第八章 微弱信号检测75155205-课件ppt（精）.ppt

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微弱信号检测技术
锁相放大器
取样积分器
光子计数
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空间物体检测
光谱测量
生物荧光检测
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1 引言
微弱信号检测是一门新兴的技术学科它利用电子学、信息论和物理学的方法,分析噪声产生的原因和规律,研究被测信号的特点和相关性,检测被噪声淹没的微弱信号。
在检测系统、图象传榆和通信设备中出现噪声时,仪器的精度、稳定性及重复性就明显降低,由于噪声电报误码率增高,使通信无法正常进行,雷达无法跟踪目标,在电视荧光屏上呈现一片“雪花”,图象模糊不清。
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噪声与干扰
通常把由于材料或器件的物理原因产生的扰动称为噪声。
把来自外部的原因的扰动称为干扰,有一定的规律性,可以减少或消除。
锁定放大器要解决的就是如何在很强的外部干扰环境中检测弱信号。
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噪声与干扰
宽带的或持续的无用信号
瞬时的或窄带的无用信号
市电50Hz或100Hz(整流等);电台;开关通/断;高能量的脉冲电流或电压;机械振动;太阳活动;雷电等
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对有用信号来讲,干扰和噪声是讨嫌的扰动。为了区别,常把可以减少或消除的外部扰动称为干扰,而把由于材料或器件的物理原因所产生的扰动称为噪声。
来自检测系统外部干扰,如市电50或100HZ交流干扰,电台的调幅广播信号或电源的开关火花干扰;脉冲激光、雷达发射或电路中高能窄脉冲引起的宽带干扰;元件或部件的机械振动产生额噪效应等。这些干扰绝大多数是“人为的”,采取适当的屏蔽、滤波或元件合理配置等措施干扰是可以减小和消除的。
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材料、器件或部件的物理原因产生的噪声。如处于绝对零度以上的任何导电体均具有的热噪声;晶体管、电子管或光电器件中,因电子随机作用而产生的散粒噪声等,均属于这类噪声。这类噪声是由大量的短尖脉冲组成,其幅度和相位部是随机的,脉冲的形状(时间函数)也不一定相同。但任一噪声脉冲的能量只占总噪声能量的极微小部分。这些脉冲的叠加,即产生所谓的随机噪声。
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在检测系统中,可以处理的最高信号电平受电路特性的限制,但最小可检测电平取决于噪声。也就是说,噪声限制了传感器的分辨率和系统的动态范围。
当一个系统的信号扰动很大,在无法区分是干扰还是噪声时,可先加以屏蔽。频率高于1000Hz或阻扰大于1000欧时,一般采用金属导体屏蔽,如铝或铜等。对于低频扰动或低阻抗的情况,可采用磁屏蔽,如铁镍导磁合金等。此外,也可先给前置放大器单独供电如有效果,说明噪声主要来自外部干扰,则可进一步采取屏蔽措施。如果还不能减少扰动,就应认为噪声主要是系统内部元部件的随机的基本噪声。
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实验室中的典型噪声环境
50Hz
电源布线,仪器内部功率单元等
50Hz的谐波
可控硅斩波,整流,电感等造成正弦波失真或毛刺
电气触点的通/断
触点的通/断总伴随着电火花或电弧
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实验室中的典型噪声环境
高频信号
开关电源
大功率高频振荡器
1/f 噪声