《微弱信號檢測》ppt課件-全文預覽
【正文】 關函數(shù)定義式為： dtτtxtxTτR Txx ? ?? 0 21 )()(1)(? 12在理想情況下有下面的關系式成立 x1 (t)= x2(t?) = x2(tL/v) 將式 (68)代入式 (67)得 dtτtxtxTτR Txx ? ??? 0 22 )()L / v(1)(? 12( 67) ( 68) ( 69) 如果能及時調(diào)整信號 x2(t?)的時間延遲量 ， 使 x1(t)和 x2(t)的相關函數(shù)永遠處于極大值 ， 則可實現(xiàn)帶鋼速度的連續(xù)測量 。 ?相關測速 （ 1） 相關測速原理 圖 42(a)為利用相關原理測量帶鋼速度的示意圖 ，圖 42(b)為兩個光敏器件輸出信號的波形圖 。 重復上述過程直到掃描完需要測量的時段 ， 就像積分框沿信號周期不斷移動一樣 。 其中 ， (a)為 A點被測信號波形； (b)為 B點觸發(fā)信號波形；(c)為 C點短周期鋸齒波 (實線 )和 D點長周期鋸齒波 (虛線 )：(d)為比較器根據(jù)兩個鋸齒波的相交點產(chǎn)生的延時脈沖；(e)為門控電路產(chǎn)生的逐次后移的取樣脈沖； (f)為根據(jù)取樣值的包絡線恢復的被測信號的波形 。時基電路用于產(chǎn)生覆蓋被測信號周期中需測部分的鋸齒波，其寬度為 TB。 延時電路的延時量一般做成可調(diào)的 ， 以便調(diào)整取樣部位 。后者用多個積分器對各點取樣分別進行積分，因而電路要復雜得多，但是時間短。而普通指數(shù)式積分器在經(jīng)歷了 5?(?=RC)時間后 ， 積分效果就很不明顯了 。 圖 38(a) 指數(shù)式積分器電路 若 x(t)為階躍信號 ， 且 t=0時 ， u0＝ 0， 則 u0隨時間變化的曲線如下圖中曲線 ② 所示 。 假設有用信號恒為 Us， 則每次采樣因有用信號引起的輸出電壓增量恒為 ?s＝ UsTg/(RC)。 圖 37(a) 線性門積分器電路 若 x(t)為階躍信號 ， 且 t=0時 ， u0=0， 可繪出 u0隨時間變化的曲線如下圖中折線 ② 所示 。 1） 周期信號取樣積分法 (1) 取樣積分器的基本原理 ?時域微弱信號檢測 （ 2）線性門積分器電路 如圖所示 ， 被測信號 x(t)包含周期為 T的有用信號 x(t)和隨機噪聲 n(t)。 但是取樣積分器可解決這些問題 ， 但效率低 。 在互為反相的參考方波電壓 (分別從圖中 B、 E兩點加入 )控制下 ， 完成相敏檢波和低通濾波的功能 。 設集成運放是理想的 ， 可得該電路的頻率響應函數(shù)為： 1111)(1122??????wwwwRCωjRCωjRCωjRCωjωjH 顯然 ， 其幅頻特性 A(?)＝ ?H(j?)?=l， 無論 RW如何改變 ，輸出幅度都不變 。 然而 ，即使第三項被保留了 ， 其影響也會減小 。 相敏檢波 低通濾波 輸入信號 輸出信號 1） 鎖定放大器改善信噪比的原理 ? ?tntAx ( t ) ??? )c o s ( 0 ??式中： A為被測直流或慢變信號； ?0為載波頻率（通常?s≈ ?0）； n(t)為噪聲。 信號通道 信號通道對輸入的 幅度調(diào)制正弦信號 進行 交流放大 、 濾波 等處理 。 要達到足夠的信噪比 ， 帶通濾波器的帶寬必須非常窄 、 Q值必須非常高 、 中心頻率須非常穩(wěn)定 。 選擇合適的 n， 可實現(xiàn)噪聲匹配 。 所以 ， Rs一定時 ， 可 通過改變直流工作點 實現(xiàn)噪聲匹配 。 對于射頻微弱信號檢測 ， 可用圖 4所示 低噪聲偏置電路 。 圖 3 ?A741的噪聲特性 為放大微弱信號，必然要用放大器。 減小平均直流電流和帶寬 源頭 ：電子自由運動 熱噪聲 ；越過 PN結(jié)的 載流子擴散 和電 子空穴對的產(chǎn)生 復合 ；接觸噪聲 導體連接處點到的隨機漲落 。 使用微弱信號檢測技術 ， SNIR可達 103～ 105， 甚 至 107。 白噪聲情況下 信噪比 系數(shù)： 信噪比改善 （ SNIR）＝ 222020//nisinsEVEV＝輸入信噪比輸出信噪比 Eni：位于信號源處放大系統(tǒng)的等效輸入噪聲 ，假定 Eni是白噪聲 ， 其功率譜密度為常數(shù) 。 這種噪聲具有隨機性質(zhì) ， 其瞬時幅值和相位不可預測 ， 只能用概率統(tǒng)計方法描述其大小和特征 。 上述三者缺一不可 。如輸入信號的信噪比為 102或更小，即信號完全淹沒在噪聲之中。 4 微弱信號檢測方法 167。微弱信號檢測技術 167。 3 低噪聲放大器 167。 ? 相對于噪聲而言，幅度很小的有用信號。 科學研究中常需檢測極微弱的信號 ， 例如： 生物學中細胞發(fā)光特性 、 光合作用 、 生物電 天文學中的星體光譜 化學反映中的物質(zhì)生成過程 物理學中表面物理特性 光學中的拉曼光譜 、 光聲光譜 、 脈沖瞬態(tài)光譜 微機電系統(tǒng) （ MEMS） 的微位移 、 微力 、 微電流 、 電壓等 1 概述 ?微弱信號檢測途徑 ● 降低傳感器與放大器的固有噪聲 ， 盡量提高信噪比； ● 研制適合弱信號檢測原理并滿足特殊需要的器件； ● 研究并采用各種弱信號檢測技術 ， 通過各種手段提取信號 。 但電子電路中幾乎所有的元器件本身往往就是噪聲源 。 信噪比改善系數(shù) SNIR被引入 ， 以 描述放大器或測試系統(tǒng)對 SNR的改善作用 。 SNIR越高 ， 系統(tǒng)檢測微弱信號的能力越強 。 微弱信號檢測中要處理的絕大多數(shù)是隨機噪聲。 (a)實際電路 (b)等效噪聲電路 圖 2 連接到信號源的放大器 us— 待放大信號； Rs— 信號源電阻； unt— Rs≠ 0引起的熱噪聲； uni— 折算到輸入端的噪聲電壓； ini— 折算到輸入端的噪聲電流 舉例： ?A741的輸入端的噪聲電壓 、 噪聲電流功率譜密度函數(shù) Su(f)、 Si(f)的曲線如下圖所示 。 ?偏置電路低噪聲設計
教學課件相關推薦
鄂ICP備17016276號-1