微弱信号检测技术 练习思考题
光电系统微弱信号检测技术及其改进思考
光电系统微弱信号检测技术及其改进思考
光电系统微弱信号检测技术是利用光学和电子技术相结合，对微弱信号进行精确测量和分析的一种技术。
它广泛应用于光电通信、光谱分析、光学成像等领域。
在光电系统微弱信号检测技术中，主要涉及以下几个方面的改进思考：
1. 提高光敏元件的灵敏度：可以通过改进光敏元件的结构设计，优化电荷转移效率、增加光电流增益等手段，使光敏元件对微弱信号的检测能力得到提升。
2. 降低噪声干扰：噪声是检测微弱信号时的主要干扰源。
可以通过优化光电系统的电路设计、选择低噪声元件、采用滤波技术等方法，降低噪声对微弱信号的影响。
3. 加强光学系统的效率：光学系统的效率直接影响到微弱信号的传输和接收。
可以通过改进光源的亮度、提高光学器件的透过率和反射率等手段，提高光学系统的效率，从而提升微弱信号的检测灵敏度。
4. 开发新的信号处理算法：传统的信号处理算法可能无法有效处理微弱信号的特点，可以考虑开发新的信号处理算法，针对微弱信号的特点进行优化，提高检测的准确性和可靠性。
总而言之，光电系统微弱信号检测技术的改进思考包括提高光敏元件的灵敏度、降低噪声干扰、加强光学系统的效率以及开发新的信号处理算法等方面。
这些改进措施的综合应用有助于提升微弱信号检测技术的性能和可靠性。
微弱信号检测作业
H( j)
R1C1
1 R1C1 2 1 R2C2 2
当ω=0 时，电路的增益 A0=1
2
等效噪声带宽 Be 0 1
R1C1
R1C12 1
R2C2 2
d
1
1
C2 R2 C1R1
2
1 4C2 R2
1
1 (RC)2
当ω=0 时，电路的直流增益 A0=1 等效噪声带宽
Be
0
1
2 d
(rad / s )
1 (RC)2
2RC
令幅频响应函数 H ()
1 2
计算出电路的-3dB
带宽
B0
1 RC
(rad
/
s)
(5)求二阶带通滤波器的噪声带宽，其中 R1C1>R2C2。
RY
( )
N0 4RC
e
RC
由式
Px
1 2
Sx
( )d
得
y
的功率
PY
1 2
SY
( )d
N0 4
1
1 ( RC)
2
d
令
RC
N0 4 RC
1
1
2
d
N0 4 RC
已知电路的幅频响应函数为
H ( j)
T0
T0
E( A2 ) 1
T0
T0 2 cos 2 t
T0 2
T0
微弱信号检测技术要求习题
为：
S L 2 T T L S R L DT
被动声纳方程：
(S L T) L (N L D ) IDT
4．环境噪声和海洋混响都是主动声呐的干扰，在实 际工作中如何确定哪种干扰是主要的？ 解：根据水文条件及声呐使用场合，画出回声信号级、 混响掩蔽级和噪声掩蔽级随距离变化的曲线，如下图， 然后由回声信号曲线与混响掩蔽级、噪声掩蔽级曲线 的交点所对应的距离来确定混响是主要干扰，还是噪
N0 2
0
0
白噪声
限带白噪声
3、已知离舰船中心200米处，带宽为100Hz 的舰 船
辐射噪声频带级为140dB，求舰船在中心频率50Hz 处的辐对射声声学源中心级1。m处： 解：
B 2 B L 1 2 L lr g 0 1 2 4 l2 g 0 1 0d 8 0B 6
B LS P L10lg f
（2)被检测的微弱信号的动态范围也很大，如主动声 纳可达100分贝以上，不进行动态范围压缩，强信号 可以引起检测装置的过大饱和，而非常弱的信号则 使检测装置的信号太小，不易处理。
（3)为了进行信号源、噪声源的分类例如信号源强、 弱的分类，需要进行动态范围压缩。
实现动态范围压缩的基本方法是对检测装置的接收机 进行增益控制。增益控制方法有三种：自动增益控 制（AGC)、时间增益控制(TGC)和混响增益控制 (RGC)。
所以化们的噪声谱中通常包含很强的空化噪声连续 谱，宽带总声级很高。频谱的特点是强连续谱加线 谱。潜艇为了隐蔽自己经常在临界航速以下航行， 其螺旋桨是不空化的，总声级很低。频谱的特点是 很弱的连续谱加明显的线谱。
6.简述深海海洋环境噪声的指向性以及浅海海洋环 境噪声的指向性，并说明原因。
答：深海海洋环境噪声具有垂直指向性，由于海面 风成噪声的影响。浅海海洋环境噪声认为是各向 同性的，由于浅海的海底海面多次反射的原因。
2014年《微弱信号检测》复习参考
2014年硕士研究生考试-微弱信号复习题参考一、简答1、白噪声的特点。
白噪声的功率谱密度为常数，各种频率成分的强度相等；理想的白噪声具有无限带宽，因而能量是无穷大，实际上，我们将有限带宽的平整讯号视为白噪声，使得在数学分析上更方便；白噪声在数学处理上很方便，是系统分析的有力工具。
2、自相关函数的特点（1）对实信号，自相关函数是τ的偶函数，即)()(ττ-=x x R R（2）当0=τ时，)(τx R 具有最大值，即)()0(τx x R R ≥（3）)0(x R 反映随机噪声的平均功率，即22)]([)0(x t x E R x ==（4）如果)(t x 包含某种周期性分量，则)(τx R 包含同样周期的周期性分量。
若)(t x 是周期为T 的随机信号，即)()(T t x t x +=，则)()(T R R x x +=ττ也是周期为T 的函数。
（5）互不相关的两个随机噪声之和的自相关函数等于两个随机噪声自相关函数之和，即如果)()()(t y t x t z +=，则)()()(τττy x z R R R +=。
（6）对于平稳的随机噪声，)(τx R 仅与时间差τ有关，而与计算时间的起点无关。
（7）当∞→τ时，自相关函数反映随机噪声直流分量的功率，即2)(x x R μ=∞。
3、小信号检测方法中，调制放大与解调的原理。
调制过程一般用变增益放大器或非线性放大器实现两个信号的相乘过程，得到的是两个信号的和频分量和差频分量。
也就是说，调制输出信号的频谱集中在载波频率的两边，可以对其进行交流放大。
解调过程可以用检波器或相敏检测器实现，该过程是把放大后的调制信号再和载波信号相乘一次，实现频谱的第二次搬移。
然后利用低通滤波器滤除高频分量和附加噪声，即可得到放大的被测信号。
4、抑制各部分电路经地线相互耦合的干扰噪声的常用措施。
①选用低功耗器件，减少流经地线的电流；②在高噪声电路中增设电源滤波电容，使其流经地线的电流变得平滑；采用横截面积较大的地线，以减少地线阻抗；④根据电路特点选择合适的接地方式。
测试技术-思考题(答案)讲解
机械电子工程测试技术一、采集及传输部分思考题第2节1.信号调理的内容和目的？答：信号调理的的目的是便于信号的传输与处理。
内容：(1)把传感器输出的微弱电压或电流信号放大，以便于传送、信噪分离或驱动其他测量显示电路；(2)多数传感器的输出是电阻、电感或电容等不便于直接记录的电参量，需要用电桥电路等把这些电参量转换为电压或电流的变化；(3)抑制传感器输出信号中噪声成分的滤波处理；其他内容：如阻抗变换、屏蔽接地、调制与解调、信号线性化等。
2.信号调制与解调的种类？答：根据载波受调制的参数不同，使载波的幅值、频率或相位随调制信号而变化的过程分别称为调幅（AM）、调频（FM）和调相（PM）。
调幅是将一个高频简谐信号（载波）与测试信号（调制信号）相乘，使高频信号的幅值随测试信号的变化而变化。
在实际的调幅信号的解调中一般不用乘法器而采用二极管整流检波器和相敏检波器；调频是利用信号电压的幅值控制载波的频率，调频波是等幅波，但频率偏移量与信号电压成正比。
调频波的解调又称为鉴频，调制波的解调电路又叫鉴频器。
调相：载波的相位对其参考相位的偏离值随调制信号的瞬时值成比例变化的调制方式，称为相位调制，或称调相。
3.隔离放大器有何特征和特点，主要用在哪些场合？它分哪几类？答：隔离放大器是带隔离的放大器，其输入电路、输出电路和电源之间没有直接的电路耦合，信号的传递和电源的传递均通过变压器耦合或光电耦合（多用变压器耦合，因光电耦合线性度较差）实现。
隔离放大器不仅具有通用运放的性能，而且输入公共地与输出公共地之间具有良好的绝缘性能。
变压器耦合隔离放大器有两种结构：一种为双隔离式结构，另一种为三隔离式结构。
光隔离放大器，最简单的光隔离放大器可用光电耦合器件组成。
但是，光电耦合器的电流传输系数是非线性的，直接用来传输模拟量时，会造成非线性失真较大和精度差等问题。
4.信号滤波器的种类？答：滤波器按其阶次可分为一阶滤波器、二阶滤波器、三阶滤波器……等；根据滤波器的电路是数字的还是模拟的，可将滤波器分为数字滤波器和模拟滤波器两类；根据构成滤波器的元件类型，可分为RC、LC或晶体谐振滤波器；根据构成滤波器的电路性质，可分为无源滤波器和有元滤波器；最常用的是根据滤波器的通频带可将滤波器分为低通、高通、带通和带阻类型。
第5章 微弱光信号检测技术
Rxy(τ)=Rsy(τ)
(5.5 - 12)
第5章 微弱光信号检测技术
上式表明， 最后输出的信号只保留与参考信号y(t-τ) 相关的信号部分， 噪声却被完全抑制掉了。 但在实际测 量中， 由于测量时间有限， 对短时间的互相关函数
Rxy()
1 T
T
x(t)y(t )dt
0
Rsy()Rny()
(5.5 - 13)
SNRo max
2E No
(5.2 - 12)
第5章 微弱光信号检测技术
5.3 最大后验估值
利用概率论的贝叶斯公式， 条件概率密度可表示成
P(|y)P(y|)P()
P(y)
(5.3 - 1)
logP (y|)logP ()0 (5.3 - 2)
第5章 微弱光信号检测技术
工程上常提出近似的估值器形式， 一旦找到适当 的估值器形式， 就可由它的偏差和方差对估值器的性 质做出评价。 设估值器输出为H(y)， 则偏差
n
P(y/)P(yi /)
i1
(5.4 - 1)
第5章 微弱光信号检测技术
P(y|)|ˆm ax
(5.4 - 2)
为了找到最大似然估值 ˆ ， 应当求解方程
P( y |) 0
或求解它的对数似然方程
(5.4 - 3)
[logP(y|)]0
(5.4 - 4)
第5章 微弱光信号检测技术
5.5 相关检测原理
5.5.1 相关函数 相关函数分为自相关函数和互相关函数。
1. 自相关函数 自相关函数Rxx(τ)是度量一个变化量或随机过程在t 和t-τ两个时刻线性相关的统计参量， 它是t和t-τ两点间 的时间间隔τ的函数， 其定义为
微弱信号检测——实验一
实验一相关器的特性研究一、实验目的：(1) 了解相关器的原理(2) 测量相关器的输出特性(3) 测量相关器的抑制干扰能力和抑制白噪声能力二、基本原理：相关器由相敏检波器与低通滤波器组成，是锁定放大器的核心部件。
锁定放大器中的相关器，通常采用图1所示的形式，由一个开关式乘法器与低通滤器组成。
)sin(ϕω+=t v V A A )sin(ϕω+=t v V A A )3sin 1(sin 4 ++=t t V ωω相乘电路不是采用模拟乘法器，而是采用开关电路。
参考信号V B可以认为是以频率ωR的单位幅度方波。
V A为输入信号，表示为V A=V A sin(ωt+φ)，当ω= ωR为信号，ω≠ ωR 时为噪声或干扰。
V A、V B之间的相位差φ可以由锁定放大器参考通道的相移电路调节，求得图1中V1和Vo为：V1=V A V B当ω= ωR时。
图1各点的波形如图2所示(注：图1中低通滤波器为反相输入，因此，输出直流电压与V1反号，图2中为了更直观起见，画的低通滤波器不倒相。
V0与V1中的直流分量同号)。
对(2)式讨论有下列结论：输出直流电压与相位φ成cos φ关系。
(图2中给出了0、90、180、270、V A、V B、V1、V0波形图)。
C．奇次谐波能通过并抑制偶次谐波，传输函数和方波的频谱一样，说明相关器是以参考信号频率为参数的方波匹配滤波器。
因此，能在噪声中或干扰中检测和参考信号频率相同的方波或正弦波信号。
输出V0与f／f R响应曲线如图3所示。
曲线表明在f R的各奇次谐波的向应为基波的1/(2n+1)离开奇次谐波频率很快衰减，形成Q值很高的带通滤波器。
D．如果输入信号为一恒定和参考方波频率相同的方波信号，则相关器为相敏检波器，输出的直流电压和信号与参考信号两者的相位差成线性关系。
如图4所示，可以作鉴相器使用。
E．等效噪声带宽式中T为低通滤波器的时间常数。
三、相关器框图，电原理图相关器实验插件盒的相关器电原理框图如图5所示。
《传感器与检测技术(第2版)》参考答案第15章 微弱信号检测
第15章 微弱信号检测一、单项选择题二、多项选择题三、填空题四、简答题1、答：实现自相关检测的原理如图A.8所示。
()ss τ图A.8 自相关检测原理框图设输入信号()x t 由被测信号()s t 和噪声()n t 组成，即：()()()x t s t n t =+。
()x t 同时输入到相关接收机的两个通道，其中一个通过延时器使其延迟一段时间τ。
经过延迟的()x t τ-和没有经过延迟的()x t 均送入乘法器中，乘法器输出的乘积经积分器积分后输出平均值，从而得到相关函数曲线上一点的相关值。
如果改变延迟时间τ，重复前述计算就能得到相关函数()R τ与τ的关系曲线，即得到自相关输出为：()()()()()()()1lim2Txx sssnnsnnTT R x t x t dt R R R R Tττττττ-→∞=-=+++⎰根据互相关函数的性质，信号()s t 与噪声()n t 不相关，且噪声的平均值应为0，于是有：()0sn R τ=，()0ns R τ=。
且随着τ的增大，()0nn R τ→，即对于足够大的τ，可得()()xx ss R R ττ=。
这样，就得到了信号()s t 的自相关函数()xx R τ，它包含着()s t 的信息，从而可检测出有用信号。
知识点：相关检测法2、答：实现互相关检测的原理如图A.9所示。
()xy τ图A.9 互相关检测原理框图输入信号为两路：()()()x t s t n t =+为被检测信号()s t 中混入了观察噪声()n t ，()y t 为已知参考信号，要求与被测信号相关（如同频），而与噪声无相关性。
输入经延时、相乘、积分及平均运算后，得到互相关输出为：()()()()()1lim2Txy synyTT R x t y t dt R R Tττττ-→∞=-=+⎰由于参考信号()y t 与信号()s t 有某种相关性，而()y t 与噪声()n t 没有相关性，且噪声的平均值为0，只要T 足够长，一定有()0ny R τ=，则：()()xy sy R R ττ=()xy R τ中包含了信号()s t 的信息，这样，就可实现对待测信号()s t 的检测。
(完整版)检测技术课后部分习题答案
《检测技术》部分习题答案第2章2-1 二阶系统的频率特性受阻尼比ξ的影响较大。
分析表明，ξ越小，系统对输入扰动容易发生超调和振荡，对使用不利。
在ξ=0.6-0.7时，系统在宽广的频率范围内由于幅频特性和相频特性而引起的失真小，系统可以获得较为合适的综合特性。
比如二阶系统在单位阶跃激励下时，如果阻尼比ξ选择在0.6-0.7范围内，则最大超调量不超过10%，且当误差允许在(5-2)%时趋于“稳态”的调整时间也最短。
2-2 频率特性是指测试系统反映出来的输出与输入幅值之比和两者之相位差是输入频率的函数的这样一个特性。
当测试系统的输入为正弦信号时，将该信号的输出与输入之比定义为频响函数。
工作频带是指测试装置的适用频率范围，在该频率范围内，仪器装置的测试结果均能保证达到其它相关的性能指针。
2-3 不失真测试要求测试系统的输出波形和输入波形精确相一致，只是幅值相对增大和时间相对延迟。
而实际的测试系统很难做到无限频带上完全符合不失真测试的条件，即使测取一个理想的三角波，在某一频段范围内，也难以完全理想地实现不失真测试。
三角波呈周期性变化，其测试装置的非线性度必然引起波形的畸变，导致输出失真。
由此只能努力使波形失真限制在一个允许的误差范围内，即做到工程意义上的不失真测量。
2-4 系统的总灵敏度为：90×0.005×20=9mm/Mpa 偏移量为：9×3.5=31.5mm2-5 由 ，得用该装置测量频率为50Hz 的正弦信号时， ，即幅值误差为1.3%相角差为：2-6()[]()()t10t 1000/t 2e 39.0t 40cos 05.0t 40sin 01.0t 4cos 34.0t 4sin 86.0e 39.096.75t 40sin 048.080.21t 4sin 93.0sin et sin )(1A )t (y ---+-+-=+-+-=-++=ϕϕωωττk ()()()()ωτϕωϕωωωωarctan a e t sin a 1)t (y s a s 1s Y 22at 2222-=++++=++=-注：设输入t Asin )t (x ω=2-7 由得输入信号的频率范围是：2-8 环节一的灵敏度为： 1.5/5=0.3 环节二的灵敏度为： 41故串联后的灵敏度为：0.3×41=12.32-9 由测量频率为400Hz 变化的力参量时 : 若装置的阻尼比为0.7，则:2-10第5章5-1 单侧厚度测量利用X射线在被测物体表面反射的强度与被测件的材料有关，且随被测件厚度的增大而增大的原理。
测试技术-思考题(答案)综述
机械电子工程测试技术一、采集及传输部分思考题第2节1.信号调理的内容和目的？答：信号调理的的目的是便于信号的传输与处理。
内容：(1)把传感器输出的微弱电压或电流信号放大，以便于传送、信噪分离或驱动其他测量显示电路；(2)多数传感器的输出是电阻、电感或电容等不便于直接记录的电参量，需要用电桥电路等把这些电参量转换为电压或电流的变化；(3)抑制传感器输出信号中噪声成分的滤波处理；其他内容：如阻抗变换、屏蔽接地、调制与解调、信号线性化等。
2.信号调制与解调的种类？答：根据载波受调制的参数不同，使载波的幅值、频率或相位随调制信号而变化的过程分别称为调幅（AM）、调频（FM）和调相（PM）。
调幅是将一个高频简谐信号（载波）与测试信号（调制信号）相乘，使高频信号的幅值随测试信号的变化而变化。
在实际的调幅信号的解调中一般不用乘法器而采用二极管整流检波器和相敏检波器；调频是利用信号电压的幅值控制载波的频率，调频波是等幅波，但频率偏移量与信号电压成正比。
调频波的解调又称为鉴频，调制波的解调电路又叫鉴频器。
调相：载波的相位对其参考相位的偏离值随调制信号的瞬时值成比例变化的调制方式，称为相位调制，或称调相。
3.隔离放大器有何特征和特点，主要用在哪些场合？它分哪几类？答：隔离放大器是带隔离的放大器，其输入电路、输出电路和电源之间没有直接的电路耦合，信号的传递和电源的传递均通过变压器耦合或光电耦合（多用变压器耦合，因光电耦合线性度较差）实现。
隔离放大器不仅具有通用运放的性能，而且输入公共地与输出公共地之间具有良好的绝缘性能。
变压器耦合隔离放大器有两种结构：一种为双隔离式结构，另一种为三隔离式结构。
光隔离放大器，最简单的光隔离放大器可用光电耦合器件组成。
但是，光电耦合器的电流传输系数是非线性的，直接用来传输模拟量时，会造成非线性失真较大和精度差等问题。
4.信号滤波器的种类？答：滤波器按其阶次可分为一阶滤波器、二阶滤波器、三阶滤波器……等；根据滤波器的电路是数字的还是模拟的，可将滤波器分为数字滤波器和模拟滤波器两类；根据构成滤波器的元件类型，可分为RC、LC或晶体谐振滤波器；根据构成滤波器的电路性质，可分为无源滤波器和有元滤波器；最常用的是根据滤波器的通频带可将滤波器分为低通、高通、带通和带阻类型。
微弱信号检测技术 练习思考题
《微弱信号检测技术》练习题1、证明下列式子：（1）R xx(τ)=R xx(-τ)（2）∣ R xx(τ)∣≤R xx(0)（3）R xy(-τ)=R yx(τ)（4）| R xy(τ)|≤[R xx(0)R yy(0)]2、设x(t)是雷达的发射信号，遇目标后返回接收机的微弱信号是αx(t-τo)，其中α«1，τo 是信号返回的时间。
但实际接收机接收的全信号为y(t)= αx(t-τo)+n(t)。
（1）若x(t)和y(t)是联合平稳随机过程，求Rxy(τ)；（2）在（1）条件下，假设噪声分量n(t)的均值为零且与x(t)独立，求Rxy(τ)。
3、已知某一放大器的噪声模型如图所示，工作频率f o=10KHz，其中E n=1μV，I n=2nA，γ=0，源通过电容C与之耦合。
请问：（1）作为低噪声放大器，对源有何要求？（2）为达到低噪声目的，C为多少？4、如图所示，其中F1=2dB，K p1=12dB，F2=6dB，K p2=10dB，且K p1、K p2与频率无关，B=3KHz，工作在To=290K，求总噪声系数和总输出噪声功率。
5、已知某一LIA的FS=10nV，满刻度指示为1V，每小时的直流输出电平漂移为5⨯10-4FS；对白噪声信号和不相干信号的过载电平分别为100FS和1000FS。
若不考虑前置BPF的作用，分别求在对上述两种信号情况下的Ds、Do和Di。
6、下图是差分放大器的噪声等效模型，试分析总的输出噪声功率。
7、下图是结型场效应管的噪声等效电路，试分析它的En-In模型。
8、R1和R2为导线电阻，R s为信号源内阻，R G为地线电阻，R i为放大器输入电阻，试分析干扰电压u G在放大器的输入端产生的噪声。
9、如图所示窄带测试系统，工作频率f o=10KHz，放大器噪声模型中的E n=μV，I n=2nA，γ=0，源阻抗中R s=50Ω，C s=5μF。
请设法进行噪声匹配。
微弱信号检测课后习题讲解共17页文档
• 结合防护屏蔽的知识，了解一种高阻抗传 感器（例如：电容传感器，压电传感器等） 常用的电缆驱动原理，解决传感器长线传 输的问题。
上图说明 传输线上设双层屏蔽，内层屏蔽与芯线间以一个1:1放大器 耦合，外层屏蔽接地，信号最终输入一个运放。
• 噪声中恢复信号用相关法和用数字式平均 法相比较，有何相同之处，又有何区别？
相同处:
两者都可以提高SNR，基于的基本思想都是信号是确 定性的，噪声是随机的,且相加运算的次数越多，SNR越 大（SNR正比于）。
不同处: 1）适用信号特性不同； 2）提取信号的特征不同； 3）利用信号的特点不同。 4）取样的方法不同。
40、人类法律，事物有规律，这是不 容忽视 的。— —爱献 生
课后习题讲解
2019年12月
• 如何使放大器噪声特性最佳？
1）有源器件的选择，信号源输出电阻与放大器的最佳源电阻相等
时，电路的噪声系数最小，为 小的器件i N 并考虑工作频率；
Fmin
1eNiN 。所以放大器最好选择e 2k T
5）采用有源器件并联法，降低电路最佳源内阻，使电路与较小的 信号源内阻匹配，而不采用调整工作点法。
• 如何正确选用现成的集成放大器实现低噪 声放大？
要实现低噪声放大首先应选择eN、iN较小的集成 运放，以保证Fmin足够小；并根据输入信号的频 段和源电阻选择合适的型号，保证NF等值图中在 相应频率和源电阻下取到Fmin。
N
、
2）设置合理的偏置电路，减小偏置电路中的噪声；
3）选择合理的直流工作点，一般每个不同的信号源内阻 R s对应一 个 I C 值使噪声系数最小； 4）但是事实上，单独调整工作点不一定能使电路的噪声性能达到 最佳；对于一些源内阻很大或很小的器件，源内阻匹配就很困难。
大学物理课后思考题
1．夫兰克－赫兹实验测出的汞原子的第一激发电位的大小与F－H管的温度有无关系？为什么？答：夫兰克赫兹实验所测出的汞原子的第一激发电位与F－H管的温度是没有关系的。
因为虽然当温度升高，会使管内的热电子数量增加，从而导致曲线峰电流增大，曲线位置受影响向上移动，但是Vg是一定的，汞的第一激发电位为4.9V 不变。
即：由汞原子能级的结构决定了第一激发电位。
2．在夫兰克－赫兹实验中，为什么IA－UGK曲线的波峰和波谷有一定的宽度？答: 因灯丝发射的电子初动能存在一个分布，且灯丝发射的电子其能量分散小于零点几个电子伏特；电子加速后的动能也存在一个分布，这就是峰电流和谷电流存在一定宽度的原因。
3:为什么IA－UGK曲线的波谷电流不等于零，并且随着UGK的增大而升高？答：1.波谷电流不为零是因为：电子在栅极附近跟汞原子发生碰撞存在一定的几率，因此总有部分电子没和汞原子发生碰撞而直接到达A级从而形成电流。
故其不为0。
2.波谷电流随着UGK的增大而升高是因：随着UGK的增大，在栅极附近没和汞原子发生碰撞，而直接到达A级形成电流的电子数量会不断增多，从而使波谷电流增大。
4题分析，当电子管的灯丝电压变化时，IA－UGK曲线应有何变化？为什么？答：若电子管的灯丝电压变大时，电子动能也会变大，从而使得电子为第一激发势时还有剩余动能；与汞原子碰撞之后剩余的能量越多，能够克服拒斥电场到达A极的电子就会越多，而极板间电流也就越大，所以在汞的第一激发势固定为Vg间隔时，曲线越尖锐。
反之亦然！5题：电子管内的空间电位是如何分布的？板极与栅极之间的反向拒斥电压起什么作用？答：电子馆内的电位分布为：Vk>VG1=VG2>VA；反向拒斥电压的作用为：挑选能量大于UGA的电子，从而冲过拒斥电压形成通过电流计的电流。
6题：RE:在夫兰克-赫兹实验中，提高灯丝电压，IA-UG2A会有什么变化？为什么？若提高拒斥电压，IA-UG2A会有什么变化？为什么？答：提高灯丝电压，电子获得的动能增加，电子数增加，克服拒斥电压后将有较多电子形成电流，所以曲线电流幅度加大；而拒斥电压增加，能克服它的电子数将减少，电流也减小，所以曲线幅度也就减小了。
微弱信号检测思考题
微 弱信号检测
第二章
1、锁定放大器是采用什么原理设计的？由几部分组成？各 部分的功能及要求如何？
2、如何理解相敏检测器、旋转电容滤波器的工作原理及特 性，以及它们的等效带宽的解析式、物理意义？ 3、简述几种典型的锁定放大器工作原理及特点。
4、使用锁定放大器的过程中，在不同噪声的情况下，如何 考虑输入总动态范围、动态储备及输出动态范围三者之间的 动态协调？ 5、设计一用锁定放大器检测光源光谱分布的测试方案，并 考虑对电源波动引起光强波动所产生的误差进行补偿。 6、如何用锁定放大器测试一个低噪声放大器的噪声系数？
微 弱信号检测
绪论及第一章
1、噪声与干扰的基本概念，对检测系统有何影响？ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2、随机噪声瞬时幅度分布与功率谱密度分布对放大器设计 有何指导意义？
3、等效噪声带宽与信号带宽的物理意义？对评价一个检测 系统的抗噪声性能有何指导作用？ 4、无源元件、有源器件的噪声特性及选择元件的原则？ 5、低噪声放大器设计中有哪几个重要环节？关键是哪一级？ 如何使放大器噪声特性最佳？ 6、如何正确使用低噪声前置放大器？ 7、系统的接地与屏蔽主要有哪几种？各有何特点？如何来 正确处理系统的接地与屏蔽问题？如何避免微弱信号检测中 地回路电流的影响？
微 弱信号检测
第三章
1、取样积分器是采用的是什么原理？由几部分组成？各部 分的功能及要求如何？
2、线性门积分和指数式门积分各有何特点？在使用时如何 选择？如何从它的传递特性来理解其抗噪声特性及波形恢复 能力？分析信噪比改善的关系式。 3、简述几种典型的取样积分器工作原理及特点。 4、取样门宽Tg，时基宽度TB，慢扫描时间TS及积分时间常 数TC之间的关系，如何选择参数？ 5、设有一高速脉冲(前、后沿小于2～3ns，重复频率为 1MHZ)淹没在噪声中，其输入信噪比为0.1，要求恢复出的 输出信号波形信噪比优于10，试用BOXCAR检测，计算出测 试6、参数数字。式平均的工作原理？有何特点？信噪比改善如何？
微弱信号检测练习题及答案
微弱信号检测练习题及答案微弱信号检测是一项重要的技能，对于许多领域都有着重要的应用。
无论是在科学研究中探测微小的信号，还是在工程领域中追踪和分析微弱的信号，都需要具备一定的技巧和方法。
本文将为大家提供一些微弱信号检测的练习题及答案，帮助读者加深对这一技能的理解和掌握。
练习题一：假设你正在进行一项实验，需要检测一个微弱的声音信号。
你使用了一台麦克风来接收声音信号，并将其转化为电信号。
然后，你将电信号输入到一个放大器中进行放大。
最后，你使用一个耳机来听取放大后的信号。
请问，在这个实验中，哪个环节对微弱信号的检测至关重要？答案一：在这个实验中，放大器是对微弱信号检测至关重要的环节。
由于微弱信号的幅度很小，直接进行分析和处理是非常困难的。
因此，我们需要通过放大器将微弱信号的幅度增加到可以被人耳听到的程度。
只有经过放大器的处理，我们才能更好地分析和理解微弱信号的特性和内容。
练习题二：假设你正在使用一台望远镜观测夜空中的微弱光信号。
你使用了一块高灵敏度的光电探测器来接收光信号，并将其转化为电信号。
然后，你将电信号输入到一个信号处理器中进行处理和分析。
请问，在这个实验中，哪个环节对微弱信号的检测至关重要？答案二：在这个实验中，光电探测器是对微弱信号检测至关重要的环节。
由于微弱光信号的强度很小，直接进行观测和分析是非常困难的。
因此，我们需要使用高灵敏度的光电探测器来将光信号转化为电信号。
只有经过光电探测器的转换，我们才能更好地分析和理解微弱光信号的特性和内容。
练习题三：假设你正在进行一项实验，需要检测一个微弱的电信号。
你使用了一根导线来接收电信号，并将其输入到一个信号处理电路中进行处理。
然后，你使用示波器来观测处理后的信号。
请问，在这个实验中，哪个环节对微弱信号的检测至关重要？答案三：在这个实验中，信号处理电路是对微弱信号检测至关重要的环节。
由于微弱电信号的幅度很小，直接进行观测和分析是非常困难的。
因此，我们需要使用信号处理电路来对电信号进行放大和处理。
CH15微弱信号检测含答案传感器与检测技术第2版习题及解答
第15章微弱信号检测一、单项选择题1、噪声是一种（）A、离散型随机变量B、连续型随机变量C、离散型确定变量D、连续型确定变量2、锁相放大器具有极强的抑制噪声的能力。
锁相放大器是一种利用( )设计的同步相干检测仪A、互相关原理B、自相关原理C、弱相关原理D、强相关原理二、多项选择题1、微弱信号检测的目的是（）A、从噪声中提取出有用信号B、提取小信号C、用一些新技术和新方法来提高检测系统输入输出信号的信噪比D、发现噪声2、以下说法正确的是（）A、电子线路的噪声大都是一种平稳随机过程；B、互相关与几个噪声同时形成干扰有关；C、自相关是随机平稳过程的一个重要特征；D、绝大多数噪声是相互独立的。
3、相关检测分为（）两种情形A、自相关检测B、互相关检测C、弱相关检测D、强相关检测4、以下利用了同步积累法制作的是（）A、同步积分器B、取样积分器C、数字多点平均器D、锁相放大器三、填空题1、微弱信号是相对背景噪声而言，其的一类信号。
2、微弱信号检测的任务是采用电子学、信息论、计算机及物理学、数学的方法，分析，研究被测信号的特点与相关性，对被噪声淹没的微弱有用信号进行。
3、所谓相关检测就是利用的特点，通过的计算，达到从噪声中检测出微弱信号目的的一种技术。
4、同步积累法利用了信号的和噪声的。
四、简答题1、简述自相关检测的原理。
2、简述互相关检测的原理。
3、简述相干检测的原理。
4、什么是微弱信号检测？5、微弱信号检测的目的是什么？6、什么是噪声？7、简述锁相放大器的组成与工作原理。
8、同步积分器、取样积分器、数字多点平均器各自适用的条件是什么？第15章 微弱信号检测一、单项选择题二、多项选择题三、填空题四、简答题1、答：实现自相关检测的原理如图A.8所示。
图A.8 自相关检测原理框图设输入信号()x t 由被测信号()s t 和噪声()n t 组成，即：()()()x t s t n t =+。
()x t 同时输入到相关接收机的两个通道，其中一个通过延时器使其延迟一段时间τ。
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《微弱信号检测技术》练习题1、证明下列式子：（1）R xx(τ)=R xx(-τ)（2）∣ R xx(τ)∣≤R xx(0)（3）R xy(-τ)=R yx(τ)（4）| R xy(τ)|≤[R xx(0)R yy(0)]2、设x(t)是雷达的发射信号，遇目标后返回接收机的微弱信号是αx(t-τo)，其中α«1，τo是信号返回的时间。
但实际接收机接收的全信号为y(t)= αx(t-τo)+n(t)。
（1）若x(t)和y(t)是联合平稳随机过程，求Rxy(τ)；（2）在（1）条件下，假设噪声分量n(t)的均值为零且与x(t)独立，求Rxy(τ)。
3、已知某一放大器的噪声模型如图所示，工作频率f o=10KHz，其中E n=1μV，I n=2nA，γ=0，源通过电容C与之耦合。
请问：（1）作为低噪声放大器，对源有何要求？（2）为达到低噪声目的，C为多少？4、如图所示，其中F1=2dB，K p1=12dB，F2=6dB，K p2=10dB，且K p1、K p2与频率无关，B=3KHz，工作在To=290K，求总噪声系数和总输出噪声功率。
5、已知某一LIA的FS=10nV，满刻度指示为1V，每小时的直流输出电平漂移为5⨯10-4FS；对白噪声信号和不相干信号的过载电平分别为100FS和1000FS。
若不考虑前置BPF的作用，分别求在对上述两种信号情况下的Ds、Do和Di。
6、下图是差分放大器的噪声等效模型，试分析总的输出噪声功率。
7、下图是结型场效应管的噪声等效电路，试分析它的En-In模型。
8、R1和R2为导线电阻，R s为信号源内阻，R G为地线电阻，R i为放大器输入电阻，试分析干扰电压u G在放大器的输入端产生的噪声。
9、如图所示窄带测试系统，工作频率f o=10KHz，放大器噪声模型中的E n=μV，I n=2nA，γ=0，源阻抗中R s=50Ω，C s=5μF。
请设法进行噪声匹配。
(有多种答案)10、如图所示为电子开关形式的PSD，当后接RC低通滤波器时，构成了锁定放大器的相关器。
K为电子开关，由参考通道输出Vr的方波脉冲控制：若Vr正半周时，K接向A；若Vr 负半周时，K接向B。
请说明其相敏检波的工作原理，并画出下列图(b)、(c)和(d)所示的已知Vs和Vr波形条件下的Vo和V d的波形图。
11、某信号处理系统的灵敏度(即最小可检测电压)∆V min=2μV，等效输入噪声电压方差E2=4mV，求：（1）当要求SNIR=1000时，最小的输出信噪比(S/N)out；（2）当要求(S/N)out ≥20dB时，对应的输入信号电压V min。
12 写出对晶体三极管无噪声化过程的步骤。
13 GaAs−MESFET 主要有下列噪声源：（1）沟道热噪声；（2）栅极散粒噪声；（3）1/f噪声；（4）极间感应噪声。
画出“无噪声化”的GaAs−MESFET噪声模型。
14 一低噪声放大器，在工作频段的噪声为：E n=10-8V/√Hz，I n=10-13A/√Hz，信号源的内阻Rs=10Ω，如果采用变压器匹配，匝变比n=100，试说明匹配后放大器的噪声性能改善程度。
15 利用扫描型Boxcar平均器的Ts表达式，证明对于数字迭加系统的测量时间为Ts=nT，其中T为信号周期，n为信号的测量次数。
16 思考题（1）取样积分与锁定放大有何区别？（2）Boxcar定点型和扫描型的参数有何区别？（3）白噪声是一种什么噪声？（4）1/f噪声、散粒噪声和热噪声是怎样产生的？如何表示？（5）噪声系数如何定义？与SNIR成倒数关系吗？（6）放大器的噪声模型如何表示？等效输入噪声是什么？（7）什么叫最佳源电阻？什么叫噪声匹配？（8）噪声系数与最小噪声系数有何关系？（9）放大器的窄带噪声与宽带噪声有何区别和联系？（10）什么是等效噪声带宽？几何意义是什么？（11）求E n—I n模型及计算R sopt，F min时，一般可采用哪几种方法？(简要说明每一种方法的思路)（12）什么是电磁干扰的三要素。
17 对于下图，R IN的值要有什么样的限制，才能使感应到放大器的噪声小于信号电压Vs的0.1%。
题17图18、如下图，信号源到地端有200pF的分布电容，如果两接地点间的噪声电压为：（1）60Hz，100mV；（2）6000Hz，100mV；试求出放大器感应到的噪声电压。
题18图19、下图为一典型的电磁滤波器，请指出滤波器的哪些元器件的功能属于共模滤波器，哪些元器件的功能属于差模滤波器？题19图典型电磁干扰滤波器20、如下图，若导体1与导体2的分布电容为50pF，而各导体对地的分布电容为150pF，导体有200kHz，10V的交流信号，如果R T为(1)无限大阻抗；(2)1000欧姆的阻抗；(3)100欧姆的阻抗；试求导体2感应到的噪声为多少？题20图21、如下图，导体2外面有一接地的屏蔽体。
导体2与屏蔽体间的电容为100pF。
导体2与导体1间的容量为1 pF，而导体2与接地的电容为5pF。
导体1上有100kHz,10V的交流信号，若RT为(1)无限大阻抗；(2)1000欧姆的阻抗；(3)50欧姆的阻抗；试求导体2感应到的噪声为多少？题21图微弱信号检测技术习题(2006.3)1 某信号处理系统的灵敏度（即最小可检测电压）∆V min=2μv，等效输入噪声电压均方差E=4mv，求：（1）当要求SNIR=1000时，最小的输出信噪比（S/N）out；（2）当要求（S/N）out≥20dB时，对应的输入信号电压V min。
2 随机过程X(t)和Y(t)单独和联合平稳，并且m x=E{X(t)}，m y=E{Y(t)}，求：（1） Z(t)=X(t)+Y(t)的自相关函数；（2） 当X （t ）与Y(t)不相关时，Z(t)的自相关函数；（3） 当X （t ）与Y(t)不相关且均为零均值时，Z(t)的自相关函数。
3 设平稳随机过程X(t)是周期为T 的周期函数，即：X(t)=X(t+T)，证明R xx (τ)=R xx (τ+T)。
4 设X(t)是雷达的发射信号，遇目标后返回接收机的微弱信号是αX(t-τo )，其中α«1，τo 是信号返回的时间。
但实际接收机接收的全信号为Y(t)= αX(t-τo )+N(t)。
（3） 若X(t)和Y(t)是联合平稳随机过程，求Rxy(τ)；（4） 在（1）条件下，假设噪声分量N(t)的均值为零且与X(t)独立，求Rxy(τ)。
（这是利用互相关函数从全信号中检测小信号的相关接收法。
）5 广义平稳随机过程的条件是什么？如果过程是各态历经的，能否满足上述条件？6 证明下列式子： （5） R xx (τ)=R xx (-τ) （6） ∣ R xx (τ)∣≤R xx (0) （7） R xy (-τ)=R yx (τ) （8） | R xy (τ)|≤[R xx (0)R yy (0)]7 填充（1）R xx (0)表示信号X(t)的 。
（2）R xx (∝)表示信号X(t)的 。
（3）当X(t)的均值为零时，R xx (0)等于信号X(t)的 。
（4）相关检测适用于 信号的检测。
（5）当 时， R nn (τ)→0。
（6）自相关检测得到的是信号的 ， 而不是信号的 。
（7）一般来说，R ss (τ)波形 S i (t)，只是以某种特定的方式 S i (t)。
（8）互相关检测抑制噪声的能力比自相关检测 。
（9）相关器的带通中心频率与电路本身元件参数 ，带宽与电路本身元件参数 。
（10）从频域上讲，相关检测等效于 。
8 如图所示为电子开关形式的PSD ，当后接RC 低通滤波器时，构成了锁定放大器的相关器。
K 为电子开关，由参考通道输出V r 的方波脉冲控制：若V r 正半周时，K 接向A ；若V r 负半周时，K 接向B 。
请说明其相敏检波的工作原理，并画出下列图(a)、(b)和(c)所示的已知V s 和V r 波形条件下的V o 和V d 的波形图。
9 已知某一LIA 的FS=10nV ，满刻度指示为1V ，每小时的直流输出电平漂移为5⨯10-4FS；对白噪声信号和不相干信号的过载电平分别为100FS和1000FS。
若不考虑前置BPF的作用，分别求在对上述两种信号情况下的Ds 、Do和Di。
10如图为某一Boxcar积分器工作原理图，对于被噪声污染的周期信号，求当已知输入信号波形V in（为明了，未画出噪声干扰），参考信号V r时，其中，T d=2ms，T g=0.5ms，画出输出波形，并求：（1）如果测量时间为3S，则SNIR为多少（先不考虑RC）？（2）如果V in被噪声污染，噪声的均方根值为10mV，则测量1S时间，（S/N）out=?（3）当R=10KΩ时，要求SNIR不变（与（1）相同），则C=？11如图所示的被测信号（为明了，未画出噪声干扰），采用Boxcar扫描型测量，要求SNIR=100，δ≥99%，采用T g=200μS取样，求：（1）确定参数T B及T S＇；（2）当R=1MΩ时，C为多少？（3）为了满足上述选定的SNIR，则最小的慢扫描时间为多少？12选择题（1）提高SNIR，意味着。
A 提高放大器增益B 延长测量时间C 改变信号周期D 增大输入信号（2）对于Boxcar平均器，提高SNIR，即要求。
A 增大RC参数B 延长测量时间C 改变信号周期D 提高放大器增益（3）对于定点型Boxcar平均器，提高SNIR，即要求。
A 增大RC参数 B减小门控信号宽度 C提高放大器增益D （A）与（B）（4）对于Boxcar平均器，当RC参数确定后，则也确定。
A 精度δB SNIRC 测量时间D （A）、（B）与（C）（5）数字多点平均器的比扫描型Boxcar平均器。
A精度….高m倍 B SNIR…高m倍 C测量时间…少m倍 D (A)、（B）和（C）（6）锁定放大器的SNIR等于。
A n2B 4RCfC nD n （7）扫描型Boxcar平均器是以牺牲测量时间来获得。
A SNIR的提高B 波形恢复的不失真的提高C 增益的提高 D（A ）与（B ）（8）数字多点平均器的SNIR 一般正比于 。
A 一个信号周期内的取样数B （A ）的二次方根C 信号的周期数的测量次数D （C ）的二次方根 （9）对于LIA ，已知输入总动态范围D i ，则可检测的输入信号电平为 。
A MDS 至OVL 之间 B FS 至OVL 之间 C MDS 至FS 之间 D （A ）+（B ）+（C ）（10）数字多点平均器对被测信号经过100次周期取样，每次25个点的平均，则SNIR 为 。
A 100B 10C 25D 513利用扫描型Boxcar 平均器的T S 表达式，证明对于数字迭加系统的测量时间为T S =nT ，其中T 为信号周期，n 为信号的测量次数。