锁定放大技术在微弱信号检测中的应用08011331

锁定放大技术在微弱信号检测中的应用08011331郭劲廷摘要锁定放大器自问世以来，在微弱信号检测方面显示出优越的性能，在科学研究的各个领域得到了广泛地应用，推动了物理、化学、生物医学、地震、海洋、核技术等行业的发展。关键词锁定放大技术微弱信号检测频谱迁移1．概述锁定（锁相）放大器（lock-inamplifier）就是利用互相关原理设计的一种同步相关检测仪。锁定放大电路利用相关检测技术，基于互相关原理，使输入待测的微弱周期信号与频率相同的参考信号在相关器中实现互相关，从而将深埋在大量的非相关噪声中的微弱有用信号检测出来，起着检测器和窄带滤波的双重作用。1.2发展历史1962年第一台仪器问世，发现俄歇效应。据统计，已在几百种场合中得到应用。在弱信号探测仪器中锁定放大器是一个非常重要的品种。2．工作原理图1锁定放大器工作原理锁定放大器组成：信号通道、参考通道、相敏检测器（PSD）、低通滤波器（LPF）信号通道：交流放大输入信号，以满足推动PSD；滤除带外噪声和干扰与信号源进行噪声匹配。参考通道：调理参考信号和调整相位。相敏检测器：对输入信号和参考信号完成乘法运算，得到二者的和频与差频的谐波信号。低通滤波器：滤掉高次谐波和高频信号成分，提取深埋在噪声中的微弱信号。2.1工作过程由本地振荡产生一个与被测目的信号频率相同的参照信号，通过移相电路移相后与输入信号进行乘法运算，在输入信号所包含的各种信号分量中，只有与参照信号频率相同的那个分量(被测目的信号)才会被转换成直流，因而才能够通过低通滤波器。其他频率的分量(噪声信号)因为被转换成频率不等于零的交流信号，所以被低通滤波器滤除。由以上分析可知，锁定检测放大电路利用了参照信号与被测目的信号具有相关性,而与噪声信号互不相关、相互独立的性质，较好地抑制了噪声。2.2工作特点(1)用调制器将直流或渐变信号进行调制，然后交流放大，可以避免噪声的不利影响；(2)利用相敏检测器实现对调制信号的解调，同时检测频率和相位，噪声与信号同频又同相的概率很小；(3)利用低通滤波器来抑制噪声，低通滤波器的频带可以做的较窄，而且其频带宽度不受调制频率的影响，稳定性也大大地提高。3.相敏检测相敏检测器是锁定放大器的核心部件，鉴幅又鉴相。它检测器实现了被测信号与参考信号的互相关运算。通常有模拟乘法器型相敏检测器和电子开关型相敏检测器。其中电子开关式相敏检测器由于受到参考信号幅度波动的影响较小，所以得到更广泛的应用。图2相敏检测实现频谱迁移4.总结锁定放大器为了放大被测信号采用了很巧妙地办法，将直流信号的频谱迁移到调值频率处，然后再进行放大，避开了1/f噪声的不利影响。相敏检测器的作用是实现解调，对频率和相角进行检测。低通滤波器的频带可以做的很窄且频带宽度不受调制频率的影响，稳定性也比带通滤波器有优势。此外锁定放大器可以实现正交矢量检测，这有助于被测信号进行矢量分析以确定被测系统的动态特性。这门课让我很好地了解了微弱信号的检测方法，实际的操作过程中测量微弱信号往往有噪声的影响，如何去除噪声保留期望的被测信号是一个值得学习研究的问题。5.参考书目[1]高晋占.微弱信号检测[M].北京：清华大学出版社，2011.12．论文格式本文以MSWord2003版平台为例具体给出了论文格式说明。为确保中文稿件与英文稿件的“页面与分栏设置”完全一致，度量单位采用英寸，并且不“使用字符单位”(具体设置在菜单中：工具选项常规)。2.1页面与分栏设置纸型：Letter(宽8.5英寸，高11英寸)。基金项目:国家自然科学基金(编号:00000000);国家973计划(编号:00000000);航空科学基金(编号:00000000).*通讯作者,E-mail:[e-mail]页边距：上0.75英寸，下1英寸，左0.625英寸，右0.625英寸。分栏：分两栏，栏宽均为3.5英寸，间距0.25英寸。2.2行距设置全文的行距设定为15磅，段落首行缩进2字符。此外，在菜单：格式段落，取消“如果定义了文档网格，则自动调整右缩进”、“如果定义了文档网格，则与网格对齐”的选项。2.3字体设置所有字体的大小单位均采用磅值。具体规定如下：论文题目22磅黑体居中；作者姓名11磅宋体居中；工作单位10磅宋体居中；“摘要”、“关键词”9磅黑体，摘要内容、关键词内容9磅宋体；一级标题11磅黑体顶格；二级以下标题和正文10磅宋体；表题9磅宋体，表文、图文9磅宋体，表和图都从1号开始编号；“引理”、“定理”等缩进2字符宽后，用10磅黑体，再空1字符宽，开始正文；“参考文献”10磅黑体居中，参考文献内容9磅宋体。正文中标点符号一律用全角字符，其它一律用半角字符。图1图题应为图的相应说明性文字英文字体使用TimesNewRoman。英文字体大小的设置与上同。“Abstract”“Keywords”缩进2字符，采用粗斜体；英文摘要内容、关键词内容采用粗体。英文题目不要采用粗体。2.4图与表将图与表放在该栏的顶部或尾部，避免将它们放在一栏的中间，图与表的宽度尽量不要超过栏宽。确实大的图或表可以跨栏放置。图题应该居中放在图的下面，表题应该居中放在表的上面。避免将图或表放在提及的段落之前。2.5数学公公式和符号以公式编辑器为例说明如下：函数、变量采用斜体，矩阵向量采用粗斜体。尺寸标准为10磅，上下标6磅，次上下标5磅，符号14磅，次符号9磅。)()T1TFWGIGGU（(1)/)()()()()()(111tztuztyzCBA(2)每一个公式应给以适当编号。公式所在行与前后行之间适当留空。2.6题头区(1)每篇论文清样第一页的上部为题头区。题头区先打印英文题目、作者、单位、摘要、关键词，再打印中文题目、作者、单位、摘要、关键词。(2)论文题目下空12磅打印作者名，作者名后空6磅打印作者单位，作者单位下空12磅打印摘要，摘要后空6磅打印关键词。中英文部分格式相同。(3)在英文关键词下空18磅后打印相应的中文信息。(4)建议英文摘要勿超过10行。(5)中文关键词后空2行开始两栏的正文区。2.7节和节标题正文可以分为若干节，每节有一个标题（即一级标题）。节从第一节开始，节标题从打印区的左边打印（不要居中打印）。每个节标题上方空12磅，下方不空行。如果节标题正好位于一页的末尾，则应移到次页第一行。同一节的内容允许再分为若干子节，每个子节的编号按1.1，2.3等进行。节与节之间空一行。2.8参考文献参考文献的书写参看后面的实例。注意：参考文献中的作者若不超过3人，须将作者全部列出。“参考文献”后空6磅。3．注意事项论文全文不要加页码。页面与分栏必须严格按照本文的要求设置，严禁在页边距的空白区域出现任何文字、符号或图表的一部分。如果遇到本文没有涉及的论文格式问题，作者可首先参阅本届大会网页提供的“CGNCC英文论文格式”要求。若“CGNCC英文论文格式”也没有涉及该问题，作者可以采纳其它学术论文的惯例，或咨询大会秘书处Email：[e-mail]。参考文献[1]高金源,焦宗夏,张平.飞机电传操纵系统与主动控制技术.北京:北京航空航天大学出版社,2005.[2]段海滨,邵山,苏丙未,等.基于仿生智能的无人作战飞机控制技术发展新思路.中国科学:技术科学,vol.40,no.8,pp.853-860,2010.[3]B.C.WangandJ.F.Zhang,“Distributedcontrolofmulti-agentsystemswithrandomparametersandamajoragent,”Automatica,vol.48,no.9,pp.2093-2106,2012.[4]E.F.MulderandM.V.Kothare,“Titleofpaper,”inProc.Amer.ControlConf.,vol.5,Chicago,IL,June2000,pp.3239-3243.[5]M.Young,TheTechnicalWriter’sHandbook.MillValley,CA:UniversityScience,1989.[6]蔡志浩,燕如意,王英勋.基于XML和KML的无人机遥感任务建模与规划方法研究.2010中国制导、导航与控制学术会议论文集,上海,2010年10月,pp.1037-1041.[7]超过一行的参考文献悬挂缩进2.2字符。