資料介紹
作者:Luis Orozco,ADI公司系統(tǒng)應用工程師
同步檢測是一項實用的技術,它可通過許多儀器儀表應用提取低于噪底的嵌入低電平信號。例如:測量非常小的電阻,測量在強背景光下光的吸收或反射,或者甚至在高噪聲電平的情況下進行應變測量。
當頻率接近直流時,許多電氣和物理系統(tǒng)都會有更高的噪聲。例如,運算放大器有1/f的噪聲,并且露天光學測量系統(tǒng)會受日光、白熾燈、熒光燈和其他光源造成的環(huán)境光照條件變化產(chǎn)生的噪聲影響。如果可以使測量遠離這些低頻噪聲源,則可以獲得更高的信噪比并檢測出弱得多的信號。例如,如果您希望測量表面反射的光量,則在幾kHz下調制光源將能夠測量在較低頻率噪聲中嵌入的信號。圖1展示了信號調制在低于噪底和可恢復測量方面有多么重要。調制傳感器激勵信號的方法有不少。最簡單的調制方案是反復開啟和關閉激勵信號。這對于驅動LED和其他類型激勵(例如應變計橋加壓)很有效。它尤其適用于很難以電子方式調制激勵源(例如廣泛運用于許多波譜儀器的白熾燈)的情況。在此情況下,調制就如使用機械調制盤對光進行斬波一樣簡單。
圖1. 調制信號以將信號移至遠離噪聲源的位置
要恢復圖1中的信號,您只需設計窄帶帶通濾波器,以去除其它頻率信號僅保留目標頻率信號,然后測量信號的幅度。在實踐中,設計具有分立組件的極窄(高Q)帶通濾波器非常具有挑戰(zhàn)性。如果規(guī)格要求極窄的濾器,則更不可能辦到。此外,您可以使用同步解調將已調制的信號移回直流,同時濾除與參考信號不同步的其他信號。運用此技術的儀器稱作鎖相放大器。
要簡單介紹鎖定放大器,不妨首先描述圖2中所示的應用。一個調制為1 kHz的光源照亮測試表面,一個光電二極管測量表面反射的光量,反射光量與累積的污染量成正比。假設參考信號和測量均為正弦波(頻率和相位均相同,但是幅度不同)。假設參考信號以固定的幅度驅動光電二極管,則測量的幅度會隨著反射的光量而變化(在其他應用中,這與測量的物理參數(shù)相對應)。
(mbbeetchina)
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