基于PLL实现锁定放大技术任务书

 2021-08-20 12:08

1. 毕业设计(论文)主要目标:

随着数字科学技术的进步和社会的需要,越来越多的领域需要采集、处理大量的信息。信号采集的过程需要使用传感器将速度变化、电、压强变化等物理量转化为电信号。在实际环境中,设备采集得到信号都比较微弱,无法很好地分析和使用。与此同时,设备在采集过程中会将环境中的干扰、设备的本底噪声和固有噪声引入,并且对采集的有用信号进行干扰。这些噪声对有用信号产生干扰进而失真。在使用以往的传统放大器时,所有的信号(不区分有用、无用)都被一起放大,最终无法分辨各路信号,这样做不利于信息的处理。由此可知,在当今的生产和生活中,传统放大器已经不能满足企业的要求了。

锁定放大器可以减少无用信息,提高输出信号的信噪比检测,是一种通过相关器进行信号相敏检波的电路。由于电路参考信号的频率和相位与被测信号相同,因此放大器在信号检测处理过程中,电路响应只对检测信号以及同频或倍频的噪声分量有效。

锁定放大器在检测灵敏度和信号处理过程中具有高信噪比、强灵敏度等优点,因此它可以用于微弱信号检测。与传统放大器相比,锁定放大器还具有高品质因数、窄通频带、中心频率稳定的特点。另外,它可以当做弱信号的信号恢复仪器,使弱信号在实际采集过程中不会被抑制或者消除,这一点在实际测量过程有着重要作用。锁定放大器通过窄带频率控制将有用信号和噪声分离,因此它可以看作是窄带滤波器和检测器的结合,并且具有减少噪声干扰和增大信号功率的作用。在背景噪声环境下,利用锁定放大器的这一特点,还可以用于提取微弱信号。锁定放大器不仅可以抑制噪声,还可以将有用信号从不同环境中的提取出来,而且工作性能稳定、中心频率不变。因此,它常被应用于检测电机器件、激光信号等弱信号领域。锁定放大器与其他的微弱信号检测方法相比,性能更稳定,操作更简单、灵活性更高。本文将相关检测与锁定放大器结合,作为整个锁定放大器电路中改进的最核心部分。我们把利用相关性进行检测和提取信号的技术叫做相关检测。这种技术通过调节参数可以使滤波器带宽变窄,滤去本底噪声和环境噪声,从而减少噪声对有用信息的影响。

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2. 毕业设计(论文)主要内容:

由于传统放大器对微弱信号不敏感、分离信号和噪声的能力弱,本文设计了一个基于锁相环AD630的锁定放大器。本系统主要分为信号通道、参考通道、相关器、电源、电压检测、显示等。在信号通道中,跟踪带通滤波器先进行信号处理,改善了信号输出时的信噪比,通过在输入级并联多个放大器的方法有效地降低了信道的干扰噪声;参考通道主要将信号进行成倍的放大;相关器主要对参考信号和输入信号进行相关运算;电源通过数模电源隔离的方法来降低电路中的电源纹波;电压的检测范围通过电路中电阻的分压得到明显改善;显示采用的是数字电压表来显示最终输出的被测信号。实验仿真表明本次设计电路具有搭建简便、运行速度快、动态可行、工作稳定等优势。

3. 主要参考文献

[1]Ehara N, Sasase I, Mori S. Weak radar signal detection based on wavelet transform[C]//IEEE International Conference on Acoustics, Speech, and Signal Processing. IEEE Xplore, 1994:II/377-II/380 vol.2.

[2]程德福, 林君, 于生宝,等. 瞬变电磁法弱信号检测技术研究[J]. 吉林大学学报信息科学版, 2002, 20(2): 1-5.

[3]兰羽, 张玉洁. 光电探测中低噪声前置放大器的设计[J]. 国外电子测量技术, 2012, 31(6):84-86.

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