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1、鎖相放大器中的高靈敏度微弱光電信號(hào)檢測(cè)技術(shù)羅文建中國電子科技集團(tuán)公司第四十一研究所蚌埠233006摘要：鎖相放大器在微弱光電信號(hào)檢測(cè)中有著廣泛的應(yīng)用。本文論述了在鎖相放大器研制中應(yīng)用的高靈敏度微弱信號(hào)檢測(cè)技術(shù)和高動(dòng)態(tài)儲(chǔ)備、高穩(wěn)定噪聲抑制濾波技術(shù)，介紹了采用浮地隔離地回路干擾、低噪聲前置放大、電源及二次諧波陷波、自動(dòng)跟蹤帶通濾波、窄帶低通濾波等技術(shù)措施。這些技術(shù)措施能有效地抑制信號(hào)輸入通道前端噪聲，阻隔地回路的干擾，提高系統(tǒng)的靈敏度和過載能力，壓縮噪聲帶寬，改善信噪比，實(shí)現(xiàn)nV級(jí)微弱光電信號(hào)檢測(cè)。關(guān)鍵詞：鎖相放
2、大微弱光電信號(hào)檢測(cè)噪聲抑制HighSensitivityLowPhotoelectricSignalDetectingTechniqueinLock-inAmplifiersLUOWenjianThe41stInstituteofChinaElectronicsTechnologyGroupCorporationBengbu233006Abstract:Lock-inamplifiersareusedwidelyinlowphotoelectricsignaldetecting.Thisreportdescr
3、ibeshighsensitivitylowsignaldetectingandhighdynamicreservehighstabilizationnoiserejectedtechniqueinlock-inamplifiers.Floatground,low-noisepre-amplifying,linenotchfiltering,auto-trackingbandpassfiltering,andnarrowbandwidthlowpassfilteringarediscussedinthepap
4、er.Withthesemethods,theinputnoiseofpre-ampcanberejectedeffectively,andthegroundloopfluctuationscanbeobstructed,thesensitivityandoverloadcapacityofthesystemcanbeadvanced,andthenoisebandwidthcanbenarrowed,andsignalnoiseratiocanbeimproved,andnanovoltlevellowph
5、otoelectricsignalcanbedetected.Keywords:lock-inamplifyinglowphotoelectricsignaldetectednoiserejected引言在微弱光電信號(hào)檢測(cè)中，需要檢測(cè)極其微弱的信號(hào)，但由于背景及其它干擾噪聲的存在，信號(hào)通常深埋在噪聲之中，這樣，不僅給檢測(cè)帶來非常大的誤差，而且降低了檢測(cè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍。鎖相放大器是相關(guān)檢測(cè)的一種具體應(yīng)用，具有抑制噪聲和相敏檢波的雙重功能,可同時(shí)起到窄帶濾波和相敏檢波的作用，由于它具有很強(qiáng)的抑制噪聲的能力，可以將
6、深埋在噪聲中的微弱信號(hào)檢測(cè)出來，且不存在普通濾波器中心頻率漂移帶來的問題，因此它是微弱光電信號(hào)檢測(cè)的一種有效手段，在光纖傳感、激光信號(hào)探測(cè)等微弱光電信號(hào)檢測(cè)中有著廣泛的應(yīng)用。高靈敏度微弱信號(hào)檢測(cè)及噪聲抑制濾波技術(shù)是鎖相放大器中實(shí)現(xiàn)微弱光電信號(hào)檢測(cè)的關(guān)鍵技術(shù)之一，本文論述的浮地隔離、低噪聲放大、電源陷波、自動(dòng)跟蹤帶通濾波、低通濾波等技術(shù)，使nV級(jí)微弱信號(hào)檢測(cè)得以實(shí)現(xiàn)，解決了鎖相放大器研制中的關(guān)鍵技術(shù)難題。2991.鎖相放大器整機(jī)原理在微弱信號(hào)檢測(cè)中，信號(hào)往往很小，而伴隨的噪聲很大，即測(cè)量的信噪比很小。傳統(tǒng)的檢測(cè)
7、方法是以壓縮帶寬來改善信噪比，從噪聲中設(shè)法辨認(rèn)有用信號(hào)。常用的帶通濾波器和選頻放大器就是例子，已知信號(hào)的頻率為ω，則帶通濾波器的中心頻率也設(shè)計(jì)為ω，盡量壓縮帶寬使Q值提高，從而使大量處于通帶兩側(cè)的噪聲得以抑制，但高Q值的帶通濾波器在設(shè)計(jì)上難以實(shí)現(xiàn)，中心頻率也難以穩(wěn)定，并且Q值隨ω的變化而異，在信號(hào)頻率變化過程中需要連續(xù)變化帶通濾波器的中心頻率和保持固定Q值亦難以獲得。因此，帶通濾波器或選頻放大器對(duì)噪聲的抑制是有限的，它不能適應(yīng)于微弱信號(hào)的檢測(cè)。待測(cè)信號(hào)經(jīng)穩(wěn)定的頻率斬波，放大后，再由同頻率、同相位的參考信號(hào)解調(diào)
8、，完成頻域信號(hào)的窄帶化處理，這種檢測(cè)信號(hào)的方法稱為相關(guān)檢測(cè)或鎖相檢測(cè)，它能有效地把淹沒在噪聲中的微弱信號(hào)檢測(cè)出來。SignalInputSignalRoutePhaseSensitiveLowPassFilterandOutDetectorDCAmplifierCPUReferenceInputReferenceRoute圖1鎖相放大器原理框圖Fig.1.Theblockdiagramofthelo
