数据采集同步滤波器在锁定放大器中的应用毕业论文

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1、 本科生毕业论文（设计）册学院 河北师范大学职技学院 专业 应用电子技术教育 班级 2002 级电子（1）班 学生 李燕 指导教师 王艳菊 河北师范大学本科毕业论文（设计）任务书编号：河北师范大学职技学院 2006届 073论文（设计）题目： 锁定放大器的研究 院系： 河北师范大学职技学院 专业：应用电子技术教育 班级： 2002 级 1班 学生姓名： 李燕 学号： 046D037006 指导教师： 王艳菊 职称： 副教授 1、 论文（设计）研究目标及主要任务介绍锁定放大器的原理，重点在于锁定放大器在微弱信号检测中的应用。2、 论文（设计）的主要内容锁定放大器的原理和锁定放大器对阻抗微小变化的

2、测量和放大噪声系数的测量，虚拟软件系统与计算机的完美结合，使用虚拟软件系统软件具体介绍在锁定放大中的应用。3、 论文（设计）的基础条件及研究路线必被一定的基础知识理论，深入研究所定放大器的原理，详细介绍所定放大器的应用。及其对虚拟系统的简单介绍。4、 主要参考文献1中国科学院物理研究所微弱信号检测小组、江西庐山电子仪器厂，物理，6（1977） ，206。2曾庆勇 微弱信号检测M.南京：南京大学出版社 19863林俽 近代物理实验M.广州：广东教育出版社 19944陈佳圭 微弱信号检测M.北京：中央广播电视大学 19875崔燕 用锁相放大器测量热敏电阻的温度特性J 福建师范大学学报 5、 计划进

3、度阶段 起止日期1 学习锁定放大器的原理，查找资料 4月 18日-5 月 1日2 熟悉内容，制定初稿 5月 1日-5 月 7日3 编辑初稿，完成论文 5月 8日-5 月 28日指导教师签名： 系主任（教研室主任）签名： 年 月 日 年 月 日学院审查意见： 教学院长签名： 年 月 日河北师范大学本科生毕业论文（设计）开题报告书河北师大职技 学院 应用电子技术教育 专业 2002 届学生姓名 李燕论文（设计）题目 锁定放大器的研究指导教师 王艳菊专业职称 副教授所属教研室 基础教研室研究方向测试计量技术课题论证：锁定放大器（lock-in amplifier,LIA）在微弱信号检测方面显示出优秀

4、的性能，在科学研究的各个领域得到了广泛的应用，对有些激光器用户来说，其中最普通最重要的应用之一是光谱学研究，既用以恢复微弱电光信号。尤其近二十年来，锁相放大器得到十分迅速的发展，我国在引进不少国外产品的同时，也研制了一些同类产品，而且需求量正在日益增加。在微弱信号检测中，根据信号与噪声各自不同的特点，通过特定的方法可以把信号检测出来。该仪器的输出信号是由最初的交流输入信号转换，并与其成正比放大的直流信号。本文就全面介绍锁定放大电路的组成，原理和具体的几个应用。本文还利用虚拟软件系统（VI）具体介绍在锁定放大中的应用，为实现复杂的测试和测量提供了可能节约了设计人员可贵的时间，并且为非程序员提供快

5、速设计。方案设计：1锁定放大器的基本组成2. 介绍锁定放大器的原理3锁定放大器的主要应用4. 用 Labview 软件具体介绍在锁定放大中的应用进度计划：1 学习锁定放大器的原理，查找资料 4月 18日-5 月 1日2 熟悉内容，制定初稿 5月 1日-5 月 7日3 编辑初稿，完成论文 5月 8日-5 月 26日指导教师意见：指导教师签名： 年 月 日教研室意见：教研室主任签名： 年 月 日河北师范大学本科生毕业论文（设计）文献综述锁 定 放 大 器 （ lock-in amplifier,LIA） 自 问 世 以 来 ， 再 微 弱 信 号 检 测 方 面 显 示 出 优 秀的 性 能 ，

6、在 科 学 研 究 的 各 个 领 域 得 到 了 广 泛 的 应 用 ， 推 动 了 物 理 、 化 学 、 生 物 医 学 、地 震 、 海 洋 等 行 业 的 发 展 ， 在 微 弱 信 号 检 测 中 ， 根 据 信 号 与 噪 声 各 自 不 同 的 特 点 ， 通 过特 定 的 方 法 可 以 把 信 号 检 测 出 来 。 锁 相 检 测 就 是 微 弱 信 号 检 测 常 用 的 一 种 方 法 。 相 敏 检测 器 是 锁 定 放 大 器 的 核 心 部 件 ， 它 既 鉴 幅 又 鉴 相 ， 它 的 输 出 不 但 取 决 于 输 入 信 号 的 幅 度 ，而 且 取 决

7、于 输 入 信 号 与 参 考 信 号 的 相 位 差 。 常 用 的 相 敏 检 测 器 有 模 拟 乘 法 器 式 和 电 子 开关 式 。锁 定 放 大 器 （ LIA） 是 微 弱 信 号 检 测 的 重 要 手 段 ， 例 如 ， 分 子 束 质 谱 仪 、 扫 描 电 镜（ SEM） 、 软 X 射 线 激 发 电 位 能 谱 仪 （ SXAPS） 、 俄 歇 （ Auger） 电 子 谱 仪 等 仪 器 中 都采 用 了 锁 定 放 大 器 。 在 国 外 常 把 这 类 仪 器 成 为 锁 定 放 大 器 。 可 理 解 为 ： 把 待 测 信 号 中 与参 考 信 号 同 步

8、 的 信 号 检 测 出 来 。 因 此 ， 将 锁 定 放 大 器 成 为 “锁 定 检 测 仪 ”或 “同 步 检测 仪 ”或 许 更 为 贴 切 。 但 是 目 前 国 内 都 称 为 “锁 定 放 大 器 ”或 “锁 相 放 大 器 ”。交 流 电 桥 经 常 用 来 测 量 阻 抗 的 变 化 ， 以 检 测 出 被 测 物 理 量 或 化 学 量 。 20 世 纪 70年 代 以 后 ， 人 们 开 始 用 变 压 器 桥 来 测 量 阻 抗 的 微 小 变 化 。 20 世 纪 80 年 代 后 ， 集 成 运算 放 大 器 的 性 能 越 来 越 好 ， 人 们 开 始 利 用

9、 运 算 放 大 器 桥 来 测 量 阻 抗 的 微 小 变 化 ， 这 样 可以 避 免 绕 制 变 压 器 的 不 便 。 锁 定 放 大 器 发 展 到 今 天 ， 种 类 已 有 很 多 ， 例 如 ， 正 交 矢 量型 锁 定 放 大 器 、 外 差 式 锁 定 放 大 器 、 旋 转 电 容 滤 波 器 式 锁 定 放 大 器 、 微 机 化 数 字 式 相敏 检 测 器 等 等 ！微 机 化 数 字 式 相 敏 检 测 器 （ DPSD） 的 核 心 部 件 是 微 型 机 算 计 ， 锁 定 放 大 所 必 须 的各 种 滤 波 、 相 敏 检 测 等 功 能 都 由 微 型

10、机 算 计 软 件 来 实 现 。 DPSD 的 动 态 范 围 可 大 于120dB， 信 噪 比 改 善 可 达 70dB， 最 低 工 作 频 率 可 到 豪 赫 兹 量 级 。 随 着 集 成 电 路 技 术 和计 算 机 技 术 的 发 展 ， 微 型 机 算 计 的 工 作 速 度 越 来 越 快 ， 成 本 越 来 越 低 ， 为 实 现 DPSD提 供 了 很 好 的 硬 件 条 件 。 所 以 ， 计 算 机 必 将 在 微 弱 信 号 检 领 域 发 挥 越 来 越 大 的 作 用 。虚 拟 仪 器 （ Virtual instruments 简 称 VI） 是 基 于 计

11、 算 机 的 仪 器 。 计 算 机 和 仪 器 的密 切 结 合 是 目 前 仪 器 发 展 的 一 个 重 要 方 向 。 粗 略 的 说 这 种 结 合 有 两 种 方 式 ， 一 种 是 将 计算 机 装 入 仪 器 ， 其 典 型 的 例 子 就 是 所 谓 智 能 化 的 仪 器 。 随 着 计 算 机 的 功 能 日 益 强 大 以 及其 体 积 的 日 益 缩 小 ， 这 种 仪 器 功 能 也 越 来 越 强 大 ， 目 前 已 经 出 现 含 嵌 入 式 系 统 的 仪 器 。另 一 种 方 法 是 仪 器 装 入 计 算 机 。 以 通 用 的 计 算 机 硬 件 及 操

12、 作 系 统 为 依 托 ， 实 现 各 种 仪 器功 能 。总 之 虚 拟 仪 器 与 计 算 机 的 结 合 使 得 我 们 在 研 究 锁 相 放 大 器 时 ， 得 到 了 简 便 快 捷 的 方法 ， 为 实 现 复 杂 的 测 试 和 测 量 提 供 了 可 能 节 约 了 设 计 人 员 可 贵 的 时 间 ， 并 且 为 非 程 序 员提 供 快 速 设 计 。河北师范大学本科生毕业论文（设计）翻译文章数 据 采 集 同 步 滤 波 器 在 锁 定 放 大 器 中 的 应 用摘 要 ： 锁 定 放 大 器 是 用 同 步 滤 波 器 来 代 替 相 敏 检 测 器 ， 同 步

13、滤 波 器 是 基 于 信 号 采 样 的方 法 提 供 了 一 个 极 其 窄 的 带 通 滤 波 器 的 特 性 ， 它 的 中 心 频 率 能 够 通 过 调 整 频 率 很 容 易的 控 制 ， 因 为 滤 波 器 比 相 敏 检 测 器 在 谐 波 时 有 更 小 的 响 应 ， 误 差 所 引 起 的 和 声 变 得 也很 小 ， 并 且 对 滤 波 器 的 性 能 的 要 求 也 比 较 灵 活 。 通 过 锁 定 放 大 器 噪 声 中 的 微 小 信 号 能够 准 确 的 检 测 出 来 ， 而 不 像 在 传 统 锁 定 放 大 器 需 要 通 过 繁 琐 的 相 位 调

14、整 。 1 引 言锁 定 放 大 器 运 用 了 相 敏 检 测 器 和 低 通 滤 波 器 ， 不 仅 提 供 了 对 频 率 的 高 选 择 性 ， 而且 即 使 在 中 心 频 率 ， 也 有 一 个 拒 绝 相 外 噪 声 性 能 。 在 测 量 相 位 和 分 布 求 积 分 中 ， 相 敏检 测 是 不 可 或 缺 的 。 当 检 测 大 量 的 某 一 频 段 的 信 号 时 ， 它 的 性 能 使 操 作 繁 琐 乏 味 ， 参数 的 变 化 使 相 位 发 生 漂 移 ， 例 如 ， 一 个 滤 波 网 络 检 测 它 的 频 率 响 应 。 对 每 一 个 参 数 都必 须

15、 进 行 相 位 调 整 。 在 许 多 锁 定 放 大 器 中 相 位 灵 敏 调 解 器 被 设 置 是 为 模 拟 开 关 式 相 位检 测 器 ， 它 巨 大 动 力 范 围 ， 对 被 检 测 信 号 的 奇 和 声 产 生 响 应 ， 有 害 信 号 的 初 步 滤 波 就能 够 避 免 误 差 。 一 个 调 谐 滤 波 器 ， 经 常 用 来 做 为 预 滤 波 ， 然 而 相 频 检 测 依 赖 于 通 频 带 ，在 PSD 输 出 信 号 的 微 小 变 化 就 会 引 起 大 量 的 误 差 。 于 PSD 相 比 ， 新 式 的 锁 定 放 大 器借 助 同 步 滤 波 应 用 了 参 考 频 率 。 这 个 滤 波 器 所 提 供 的 定 相 频 率 选 择 性 与 一 般 的 锁 定 放大 器 一 样 高 ， 除 此 之 外 滤 波 器 对 和 声 的 响 应 也 比 PSD 小 得 多 。2 锁 定 放 大 器 概 述它 的 结 构 分 为 两 个 部 分 ； 信 号 通 道 ， 用 来 处 理 被 测