微弱信號檢測技術(shù)

微弱信號檢測技術(shù)特點(diǎn)

1、需要噪聲系數(shù)盡量小的前置放大器，并根據(jù)源阻抗與工作頻率設(shè)計(jì)最佳匹配;

2、需要研制適合微弱檢測原理并能滿足特殊需要的器件;

3、利用電子學(xué)和信息論的方法，研究噪聲的成因和規(guī)律，分析信號的特點(diǎn)和相干關(guān)系。自從1928年發(fā)現(xiàn)電阻中電子的熱騷動引起非周期性電壓以來，弱檢測技術(shù)受到普遍重視而得到迅速發(fā)展。

微弱信號檢測裝置

噪聲源從PC機(jī)的音頻口輸出，將耳機(jī)剪開，取出地線和任一聲道信號線即可(每個耳機(jī)不一樣，我的耳機(jī)3.5mm口從尖端到后端依次是左、右、地、麥克風(fēng)，對應(yīng)到線分別是綠、藍(lán)、棕、紅)，將電腦聲音開到最大(用迅雷播放器，音量加到1000%;若用Windows Media，噪聲的有效值只能達(dá)到400mV)，噪聲的交流有效值為963.6mV;噪聲源如下

超前移相器的范圍為0-180，0度可以移到，180移不到;INA128的Rg為3.3K，兩級級聯(lián)，放大倍數(shù)為16.15*16.15=260.87倍;LMH6552的Rf和Rg取值一樣，但實(shí)測增益不為1，為衰減一半，于是我們增大Rf，使得增益接近1;正弦信號源A經(jīng)過一系列的放大后，相位幾乎沒有延遲，在G點(diǎn)處的差分兩路相位為0度和180度：(黃色為A點(diǎn)，綠色為G點(diǎn))

最后一級的濾波器原本的截止頻率在30Hz附近，但測試發(fā)現(xiàn)加入噪聲后，噪聲是TI提供的wav文件，由MATLAB進(jìn)行FFT分析，可知噪聲頻譜圖如下：

在濾波器的通帶內(nèi)存在有噪聲，在頻域上從0~FS/2直流出現(xiàn)低頻抖動現(xiàn)象，于是我們將濾波器里的原來的10+K的電阻換成了1M的電阻，電容為0.68uF，截止頻率低至0.2Hz，發(fā)現(xiàn)直流抖動現(xiàn)象明顯相除，但直流還是會緩緩抬升或下降，這個變化的頻率已經(jīng)很低了，變化不明顯，但帶來一個問題：濾波器的反應(yīng)滯后，輸入信號變化后，直流的變化略微滯后。

接下來我們來擬合數(shù)據(jù)，雖然輸入到輸出可以通過理論公式推導(dǎo)出來，但模擬電路存在許多不確定的因素(如電阻阻值不精確、信號線受干擾、AD采樣的誤差)，且結(jié)合之前做過的項(xiàng)目，發(fā)現(xiàn)硬件出來的值不符合理論沒有關(guān)系，只要輸入和輸出有一定的關(guān)系即可，硬件上的不足可以通過軟件來彌補(bǔ)，畢竟做一個精確控制的軟件比做一個信號清晰精確的硬件來的容易。將探頭勾在A點(diǎn)，開啟示波器的自動測量，測量峰峰值，該值作為Y;將MSP430中ADC讀到的數(shù)據(jù)顯示出來，該數(shù)據(jù)作為X。將X、Y做一個1次的擬合，也就是線性擬合，得到關(guān)系Y = 1.301*(X*1000) + 0.2794：

從上圖可以看到，在幅度較低或幅度較高時，擬合得不是很好，于是我們就分段擬合，分為4段：

Y = 1.3576*(X*1000) - 7.1169

Y = 1.3626*(X*1000) - 8.6624

Y = 1.4521*(X*1000) - 82.2214

Y = 1.7297*(X*1000) - 455.3745

由于最后一級的低通濾波器的截止頻率低至0.2Hz，電壓波動得非常慢，濾波采樣也必須慢才能達(dá)到濾波的效果，這樣在軟件濾波上很難做到一個比較好的效果，所以我們將截止頻率放寬到2Hz，雖然最后出來的波形比較抖，但經(jīng)過1S的平均后，抖動會大為降低，這樣，我們采樣時間就可以定為1S左右，刷新時間因此大為縮短。實(shí)測發(fā)現(xiàn)刷新抖動小于之前。