Ti杯_论文终稿.doc

微弱信号检测装置（A题）摘要：正弦信号源与噪声源经同相输入求和电路，进行混合与放大，得到含噪声的混合信号；利用pi型纯电阻分压网络对该信号进行衰减形成微弱信号。该微弱信号通过使用相干检测技术从带有强噪声源的混合信号中恢复已知正弦信号。相干检测技术是利用参考信号与有用信号具有相关性，而与噪声互不相关的性质，从而通过互相关系运算来削弱噪声，达到提高信噪比的一种微弱信息检测技术。相干检测技术是众多微弱信号检测技术中能够使信噪比改善最大，恢复信号原形的最佳技术。并最终通过Launch Pad开发板处理，以LCD12864数字显示该微弱正弦波的峰值，完成了微弱信号检测并数显的任务。关键词：微弱信号 纯电阻分压 相关检测技术 一、引言微弱信号是指深埋在背景噪声中的极其微弱的有用信号。随着科学技术的不断发展，被噪声掩盖的各种微弱信号的检测(如、弱光、微温差、微振动、弱磁、微电流等)愈来愈受到人们的重视。而对于众多的微弱量一般都通过各种传感器、放大器作非电量转换的，使检测对象变换成可测的电量。但微弱检测本身的涨落，以及传感器的优劣与检测系统的噪声影响，从而影响总的检测效果。 该微弱信号检测装置所使用到的锁相放大器，它可用于测量深埋在噪声或直流漂移中极其微弱的光电信号，在科学研究和工业生产中得到越来越广泛的应用。本文在分析锁相放大器的电路构成、工作原理和设计要求的基础上，本着精确、实用、稳定、节约开支的原则，提出锁相放大器各部分的设计思路，并由此研制了一款便于自制的锁相放大器。二、方案设计1、总体设计图1 系统框图正弦波信号源微弱信号检测电路噪声源VS VN VC Vo 纯电阻分压网络显示电路加法器Vi A B C D E 2、基本单元电路设计（1）加法器电路 由系统框图可知，加法器的输出Vc=Vs+Vn，因此我们采用同相输入求和电路，如下图所示2。 图2 加法电路(2) 纯电阻分压网络 由于系统要求纯电阻分压网络的衰减系数不低于100，即衰减分贝数不低于40dB，我们用纯电阻来构建Pi型衰减器，由于这种衰减没有固定相移，其衰减常数和特性阻抗都不随频率的变化而变化，电路图如图3所示。 图3 PI型分压网络（3）微弱信号检测模块 信号通道相敏检波器低通滤波器微弱信号 参考信号 参考通道 直流输出 图4 微弱信号检测模块原理图微弱信号检测模块利用相关检测技术实现微弱信号的检测，它能精确测量被掩埋在噪声中的微弱信号。微弱信号检测模块的基本组成如图4，包括信号通道、参考通道、相敏检测器和低通滤波器等。A、信号通道对输入信号进行交流放大，将微弱信号放大到足以推动相敏检测器工作的电平信号。硬件实现电路如图5所示。 图5 电压跟随同相放大电路B、参考通道的功能是为相敏检测器提供与被测信号相干的参考信号，故参考输入必须是与被测信号相关的同频信号。参考信号可以是正弦波，也可以是方波，但为了防止参考信号的幅度漂移影响相敏检测器的输出精度，参考信号采用占空比为50%的方波信号。图6为两个电压比较器。通过比较器后可以将正弦波变成两个同频率的反相方波。图6 参考信号产生电路C、通过反相方波控制乘法开关CD4066，得到正弦波的负项翻转的波形实现相敏检测。相敏检波电路图7所示。电阻R1为10K，R2为1M是开关时的限流电阻和分压电阻，电阻R3为10K，R4为1M，而开关的导通电阻值约几十欧姆，与R3和R4相比很小，降低了开关导通时信号的压降，对于不用的引脚全部接地，以免损坏。其中的信号sin-为信号通道输出信号，sin-为信号通道输出信号的反相，其形成电路如图8所示。图7 相敏检波电路图图8 sin-信号形成电路图D、相敏检测输出经低通滤波器得到所需直流信号。滤波电路如图9。 图9 滤波电路 3、 软件实现流程软件实现流程图如图10所示。 初始化AD采样 结束液晶显示图10 流程图四、测试方案与测试结果1、测试条件与仪器测试条件：检查多次，硬件电路必须与系统原理图相同，并且检查无误，硬件电路保证无虚焊。 测试仪器：函数信号发生器、双踪示波器、交流毫伏表2、 测试结果正弦信号源LCD显示结果频率(KHz)峰峰值(V)幅值(V)(V)4 设计结论及总结根据上述测试数据，可以说明微弱的正弦波信号在经过一系列的电路处理后，能够使用该装置进行微弱信号检测。 由于该系统对参数要求非常高，尤其是该系统中微弱信号检测电路模块中各部分的参数必须设置合理，才能够实现在强噪声中提取有用