分析和探讨。
一、微弱信号检测装置的原理微弱信号检测装置的设计原理主要是利用信号放大和滤波技术来增强微弱信号的强度，并通过噪声抑制技术来提高信噪比。
一般来说，微弱信号检测装置包括前置放大器、滤波器、增益控制器和信号处理器等部件。
前置放大器是用来放大输入信号的强度，增加信号与噪声的差异，从而提高信噪比。
前置放大器的设计需要考虑到信号的频率范围、输入阻抗和放大倍数等参数。
滤波器则是用来去除输入信号中的杂散噪声和干扰信号，通常采用低通滤波器或带通滤波器来限制输入信号的频率范围。
增益控制器可以根据输入信号的强度来调节放大倍数，以避免过大的信号被过度放大而导致失真。
信号处理器则用来处理放大后的信号，包括采样、滤波、数字转换和数据分析等功能。
1. 低噪声放大器设计低噪声放大器是微弱信号检测装置中的关键部件，它需要具备高增益和低噪声的特性。
要设计一款低噪声放大器，需要考虑到放大器的噪声系数、输入电阻、输出阻抗和带宽等参数。
通常采用低噪声场效应管和双极晶体管来设计低噪声放大器，同时采用差分放大电路来提高信噪比。
还需要考虑到放大器的线性度和稳定性，以确保信号在放大过程中不会失真和漂移。
2. 信号滤波技术信号滤波技术是微弱信号检测装置中的另一个关键技术，它用来去除输入信号中的杂散噪声和干扰信号，从而提高信号的纯度和准确性。
通常采用主动滤波器和被动滤波器来设计信号滤波器，主动滤波器采用放大器和反馈网络来实现滤波功能，被动滤波器则采用电容和电感等元件来实现滤波功能。
还可以采用数字滤波器来进行数字信号处理，用于实现高精度和高分辨率的滤波效果。
3. 低功耗设计微弱信号检测装置通常需要长时间持续工作，因此需要考虑到功耗和热量的控制。
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。
浅析微弱信号检测装置设计微弱信号检测装置是现代电子技术中的一种重要设备，可应用于实验室、医学、生物学、物理学等各个领域。
在检测微弱信号时，装置的性能和信噪比是非常关键的因素，因此，在设计微弱信号检测装置时应注意以下几个方面。
一、选择合适的运放运放是微弱信号检测装置中最关键的元件之一，因此在设计过程中，选择合适的运放非常重要。
具体选择的运放型号应根据待检测信号的特点来确定，如信号的频率、幅度和电压等。
同时，也需注意运放的输入电容、噪声指标和失调等方面的参数，以满足设计要求。
二、抗干扰能力微弱信号检测装置往往处于电磁干扰严重的环境中，因此它的抗干扰能力也是重要的设计要求之一。
在设计时应注意信号连接线的选用，尽量选择抗干扰能力较强的电缆，避免短路、应变等情况的发生。
同时，还需采用耦合网络、屏蔽等方法，增强抗干扰能力。
三、电路布局电路布局对于微弱信号检测装置的性能有着重要的影响。
因此，在设计时应充分考虑电路布局和走线方式等因素，尽量避免电路引入其它干扰信号，以保证微弱信号的检测和测量精度。
四、供电和接地微弱信号检测装置的供电和接地也是设计过程中需要注意的关键因素。
在供电设计中，应避免供电线路引入噪声，使得微弱信号受到干扰。
在接地设计中，则需采用合理的接地方式，消除干扰电流，以提高微弱信号检测装置的精度。
五、信号滤波信号滤波是微弱信号检测装置中最常用的处理方式之一，有效地滤除不需要的噪声信号，保留待检测信号。
在设计时应根据待检测信号的特点选择合适的滤波器，如低通、高通、带通滤波器等。
总之，微弱信号检测装置的设计需要从多方面进行思考，从运放的选择、抗干扰能力、电路布局、供电和接地以及信号滤波等方面设计。
只有这样，才能设计出性能优良的微弱信号检测装置，广泛应用于现代科技领域。
高精度微弱信号检测装置设计许江淳;李瑞;赵烨;石河【摘要】为了更好地提取被强噪声淹没的微弱信号,适应工业发展的需求,结合实际项目,利用同步外差技术设计了一个以STM32F107VC微处理器为控制单元,以MC1496为检测核心的微弱信号检测装置,从设计的微弱信号检测装置的检测精度要求出发,分析检测装置误差来源,并提出减小误差的解决方案,通过实测的数据进行了验证,实验结果表明:该装置可以实现对不同频率信号的识别和检测,具有很高的精度.%In order to extract weak signals from the strong noise better and to meet the needs of industrial development,practical projects utilizing the technology of synchronous heterodyne,design a weak signal detection device based on STM32F107VC microcontroller as the control unit and MC1496 as the core of detection.According to the requirement of the detection precision of the weak signal detection device,analyze error sources of the detection device and propose the solution to reduce error.It is verified by the measured data.The experimental results show that the device can realize the identification and detection of different frequency signals and it has high precision.【期刊名称】《传感器与微系统》【年(卷),期】2017(036)002【总页数】4页(P94-96,100)【关键词】强噪声;同步外差技术;微弱信号检测;高精度【作者】许江淳;李瑞;赵烨;石河【作者单位】昆明理工大学信息工程与自动化学院,云南昆明650500;昆明理工大学信息工程与自动化学院,云南昆明650500;昆明理工大学信息工程与自动化学院,云南昆明650500;昆明理工大学信息工程与自动化学院,云南昆明650500【正文语种】中文【中图分类】TM935微弱信号并不意味着信号幅度小，而是指被噪声淹没的信号，微弱也仅仅是相对噪声而言的，只有在有效抑制噪声的情况下，有选择地放大微弱信号的幅度，才能提取出有用的信号。
微弱信号检测装置摘要：本系统采用MSP430G2553(LaunchPad)作为主控制器，利用双相锁定放大器检测原理实现微弱信号的检测。
系统中，MSP430G2553实现LCD显示控制、已知频率的微弱正弦信号幅度检测、正交参考信号控制等功能；双通道DDS信号发生电路实现正交信号源的产生；ML T04模拟乘法器实现模拟信号相乘；MAX297实现低通滤波；OPA2227构成加法器实现正弦信号和噪声信号相加、以及双相锁定放大器经DC放大之后同相输出信号和正交输出信号的相加；OPA2134实现微弱信号的放大；ADC模块采用MSP430G2553自带的AD实现；键盘实现正交信号源的调节与控制。
通过测试：系统纯电阻网络衰减系数为121；微弱信号检测电路的输入阻抗Ri远大于1 M ；输入正弦波信号VS 的频率在500Hz ~ 2kHz范围内、幅度峰峰值在20mV ~ 2V 范围内时，测量误差小于2%。
因此，从测试结果来看，基本部分达到设计要求，发挥部分实现基本功能。
该系统最明显的优势在于软件非常简单，只需采集微弱正弦信号电压幅度跟频率（频率其实是已知的）。
关键字：LaunchPad；双相锁定放大器；双通道DDS正交信号源；低通滤波器；LCD显示一、方案论证与比较1.微弱信号检测电路方案一：基于微弱信号的混沌理论，混沌理论是非线性科学最重要的成就之一, 作为非线性科学的重要分支, 混沌理论具有丰富的内涵和广博的外延空间。
因此，混沌检测已经受到国内外很多学者的关注。
为此，将混沌理论引入微弱信号的检测，利用混沌系数对小信号极强的敏感性及其对噪声的强免疫力来解决传统检测方法对噪声抑制不彻底的缺陷，通过对特定状态下的Duffing振子施加周期摄动力，即对混沌状态进行微扰，使系统由混沌状态突变到大尺度周期状态，从而根据系统相平面轨迹的变化，实现微弱信号的检测。
该方案理论复杂，硬件要求很高，不太容易实现。
方案二：采用快速傅里叶变换（FFT）与小波变换相结合的方法，快速傅里叶变换和小波变换相结合的原理是把信号通过正交基把信号从一个域变换到另一个域，傅里叶变换是把信号从时域变换到频域，小波变换是把信号从频域变换到时域，是傅里叶分析深入发展过程中的一个新的里程碑。
