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锁相放大器的工作原理
神科光电 / 2012-11-01

在自然科学的研究与测量工程实践中,经常会遇到微毫伏级信号测量的问题,如何获取这些弱信号信息需要通过各种各样的检测方法。例如测定地震的波形和波速、材料分析时测量荧光光强、卫星信号的接收、红外探测以及生物电信号测量等,它们最终都是把自然界的非电物理量通过传感器转化为电压或电流信号。然而,这些被测信号非常微弱,很容易被噪声淹没,对它们的检测往往变得十分困难。

微弱信号检测就是利用近代电子学和信号处理方法从噪声中提取有用信号的一门新兴技术学科。它是在信息论和随机过程理论研究的基础上,通过对信号噪声本质的研究发展起来的。它用科学的方法分析噪声产生的原因和规律,研究被测信号和噪声的统计特征及其差别,采用一系列信号处理方法,达到检测被测噪声覆盖的微弱信号的目的。在这些方法中,锁相放大技术是其中一种被使用得最广泛得方法.也被认为是最为有效的方法。

1、相敏相关检测

 锁相放大器的核心是相敏相关检测算法如图1所示,锁相放大器测量需要有参考信号输入,假设输入的参考信号是频率为ω的方波,参考信号经过内部振荡器模块解析为两路频率与参考信号一致,相位相差90度的正余弦信号。

2、内部振荡器

在锁相放大器中,内部振荡器产生的信号不仅频率要和参考信号的频率一致,同时它们的相位差必须保持不变,否则cosΦ和sinΦ将随着变化,XY将不是直流输出,内部振荡信号必须和参考信号输入锁定。

OE3250数字锁相放大器中用数字锁相环(DPLL)产生内部振荡信号,当外部参考信号输入到锁相放大器后,锁相放大器中的数字锁相环将内部振荡信号与外部参考信号锁定,因为内部振荡信号与外部参考信号是锁定的,外部参考信号的频率改变不会影响测量。

 

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