适用于弱信号检测的锁相放大器开题报告.docVIP

一、什么是锁相放大器（lock-in amplifier,LIA）锁相放大器（lock-in amplifier,LIA）是一种对交变信号进行相敏检波的放大器。它利用和被测信号有相同频率和相位关系的参考信号作为比较基准，只对被测信号本身和那些与参考信号同频（或者倍频）、同相的噪声分量有响应。因此，能大幅度抑制无用噪声，改善检测信噪比。此外，锁相放大器有很高的检测灵敏度，信号处理比较简单，是弱光信号检测的一种有效方法。二、课题研究背景及意义1. 研究背景锁相放大器（lock-in amplifier,LIA）不仅能像选频放大器那样利用信号的频率特性，还抓住了信号的相位特点，即“锁定”了被测信号的相位。它的等效噪声带宽非常窄，一般可以做到1mHz，远比选频放大器的带宽窄。因此，基于锁相放大器所具有的输出稳定性、强有力滤除噪声的能力以及能将深埋在噪声中的微弱信号提取出来并加以放大的优良特性，所以应当选用锁相放大器。2. 现实意义近几十年来，在研究宏观和微观世界的过程中，科学家们不断开发能把淹没在噪声中的大量有用信息检测出来的理论和方法，通过不断的系统化，完整化，从而形成了一门新的微弱信号检测的学科分支。锁相放大器的出现使微弱信号检测步入了一个新的台阶。锁相放大技术在物理、化学、激光、电子、生物医学等方面有着极为广泛的应用。它主要是利用噪声。信号的时间特性不同，设法得到抑制噪声和干扰发现微弱信号的检测方法。锁相放大电路可以使仪器抑制噪声的性能提高好几个数量级，具有极强的抗噪声性能。它是把待检测的信号中与参考信号同步的信号放大并检测出来。设计锁相放大电路，用来实现一些微弱信号检测，并且可以应用到某些系统当中。3. 锁相放大器的发展1962年美国EG&G PARC(SIGNAL RECOVERY公司的前身) 的第一台锁相放大器(Lock-in Amplifier，简称LIA)的发明，使微弱信号检测技术得到标志性的突破，极大地推动了基础科学和工程技术的发展。目前，微弱信号检测技术和仪器的不断进步，已经在很多科学和技术领域中得到广泛的应用，未来科学研究不仅对微弱信号检测技术提出更高的要求，同时新的科学技术发展反过来促进了微弱信号检测新原理和新方法的诞生。早期的LIA是由模拟电路实现的，随着数字技术的发展，出现了模拟与数字混合的LIA，这种LIA只是在信号输入通道，参考信号通道和输出通道采用了数字滤波器来抑制噪声，或者在模拟锁相放大器（简称ALIA）的基础上多了一些模数转换（ADC）、数模转换（DAC）和各种通用数字接口功能，可以实现由计算机控制、监视和显示等辅助功能，但其核心相敏检波器(PSD)或解调器仍是采用模拟电子技术实现的，本质上也是ALIA。直到相敏检波器或解调器用数字信号处理的方式实现后，就出现了数字锁相放大器（简称DLIA），DLIA比ALIA有许多突出的优点而倍受青睐，成为现在微弱信号检测研究的热点，但是在一些特殊的场合中，ALIA仍然发挥着DLIA不可替代的作用三、课题内容综述1. 锁相放大器电路的组成一般分为四部分：信号通道，参考通道，同步积分器和相关器（1） 信号通道主要由输入变压器，低噪声前置放大器，各种功能有源滤波器和住房打气组成。其作用是将微弱信号放大到足以推动相关器工作的点评，并兼有抑制和滤除部分干扰及噪声的功能从而扩大仪器的动态范围。（2） 参考通道主要由触发电路，倍频电路，相移电路，方波形成电路及驱动电路组成。他的功能是被处罚器输出的脉冲信号倍频，使参考通道输出的方波与所测信号的二次谐波同步。（3） 同步积分器具备祥光器的所有的性质，但是，它与相关器的最大区别就是输出为交流i新年好，而相关器输出为一直刘信号。因而可以把同步积分器作为相关器的前级，进一步提高抗干扰能力和抑制白噪声的能力，并得到一定的交流增益。（4） 相关器是一种完成被检测信号与参与信号互相关函数运算的电子线路。他必须具有动态范围大，飘逸小，时间常数可调，线性好，增益稳定和频率范围宽等性能。它包括乘法器和积分器两部分。四、技术指标1.搭建电路模型，实现弱信号检测达到毫伏级2.抑制正交位噪声3.信噪比达到3dB以上五、硬件框图六、结构电路图七、原理锁相放大器实际上是一个模拟的傅立叶变换器，锁相放大器的输出是一个直流电压，正比于是输入信号中某一特定频率（参数输入频率）的信号幅值。而输入信号中的其他频率成分将不能对输出电压构成任何贡献。两个正弦信号，频率都为1Hz，有90度相位差，用乘法器相乘得到的结果是一个有直流偏量的正弦信号。如果是一个1Hz和一个1.1Hz的信号相乘，用乘法器相乘得到的结果是：其结果是一个交流调制波，基频是1Hz，幅频是0.1Hz。从上面的分析看来，只有与参考信号频率完全一致的信号才能在乘法器输出端得到直流偏量，其他信号在输出端都是交流信号。如果在乘法器的输出端加一个低通滤波器，那么所有的交流信号分量全部被滤掉，剩下的直流分量就只是正比于输入信号中的特定频率的信号分量的幅值。八、毕业设计流程及进度安排1. 阅读锁相放大器的相关资料，了解锁相放大器的工作原理；（7天）2. 熟悉设计软件，如protel,Autium Design,Protues；（2天）3. 对组成锁相放大器的各部分进行电路设计；（13天）4. 用画图软件画出设计地电路图并进行综合；（3天）5. 对设计地电路进行修改和方针；（19天）6. 撰写论文，修改，打印，装订。（7天）九、参考文献1. 齐超 双向反射中锁相放大器的设计。光学与光电技术20082. 戴逸松 微弱信号检测方法及仪器。北京，国防工业出版社，1994；238-2693. 孙志斌 锁相放大器的新进展。中国科学院物理研究所，物理20064. 赵广林，protel 99SE电路设计与制版，2009第二版。电子工业出版社5. 韩国栋、赵月飞、娄建安 Altium Designer Winter09电路设计入门与提高