基于STM32F407的AOTF光谱仪双通道信号检测系统

基于声光可调谐器件(AOTF)原理设计的近红外光谱仪的光电探测器检测到的有用光信号远远小于光源的噪声信号,在检测时容易被淹没在强噪声中。为了提高信号检测系统的信噪比,针对AOTF近红外光谱仪待测的微弱光信号,基于相关检测原理,以STM32F407为控制核心,以锁相放大电路为电路核心,设计了新型双通道信号检测系统。同时设计新型光源调制电路对光源进行交流调制,便于后级锁相检测。经过系统测试验证,该系统检测精度高、可以获得高质量的物质漫反射光谱图、系统稳定性高,可以应用在AOTF近红外光谱仪器中。     

精密光学斩波控制器设计

光学斩波控制器用于对光谱测量中入射光进行斩波调制,使入射光变为按一定频率变化的光信号,并提供参考频率信号,使后续锁相放大器对单色仪分光后的光信号进行锁相放大,实现对微弱光信号的检测。精密光学斩波控制器是微弱光信号测量中的关键部件之一,其斩波频率的稳定度及精确度是影响微弱信号放大的关键因素。以ARM单片机为核心,通过对斩波轮进行高精度转速测量,以分段式增量PID实现直流电机的PWM闭环控制,最终实现斩波轮转速的精密控制。实际应用表明,将该斩波器生成的脉冲作为锁相放大器的参考信号得到了令人满意的效果。     

基于虚拟锁相的原位光学测量技术

构建了一套基于虚拟锁相放大技术能准确测量微弱信号的高精度宽波段原位光学测量系统.介绍了该测量系统的构建目的、系统结构及原理;通过美国Ni公司的图形化编程语言Labview虚拟实现了锁相放大器功能,并应用于本套测量系统;测量了系统光源在200～2500nm的光强分布以及系统的测量重复性.最后利用该套系统测量了一块石英玻璃的透过率,并与lambda950的测量结果比较,两者测量结果平均相差0.95%.实验结果表明,虚拟锁相放大技术不仅能有效地抑制杂光和电气设备带来的噪声,而且简化了系统结构.     

基于高调制频率的快速数字锁相算法

为了提高数字锁相的检测速度以及其最高调制频率,改善数字锁相放大的实时检测性能,文中提出了一种新型快速数字锁相算法。文中根据方波参考信号傅里叶展开存在奇次谐波,使得调制频率等于参考信号频率的2m-1倍。同时,通过将采样频率设为调制频率的4的整数倍,保证两路参考信号的正交性。在相敏检波算法实现中,仅仅存在加减法运算,消除了乘法运算,提高了数字锁相算法的运算速度。而且,基于普通微处理器的数字锁相放大能达到的最高调制频率也得到了有效的提升,改善了锁相放大的实时性能。实验表明,该算法既具备较高的速度,又能提高锁相放大的实时性,使得数字锁相对微弱信号的实时检测在普通微处理器上的实现成为可能。     

基于虚拟锁相技术的原位光学测量技术研究

本文构建了一套基于虚拟锁相放大技术的、能准确测量微弱信号的高精度宽波段原位光学测量系统。介绍了该测量系统的建立目的,系统结构及原理;阐述了如何通过美国Ni公司的图形化编程语言Labview来虚拟实现锁相放大器功能,并应用于本套测量系统。这样既降低了成本,又简化了系统结构。测量了系统光源在200-2500nm的光强分布,测量了系统紫外可见部分及红外部分测量重复性,分别能达到0.12％、0.54％。最后利用该套系统测量了一块石英玻璃的透过率,并与lambda950的测量结果比较,两者测量结果平均相差0.95%。实验结果表明,使用了虚拟技术来实现锁相放大处理的该套原位光学测量系统的测量精度较高,对杂光和电气设备带来的噪声的抑制能力较强,能有效得对样品进行原位光学性能测量。     

参考信号频率自调整的锁定放大器的设计应用

根据仪器用于野外,环境恶劣、工作电压不稳定及近红外光谱信号的特点,对传统的锁定放大电路进行改进,设计了实用的参考信号频率自调整的锁定放大电路,采用锁相技术使参考信号频率自调整保持与被测信号频率相位一致,并采用同步累积技术进一步提高信噪比,从而精确地从噪声中提取出光谱信号,达到了良好效果.     

基于锁相放大原理的微弱信号检测装置的研制

为解决传统信号检测装置精度低、信噪比低的问题,研制了一种基于锁相放大原理的微弱信号检测装置。本装置是以超低功耗单片机MSP430为处理器,结合锁相放大原理实现的微弱信号监测装置,该装置包含加法器、纯电阻衰减网络、微弱信号检测电路及单片机控制显示和AD采样。本装置能将微弱信号从强噪声中检测出来,并通过液晶显示实时采样的幅值,且误差最高能达到1%以下,所能检测到的弱信号幅度能达到20mV以下,误差基本能达到要求指标。     

基于数字锁相放大的时栅传感器信号处理研究

针对时栅位移传感器对信号噪声和插补时钟频率稳定性敏感及需要时钟频率高的问题,提出了一种基于数字锁相放大技术的时栅位移传感器信号处理方法。该方法用STM32F4微处理器同步产生激励信号和采集时栅输出信号,不需采集正交参考信号,将正交参考信号和输出信号送入正交矢量型数字锁相放大器,实现角位移检测。研究了基于数字锁相放大技术的时栅传感器信号处理原理和算法,设计了A/D采集电路和窄带低通数字滤波器。仿真和试验表明:在信号噪声较大条件下,时栅位移传感器的误差控制在±1.1″以内,显著提高了精度。该方法只需采集一路感应信号即可实现传感器角位移检测,优化和简化了电路结构。     

皮米量级微位移信号处理分辨力的光纤布拉格光栅探针系统

为了实现超高分辨力的微位移测量,建立了基于光纤布拉格光栅传感的高灵敏度探针系统,研究了静态锁相放大技术,用于检测小于纳米量级的微位移信号.根据光纤布拉格光栅传感原理,设计了高灵敏度的双光栅自补偿解调系统结构.基于信号特征研究了静态锁相放大技术,用于实时检测处理微弱测量信号.最后,通过探针系统的性能测试实验可获得灵敏度和...     

近红外光谱仪中的数字锁相技术研究

本文分析了光栅扫描型近红外光谱仪中光谱信号频率波动引起的测量误差问题,提出了一种同步整周期采样的正交DPSD方法,讨论了实现这种方法的几点注意事项.最后,给出了这种方法与原模拟锁相放大器的信噪比对比测试实验结果.理论分析和实验结果表明：此方法与模拟锁相方法相比输出信噪比提高了一倍多,可以应用于近红外光谱仪的微弱信号检测,能够精确地从噪声中提取出光谱信号,达到了良好效果.     

基于AD630的双相锁相放大器设计

在利用激光吸收光谱技术进行摩托车尾气检测的系统中,携带有用信息的光信号是微弱信号,淹没在很强的噪声和其他干扰的背景中,因此必须采用微弱信号检测技术中的锁相放大器来实现有用信号的提取。阐述了微弱信号检测的基本原理,比较了单通道和双通道的锁相放大器的优劣,设计了运用AD630作为相关乘法器的双相矢量锁相放大器。     

微弱光电信号检测电路设计

光电信号检测与采集电路的性能优劣,直接关系到粉尘浓度测量系统的准确度和精确度。在分析研究了光电检测基本原理和微弱信号检测影响因素的基础上,针对粉尘浓度测量系统中光信号的特点,通过采用差分式测量结构,提高光电探测器供电电源的稳定度,选用低噪声、响应快的运算放大器等措施,设计了一种噪声低、反应快、简单实用的微弱光信号检测电路,成功应用到了某粉尘浓度测量系统上。     

应变测试系统的设计

针对某高动态响应的转矩传感器应用,给出了一种实用的惠斯登电桥测试电路.采用具有自动稳零功能的AD8230仪表放大器进行初级放大,有效解决了传统仪表放大器失调电压较大带来的零值附近信号淹没问题.系统采用电流环传输信息,很好地抑制了干扰,大大提高了系统动态性能.试验结果表明:该系统电路设计合理,可靠性高、精度高、温漂小、动态响应快、抗干扰能力强,对其他应变测试系统的电路设计具有借鉴意义.     

光纤光栅微弱信号检测的解调电路

为了在光纤光栅匹配解调系统中实现对光纤光栅微弱信号的检测与处理,在应用微弱光电信号检测原理的基础上设计一种高信噪比、高检测精度的解调电路,该解调电路采用低噪声电路元件参数选取原则和前置放大器设计的一般方法,在雪崩光电二极管与信号数模转换之间采用互阻放大器、巴特沃斯滤波电路和多级放大电路,实现了电路的最佳噪声匹配,有效地抑制了电路的噪声和干扰。该解调电路在光纤光栅匹配解调系统中具有很高的信噪比和测量精度,且具有很好的灵敏度,在测量低频率振动信号试验中具有优异的性能。实验表明:该电路解调系统在25～200 Hz正弦激励振动信号下具有很好的低噪声性能,精确的测试出振动信号,同时该电路所采用的方法与措施对其他测量系统也有借鉴意义。     

锁定放大技术在ACFM检测电路设计中的应用

扰动磁场检测信号是微弱信号且总是不可避免地含有噪声和干扰信号.利用锁定放大技术设计一扰动磁场检测电路,包括去2.5 V直流电路、放大滤波电路、移相电路、电压型开关式乘法器.该设计电路实现了对扰动磁场微弱信号的测量与消噪处理.试验表明,利用锁定放大技术设计优化ACFM检测电路是一种有效的方法.     

Design of a Weak Signal Detecting Circuit in the Infrared Spectrum Absorbed Type Gas Sensor

In the infrared spectrum absorbed type gas concentration sensor,voltage signal obtained from the two-channel thermopile infrared detector TPS2534 is very weak.In order to solve this problem,the authors have established the structure of the sensor and designed weak signal detecting circuit of the sensor based on infrared spectrum absorption principle,differential de-noising principle and weak signal detecting principle.The authors have made experiments using CH4 gas.The results show that the circuit can remove noise effectively and detect weak electrical signal obtained from the detector.     

锁相放大器在激光外差信号检测中的应用

目前,激光外差技术在激光测振、测速和测距等精密测量中已有广泛的应用,但在这些应用中待检测的光信号都非常微弱且含有大量噪声。为了提取该信号采用锁相放大器作为系统检测电路,在分析锁相放大器原理的基础上,设计了锁相放大器各模块电路并仿真。经实验测试,在给锁相放大器加幅度为0．01～0．5mV的信号时,在电路输出端可以得到信号。     

高精度数据采集系统在近红外光谱测量仪中的应用

为了满足近红外测量对近红外光谱仪高精度的要求,采用AD公司的低噪声放大器ADA4841—1以及24位A／D芯片AD7767,设计了包括运算放大电路,A／D转换电路在内的数据采集系统。实现了对微弱信号的放大和A／D转换。用软件对采集的数字信号进行中值滤波后,将数据送到PC机进行算法分析。多次测试的结果表明,在采样速率为1kHz／s时,数据精度可达到13bit,满足了滤光片透射式近红外光谱仪的要求。     

薄膜光学监控信号的数字信号处理

为提高光学薄膜的监控精度和薄膜产品成品率,分别采用经典和现代滤波技术设计了相应的数字滤波器,对薄膜光学监控信号进行了处理,对光学监控信号极值点附近的信号进行了分析。理论模拟的结果表明,经典滤波器和现代滤波器对薄膜监控信号的噪声均有较大的滤出作用,但均造成了信号的延迟。进一步用可编程序控制器和组态软件建立了一套监控系统,将两种滤波器串联使用,在可接受的信号延迟时间下,镀制了单腔滤光片,在实验中将光学监控信号的均方根信噪比提高了6DB以上,验证了数字滤波器的作用。     

多半波滤光片的过正极值法监控

通过计算机模拟多半波滤光片的膜层控厚过程,分析不同的过正极值方法和过正参数对滤光片光学技术指标和监控成功率的影响。结果表明,过正极值方法有效地抑制了监控信号随机噪声的作用,显著地提高了生产效率。