相关检测原理

相关检测原理
相关检测原理如图所示：
图1 互相关检测原理图
图中f1(t)为接收端输进信号，f 2(t)为本地信号，其重复周期与输进信号中s1(t)的重复周期相同并且是“干净的”，n1(t)是噪声信号。

设输进信号：
f1(t)= s1(t)+n1(t)
本地信号是：
f2(t)=s2(t)
则其相关函数
上式中τ是所研究两点的时间间隔，即两信号间的时延。

因信号与随机噪声发生相互独立，其互相关函数将是一个常数，即是两个随机函数均匀值的积。

若其中一个均匀值是零，则相关函数为零。

因噪声均匀值为零，所以上式中R ns2(τ)为零。

因此相关函数的输出只是信号与本地信号的相关结果，噪声被往掉。

在实际应用中，只有在计算相关函数求均匀值的时间比较长时，R ns2
(τ)才近于零，从而得到较高的输出信号噪声比，该时间可由试验确定。

一般其值为积分器所采用的低通滤波器的时间常数RC 值的4—5倍。

由以上简单的公式推导我们可以看出互相关运算的确可以大幅度地往除噪声的影响。

锁定放大器就是利用互相关原理设计的一种同步相干检测仪，是对被测信号和参考信号进行相关运算的电子设备。

它具有十分窄小的信号和噪声带宽，依照通常带通滤波器Q 值的含义，其等效Q值可达到108量级，这是常规滤波器所无法达到的。

锁定放大器的组成结构
下面对锁定放大器的组成结构作以扼要的说明。

典型的锁定放大器如图2所示。

图2中可以看出，一般锁定放大器可以分为3个部分，即：信号通道、参考通道和相关器(在积分器后面还应有直放逐大器，图中未画出)，下面分别先容各自功能及组成：
相关器
相关器是锁定放大器的关键部件，包括乘法器和积分器2部分，它终极完成被测信号与参考信号互相关函数运算。

它必须具有动态范围大、漂移小、时间常数可调、增益稳定和频率范围宽等特点。

它要求输进信号为正弦波或方波，假如被测信号是直流信号，则可用斩波器先将它转换为交流方波再进行转换检测。

图2 锁定放大器的组成结构原理图
信号通道
信号通道位于相关器之前，由输进放大器、低噪声前置放大器、各种有源滤波器和放大器组成。

其作用是放大弱信号到足以推动相关器工作的电平，并兼有抑制和滤除部分噪声和干扰的功能，扩大仪器的动态范围。

其前置放大器最佳信号源电阻必须能够与不同传感器进行噪声匹配以得到最佳噪声特性。

参考通道
其作用是输出和输进信号同步的、占空比为1 ：1 的、具有一定幅度的对称方波，以驱动相关器。

由触发电路、倍频电路、相移电路、方波产生和驱动电路等组成。

直放逐大器
这也是锁定放大器的一个重要部分，在图中没有画出。

其主要的功能是将积分器输出的直流或缓变信号放大，使其满足后续数据采集系统对信号的要求。

直放逐大器的主要题目是零漂的影响，考虑到前级相关器的输出可能很小，因此应选择低漂移的运算放大器作为直放逐大器的前置级，同时要有尽量小的1/f噪声。