12年A题实验报告(微弱信号检测装置)
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（2）发挥部分
1当输入正弦波信号VS的幅度峰峰值在20mV~ 2V范围内时，检测并显示正弦波信号的幅度值，要求误差不超过5%。
2扩展被测信号VS的频率范围，当信号的频率在500Hz~ 2kHz范围内，检测并显示正弦波信号的幅度值，要求误差不超过5%。
3进一步提高检测精度，使检测误差不超过2%。
4其它（例如，进一步降低VS的幅度等）。
2012年全国大学生电子设计竞赛
【本科组】
微弱信号检测装置（A题）
摘 要：本系统是基于锁相放大器的微弱信号检测装置，用来检测在强噪声背景下已知频率的微弱正弦波信号的幅度值。该系统由加法器、纯电阻分压网络、微弱信号检测电路和显示电路组成。其中加法器和纯电阻分压网络生成微小信号，微弱信号检测电路和显示电路完成微小信号的检测和显示在液晶屏上。本系统是以相敏检波器为核心，将参考信号经过移相器后，接着通过比较器产生方波去驱动开关乘法器CD4053，最后通过低通滤波器输出直流信号检测出微弱信号，将该直流信号送入单片机处理后，液晶显示出来。经最终的测试，本系统能较好地完成微小信号的检测。
关键词：微弱信号 强噪声 相敏检测
Abstract:The system is of weak signal detection based on lock-in amplifier device, used for the detection of known weak sinusoidal signal under strong noise background frequencyamplitude. The system consists of an adder, pure resistor divider network, weak signal detection circuit and display circuit. The adder and the pure resistor divider network to produce small signal, weak signal detection circuit and display circuit to complete the detection of tiny signal and displayed on the LCD screen. The system is based on a phase sensitive detector as the core, the reference signal through the phase shifter, then through the comparator produces Fang Bo todrive switch multiplier CD4053, finally through the low pass filter output DC signal detection ofweak signal, the DC signal into the microcontroller processing, liquid crystal display. The final test, the system can achieve the tiny signal.
1.2方案比较与选择
1.2.1微弱信号检测模块方案比较
方案一：采用滤波电路检测微小信号，通过滤波电路将微小信号从强噪声中检测出来，但滤波电路中心频率是固定的，而信号的频率是可变的，无法达到要求，所以该方案不可行。
方案二：采用取样积分电路检测小信号，利用取样技术，在重复信号出现的期间取样，并重复N次，则测量结果的信噪比可改善 倍，但这种方法取样效率低，不利于重复频率的信号恢复。
图1.1.1微弱信号检测装置示意
1.1.2技术指标
（1）基本要求
1噪声源输出VN的均方根电压值固定为1V0.1V；加法器的输出VC=VS+VN，带宽大于1MHz；纯电阻分压网络的衰减系数不低于100。
2微弱信号检测电路的输入阻抗Ri≥1M。
3当输入正弦波信号VS的频率为1kHz、幅度峰峰值在200mV~ 2V范围内时，检测并显示正弦波信号的幅度值，要求误差不超过5%。
Key Word：weak signalstrong noisephase sensitive detection
1.
1.1设计要求
1.1.1设计任务
设计并制作一套微弱信号检测装置，用以检测在强噪声背景下已知频率的微弱正弦波信号的幅度值，并数字显示出该幅度值。为便于测评比较，统一规定显示峰值。整个系统的示意图如图1.1.1所示。正弦波信号源可以由函数信号发生器来代替。噪声源采用给定的标准噪声（wav文件）来产生，通过PC机的音频播放器或MP3播放噪声文件，从音频输出端口获得噪声源，噪声幅度通过调节播放器的音量来进行控制。图中A、B、C、D和E分别为五个测试端点。
1.2.3电阻分压模块方案
电阻分压网络有串联分压和 型网络， 型网络性能较好，适合在高频的条件下工作，而本题目要求的电压范围较小，故采用简单电路串联来作为分压网络既可以达到要求。
1.3方案论证
该系统由加法器、分压网络、微弱信号检测电路和显示电路组成。其中微弱信号检测电路由前置放大、带通滤波、鉴相器、移相器、比较器、低通滤波、放大器构成。同相放大电路构成的加法器将噪声信号加到待测信号中，使信号淹没在噪声中，然后经过衰减器衰减100倍以上，送到微弱信号检测电路中。微弱信号检测以相敏检波器为核心，将参考信号经过移相电路和比较器输出方波驱动开关管乘法器，输出直流信号经单片机ADC转换，最终在液晶显示屏上显示出来。
方案三：采用锁相放大器检测小信号，锁相放大器由信号通道、参考通道、和相敏检波器等组成，其中相敏检波器（PSD）是锁相放大器的核心，PSD把从信号通道输出的被测交流信号进行相敏检波转换成直流，只有当同频同相时，输出电流最大，具有很好的检波特性。由于该测试信号的频率是指定的且噪声强、信号弱，正好适合于锁相放大器的工作情况，故选择方案三。
1.2.2移相网络模块方案比较
方案一：模拟法
由于电路用的是锁相放大，故要保持在开关型鉴相器的输入端信号的相位保持一致，故需要对参考信号做移相处理，移相的最佳方案是全通滤波器，一介全通滤波器的相移范围为0-180度，二阶则可实现0-360的相移。
方案二：数字法
采用数字相移Leabharlann Baidu方法势必增加电路的难度，于是我们采用模拟电路全通滤波器做移相电路。
1当输入正弦波信号VS的幅度峰峰值在20mV~ 2V范围内时，检测并显示正弦波信号的幅度值，要求误差不超过5%。
2扩展被测信号VS的频率范围，当信号的频率在500Hz~ 2kHz范围内，检测并显示正弦波信号的幅度值，要求误差不超过5%。
3进一步提高检测精度，使检测误差不超过2%。
4其它（例如，进一步降低VS的幅度等）。
2012年全国大学生电子设计竞赛
【本科组】
微弱信号检测装置（A题）
摘 要：本系统是基于锁相放大器的微弱信号检测装置，用来检测在强噪声背景下已知频率的微弱正弦波信号的幅度值。该系统由加法器、纯电阻分压网络、微弱信号检测电路和显示电路组成。其中加法器和纯电阻分压网络生成微小信号，微弱信号检测电路和显示电路完成微小信号的检测和显示在液晶屏上。本系统是以相敏检波器为核心，将参考信号经过移相器后，接着通过比较器产生方波去驱动开关乘法器CD4053，最后通过低通滤波器输出直流信号检测出微弱信号，将该直流信号送入单片机处理后，液晶显示出来。经最终的测试，本系统能较好地完成微小信号的检测。
关键词：微弱信号 强噪声 相敏检测
Abstract:The system is of weak signal detection based on lock-in amplifier device, used for the detection of known weak sinusoidal signal under strong noise background frequencyamplitude. The system consists of an adder, pure resistor divider network, weak signal detection circuit and display circuit. The adder and the pure resistor divider network to produce small signal, weak signal detection circuit and display circuit to complete the detection of tiny signal and displayed on the LCD screen. The system is based on a phase sensitive detector as the core, the reference signal through the phase shifter, then through the comparator produces Fang Bo todrive switch multiplier CD4053, finally through the low pass filter output DC signal detection ofweak signal, the DC signal into the microcontroller processing, liquid crystal display. The final test, the system can achieve the tiny signal.
1.2方案比较与选择
1.2.1微弱信号检测模块方案比较
方案一：采用滤波电路检测微小信号，通过滤波电路将微小信号从强噪声中检测出来，但滤波电路中心频率是固定的，而信号的频率是可变的，无法达到要求，所以该方案不可行。
方案二：采用取样积分电路检测小信号，利用取样技术，在重复信号出现的期间取样，并重复N次，则测量结果的信噪比可改善 倍，但这种方法取样效率低，不利于重复频率的信号恢复。
图1.1.1微弱信号检测装置示意
1.1.2技术指标
（1）基本要求
1噪声源输出VN的均方根电压值固定为1V0.1V；加法器的输出VC=VS+VN，带宽大于1MHz；纯电阻分压网络的衰减系数不低于100。
2微弱信号检测电路的输入阻抗Ri≥1M。
3当输入正弦波信号VS的频率为1kHz、幅度峰峰值在200mV~ 2V范围内时，检测并显示正弦波信号的幅度值，要求误差不超过5%。
Key Word：weak signalstrong noisephase sensitive detection
1.
1.1设计要求
1.1.1设计任务
设计并制作一套微弱信号检测装置，用以检测在强噪声背景下已知频率的微弱正弦波信号的幅度值，并数字显示出该幅度值。为便于测评比较，统一规定显示峰值。整个系统的示意图如图1.1.1所示。正弦波信号源可以由函数信号发生器来代替。噪声源采用给定的标准噪声（wav文件）来产生，通过PC机的音频播放器或MP3播放噪声文件，从音频输出端口获得噪声源，噪声幅度通过调节播放器的音量来进行控制。图中A、B、C、D和E分别为五个测试端点。
1.2.3电阻分压模块方案
电阻分压网络有串联分压和 型网络， 型网络性能较好，适合在高频的条件下工作，而本题目要求的电压范围较小，故采用简单电路串联来作为分压网络既可以达到要求。
1.3方案论证
该系统由加法器、分压网络、微弱信号检测电路和显示电路组成。其中微弱信号检测电路由前置放大、带通滤波、鉴相器、移相器、比较器、低通滤波、放大器构成。同相放大电路构成的加法器将噪声信号加到待测信号中，使信号淹没在噪声中，然后经过衰减器衰减100倍以上，送到微弱信号检测电路中。微弱信号检测以相敏检波器为核心，将参考信号经过移相电路和比较器输出方波驱动开关管乘法器，输出直流信号经单片机ADC转换，最终在液晶显示屏上显示出来。
方案三：采用锁相放大器检测小信号，锁相放大器由信号通道、参考通道、和相敏检波器等组成，其中相敏检波器（PSD）是锁相放大器的核心，PSD把从信号通道输出的被测交流信号进行相敏检波转换成直流，只有当同频同相时，输出电流最大，具有很好的检波特性。由于该测试信号的频率是指定的且噪声强、信号弱，正好适合于锁相放大器的工作情况，故选择方案三。
1.2.2移相网络模块方案比较
方案一：模拟法
由于电路用的是锁相放大，故要保持在开关型鉴相器的输入端信号的相位保持一致，故需要对参考信号做移相处理，移相的最佳方案是全通滤波器，一介全通滤波器的相移范围为0-180度，二阶则可实现0-360的相移。
方案二：数字法
采用数字相移Leabharlann Baidu方法势必增加电路的难度，于是我们采用模拟电路全通滤波器做移相电路。