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鎖相放大器運(yùn)用了正交性原理,廣泛應(yīng)用于高精測(cè)量系統(tǒng)

  • 發(fā)布日期:2022-07-15      瀏覽次數(shù):1280
    •   鎖相放大器是一種用于測(cè)量動(dòng)態(tài)信號(hào)的電子儀器。它的主要組成部分有振蕩器,混頻器和低通濾波器。它的最基本,也是常用的功能是從被噪聲淹沒(méi)的信號(hào)中測(cè)出某一頻率的信號(hào)的相位和幅值。它之所以具備這樣的能力是運(yùn)用了正交性原理,將非選定頻率的信號(hào)(即噪聲)去除而選定頻率的信息得以保留。因?yàn)榫哂泻軓?qiáng)的抗噪聲能力,被廣泛應(yīng)用于各種高精測(cè)量系統(tǒng)中。
        鎖相放大器組成
        1.信號(hào)通道
        信號(hào)輸入后先經(jīng)過(guò)信號(hào)通道,它是由前置放大器、濾波與衰減功能的元器件、放大器等各部分組成,如圖中。它起到將輸入信號(hào)放大,為后面的相關(guān)器工作提供方便的作用。與此同時(shí),濾波器工作將系統(tǒng)中的干擾信號(hào)濾掉,因此,信號(hào)通道有低噪聲的特點(diǎn)。
        將前置放大器作為信號(hào)通道中的第一個(gè)部分,主要考慮到了輸入信號(hào)很小,是、級(jí)甚至更加微弱,那么輸入后首要任務(wù)是將輸入信號(hào)進(jìn)行放大,它的要求是往往需要高輸入阻抗,低輸出阻抗以及較高的電壓增益。
        2.參考信號(hào)
        互相關(guān)接收兩種信號(hào):分別是被測(cè)信號(hào)與參考信號(hào)。參考輸入信號(hào)首先經(jīng)過(guò)參考通道分別經(jīng)過(guò)觸發(fā)電路、頻率變換電路、相移電路、方波驅(qū)動(dòng)電路后以方波信號(hào)形式輸出。輸入信號(hào)與參考信號(hào)是同時(shí)分別送入到信號(hào)通道與參考通道,因此,這兩部分的輸出也是同步的。參考信號(hào)的來(lái)源有兩類:一種是來(lái)自儀器內(nèi)部,另一種是來(lái)自外部,后者是主要來(lái)源。參考信號(hào)的種類繁多,如正弦波、方波、三角波等各種有規(guī)律的周期信號(hào)都可將其作為參考信號(hào)。
        3.相關(guān)器
        相關(guān)器的作用是對(duì)被測(cè)信號(hào)與參考信號(hào)進(jìn)行互相關(guān)函數(shù)運(yùn)算。它常由乘法器和積分器組成。它有穩(wěn)定性好、動(dòng)態(tài)范圍大、線性好等優(yōu)點(diǎn),這使得相關(guān)器的適用范圍廣。通常在輸入信號(hào)為正弦信號(hào)或方波信號(hào)的條件下使用。當(dāng)方波信號(hào)作為輸入信號(hào)時(shí),輸入到參考信道的參考信號(hào)是受限制的(與輸入信號(hào)同步的方波)。
        鎖相放大器取決于設(shè)備的動(dòng)態(tài)儲(chǔ)備,有可能甚至以高可靠性檢測(cè)甚至具有噪聲成分的至少百萬(wàn)分之一的信號(hào)。本質(zhì)上是一個(gè)零差檢測(cè)器,其后是一個(gè)低通濾波器,該濾波器通常可以通過(guò)截止頻率和濾波器階數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。傳統(tǒng)的使用模擬混頻器和RC濾波器進(jìn)行解調(diào)。通常,正弦和余弦解調(diào)是同時(shí)執(zhí)行的,有時(shí)也稱為雙相解調(diào)。這允許提取同相和正交分量,將其轉(zhuǎn)換為極坐標(biāo),即幅度和相位,或進(jìn)一步處理為復(fù)雜的實(shí)部和虛部。
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