微弱信号检测全解
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微弱信号检测微弱信号检测是指对湮没在背景噪声中的微弱信号的测量,由于微弱信号本身的涨落、背景和放大器噪声的影响限制了它的测量灵敏度。
其内涵为利用电子学和信息论的方法,研究噪声的成因和规律,分析信号的特点和相关关系,发展新的检研究的内容有:噪声物测原理、微弱信号检测理论、低噪声设计、弱信号传感器和信号提取技术等。
特点①需要噪声系数尽量小的前置放大器,并根据源阻抗与工作频率设计最佳匹配;②需要研制适合微弱检测原理并能满足特殊需要的器件;③利用电子学和信息论的方法,研究噪声的成因和规律,分析信号的特点和相干关系。
自从1928年发现电阻中电子的热骚动引起非周期性电压以来,弱检测技术受到普遍重视而得到迅速发展。
相关介绍频域信号的窄带化技术这是一种积分过程的自相关测量。
利用加权函数锁定信号的频率与相位特性并加以平滑,使信号与随机噪声相区别。
采用这种原理设计的仪器称为锁定放大器,其核心是相敏检波器(见模拟相乘器)。
伴有噪声的信号与参考信号通过相敏检波器相乘以后,输入信号的频谱成为直流项和倍频项的频谱迁移,通过后续低通滤波器保留与信号成正比的直流项。
低通滤波器可增大积分时间常数,即压缩等效噪声带宽,因而Q值可达102~108,噪声几乎抑制殆尽。
微弱信号检测是以时间为代价来获得良好的信噪比。
自1962年锁定放大器问世以来,主要从三个方面提高其性能:一是提高检测灵敏度和改善过载能力,充分扩展测量的线性范围。
最高灵敏度已达到0.1纳伏(满度),总增益为200分贝。
有效的方法是用交流相敏检波(如旋转电容滤波器)对信号进入直流相敏检波器前的交流放大和噪声的预处理,或利用同步外差技术(检测原频或中频),即利用交叉变换来滤除噪声。
二是克服相敏检波器的谐波响应,降低高频干扰和频漂的影响。
三是扩展被测信号的频率范围,扩展低频以适应缓变信号的处理,要求良好的高频响应以满足通信和某些特殊测量的要求。
时域信号的积累平均法若信号波形受噪声干扰,则须采用平均法检测法,即将波形按时间分割若干点,对所有固定点都积累N次,根据统计原理信噪比将改善倍。