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1、4.3.0概述概述4.3.1信噪比改善信噪比改善SNIR）4.3.2相关检测原理相关检测原理4.3.3锁定放大器锁定放大器4.3.4取样积分器取样积分器4.3微弱信号检测微弱信号检测4.3.0概概述述一一. .微弱信号微弱信号检测定定义 前面我们讨论了噪声的基本概念，以及降低噪声的一些基本方法，如采用低噪声放大器不会对被探测的辐射信号产生噪声前面我们讨论了噪声的基本概念，以及降低噪声的一些基本方法，如采用低噪声放大器不会对被探测的辐射信号产生噪声“污染污染”；但如果光辐射信号非常微弱或者背景噪声或；但如果光辐射信号非常微弱或者背景噪声或干扰的影响很大，造成通过光电检测放大电路后进入信号处理系统
2、输入端的信噪比已很糟糕，甚至信号深埋于噪声之中，这时要想将信号检测出来，必须根据信号和噪声的不同特点，干扰的影响很大，造成通过光电检测放大电路后进入信号处理系统输入端的信噪比已很糟糕，甚至信号深埋于噪声之中，这时要想将信号检测出来，必须根据信号和噪声的不同特点，借助一些特殊的微弱信号检测方法将信号与噪声分离，将信号从噪声中提取出来。借助一些特殊的微弱信号检测方法将信号与噪声分离，将信号从噪声中提取出来。 微弱信号检测定义：利用电子学、信息论微弱信号检测定义：利用电子学、信息论和物理学的方法，分析噪声产生的规律找和物理学的方法，分析噪声产生的规律找到抑制的方法；研究被测信号的特点和相到抑制的方法
3、；研究被测信号的特点和相干性，检测被背景噪声淹没的弱信号。干性，检测被背景噪声淹没的弱信号。微弱信号检测是测量技术中的尖端和综合微弱信号检测是测量技术中的尖端和综合领域，可划归领域，可划归“低噪声电子学低噪声电子学”。二二.微弱信号检测的途径微弱信号检测的途径 根根根根据据据据不不不不同同同同信信信信号号号号的的的的特特特特点点点点，微微微微弱弱弱弱信信信信号号号号检检检检测测测测的的的的途途途途径径径径一一一一般有三条：般有三条：般有三条：般有三条：一一一一是是是是降降降降低低低低探探探探测测测测器器器器与与与与放放放放大大大大器器器器的的的的固固固固有有有有噪噪噪噪声声声声，尽尽尽尽量量量
4、量提提提提高高高高其其其其信噪比；信噪比；信噪比；信噪比；二二二二是是是是研研研研制制制制适适适适合合合合弱弱弱弱检检检检原原原原理理理理并并并并能能能能满满满满足足足足特特特特殊殊殊殊需需需需要要要要的的的的器器器器件件件件，例如，超导红外探测器；例如，超导红外探测器；例如，超导红外探测器；例如，超导红外探测器； 三三三三是是是是研研研研究究究究并并并并采采采采用用用用各各各各种种种种弱弱弱弱信信信信号号号号检检检检测测测测技技技技术术术术，通通通通过过过过各各各各种种种种手手手手段提取信号。段提取信号。段提取信号。段提取信号。这三者缺一不可。这三者缺一不可。这三者缺一不可。这三者缺一不可。
5、1 1时域相关与频域的窄带化技术时域相关与频域的窄带化技术时域相关与频域的窄带化技术时域相关与频域的窄带化技术利用时域中周期信号的相关性，而噪声的随机、利用时域中周期信号的相关性，而噪声的随机、利用时域中周期信号的相关性，而噪声的随机、利用时域中周期信号的相关性，而噪声的随机、不相关性或弱相关性），通过求取信号的自相关函数不相关性或弱相关性），通过求取信号的自相关函数不相关性或弱相关性），通过求取信号的自相关函数不相关性或弱相关性），通过求取信号的自相关函数或互相关函数，在强噪声背景下提取周期信号的或互相关函数，在强噪声背景下提取周期信号的或互相关函数，在强噪声背景下提取周期信号的或互相关函数
6、，在强噪声背景下提取周期信号的“ “相关相关相关相关检测检测检测检测” ”。这相当于在频率中窄带化滤除干扰和噪声。例。这相当于在频率中窄带化滤除干扰和噪声。例。这相当于在频率中窄带化滤除干扰和噪声。例。这相当于在频率中窄带化滤除干扰和噪声。例如锁定放大器。如锁定放大器。如锁定放大器。如锁定放大器。2 2平均积累处理平均积累处理平均积累处理平均积累处理对于一些宽带周期信号应用上述方法处理效果不对于一些宽带周期信号应用上述方法处理效果不对于一些宽带周期信号应用上述方法处理效果不对于一些宽带周期信号应用上述方法处理效果不佳，一种根据时域特征用取样平均来改善信噪比并能恢佳，一种根据时域特征用取样平均来
7、改善信噪比并能恢佳，一种根据时域特征用取样平均来改善信噪比并能恢佳，一种根据时域特征用取样平均来改善信噪比并能恢复波形的取样积分器可获得良好探测效果。其基本原理复波形的取样积分器可获得良好探测效果。其基本原理复波形的取样积分器可获得良好探测效果。其基本原理复波形的取样积分器可获得良好探测效果。其基本原理是对于任何重复的周期性信号波形，每周期如在固是对于任何重复的周期性信号波形，每周期如在固是对于任何重复的周期性信号波形，每周期如在固是对于任何重复的周期性信号波形，每周期如在固定的取样间隔内取样定的取样间隔内取样定的取样间隔内取样定的取样间隔内取样mm次积累则信噪比改善。由于次积累则信噪比改善。
8、由于次积累则信噪比改善。由于次积累则信噪比改善。由于“ “信信信信号电压幅值为线性迭加号电压幅值为线性迭加号电压幅值为线性迭加号电压幅值为线性迭加” ”（有规律的周期信号而（有规律的周期信号而（有规律的周期信号而（有规律的周期信号而“ “噪噪噪噪声功率为平方相加声功率为平方相加声功率为平方相加声功率为平方相加” ”（无规律的随机信号）。（无规律的随机信号）。（无规律的随机信号）。（无规律的随机信号）。三三.各种弱信号检测技术各种弱信号检测技术3 3离散量的统计计数技术离散量的统计计数技术离散量的统计计数技术离散量的统计计数技术用用用用PMTPMT宽带低噪声前放、甄别器和计数器等电路宽带低噪声前
9、放、甄别器和计数器等电路宽带低噪声前放、甄别器和计数器等电路宽带低噪声前放、甄别器和计数器等电路完成实现光子计算。完成实现光子计算。完成实现光子计算。完成实现光子计算。4 4单次信息的并行检测技术单次信息的并行检测技术单次信息的并行检测技术单次信息的并行检测技术对于那些只有一次事件的信息记录，如对一个非周对于那些只有一次事件的信息记录，如对一个非周对于那些只有一次事件的信息记录，如对一个非周对于那些只有一次事件的信息记录，如对一个非周期信号的检测，可采用并行检测技术。实现并行检测需要期信号的检测，可采用并行检测技术。实现并行检测需要期信号的检测，可采用并行检测技术。实现并行检测需要期信号的检测
10、，可采用并行检测技术。实现并行检测需要一个探测阵列，其中每个探测器必须有存贮的功能，且可一个探测阵列，其中每个探测器必须有存贮的功能，且可一个探测阵列，其中每个探测器必须有存贮的功能，且可一个探测阵列，其中每个探测器必须有存贮的功能，且可以依次将存贮的信息读出，再进行信号处理，一般采用多以依次将存贮的信息读出，再进行信号处理，一般采用多以依次将存贮的信息读出，再进行信号处理，一般采用多以依次将存贮的信息读出，再进行信号处理，一般采用多路传输和多道技术。典型例子：光学多通道分析器路传输和多道技术。典型例子：光学多通道分析器路传输和多道技术。典型例子：光学多通道分析器路传输和多道技术。典型例子：光
11、学多通道分析器OMAOMAOpticalMultichannelAnalyzerOpticalMultichannelAnalyzer）。）。）。）。5 5自适应噪声抵消法双路消噪法）自适应噪声抵消法双路消噪法）自适应噪声抵消法双路消噪法）自适应噪声抵消法双路消噪法）如输入信号中混有干扰或噪声时，可以另如输入信号中混有干扰或噪声时，可以另如输入信号中混有干扰或噪声时，可以另如输入信号中混有干扰或噪声时，可以另外找到一个通道，它含有与信号通道中同样的干外找到一个通道，它含有与信号通道中同样的干外找到一个通道，它含有与信号通道中同样的干外找到一个通道，它含有与信号通道中同样的干扰和噪声，然后两通道
12、相减而将干扰或噪声抵消扰和噪声，然后两通道相减而将干扰或噪声抵消扰和噪声，然后两通道相减而将干扰或噪声抵消扰和噪声，然后两通道相减而将干扰或噪声抵消使信噪比提高。此法特别适合在信号频带范围内使信噪比提高。此法特别适合在信号频带范围内使信噪比提高。此法特别适合在信号频带范围内使信噪比提高。此法特别适合在信号频带范围内存在强干扰的情况下抑制干扰。存在强干扰的情况下抑制干扰。存在强干扰的情况下抑制干扰。存在强干扰的情况下抑制干扰。低噪声放大器窄带通滤波器+低噪声放大器带阻滤波器 (f0)比较器计数正弦波加噪声(f0)噪声双路消噪原理框图双路消噪原理框图只能用来检测微弱的正弦波信号是否存在，并不能复现
13、波形。 可供选用的弱检仪器，目前有如下几种：可供选用的弱检仪器，目前有如下几种：低噪声前放；低噪声前放；各种锁定放大器各种锁定放大器L/A）；）；各种取样积分器各种取样积分器Boxcar）；）；多点信号平均器；多点信号平均器；光子计数器；光子计数器；光多通道分析仪光多通道分析仪OMA）四四.常用弱检仪器常用弱检仪器4.3.1信噪比改善信噪比改善SNIR）定定定定义义义义：设设设设系系系系统统统统的的的的功功功功率率率率增增增增益益益益为为为为A2A2f f），且且且且f f = = f f 0 0时时时时A2A2f f取取取取得得得得最最最最大大大大值值值值A2A2f0f0），那那那那么么么么
14、，系系系系统统统统的的的的等等等等效噪声带宽为效噪声带宽为效噪声带宽为效噪声带宽为 一、有关带宽的一些定义一、有关带宽的一些定义是矩形面积是矩形面积是矩形面积是矩形面积1.等效噪声带宽等效噪声带宽定定定定义义义义：设设设设放放放放大大大大器器器器的的的的电电电电压压压压放放放放大大大大倍倍倍倍数数数数为为为为A Af f），当当当当f f = = f f 0 0时时时时A Af f取取取取得得得得最最最最大大大大值值值值A Af0f0）。当当当当f=fHf=fH时时时时，A AfHfH）= = 0.7A0.7Af0f0）；当当当当f=fLf=fL时时时时，A AfLfL）= = 0.7A0.7
15、Af0f0）；那么，放大器的通频带为）；那么，放大器的通频带为）；那么，放大器的通频带为）；那么，放大器的通频带为2.放大器的通频带放大器的通频带0.7BW =fH-fL（常称为（常称为（常称为（常称为3dB3dB带宽，或半带宽，或半带宽，或半带宽，或半功率之间的频率间隔）功率之间的频率间隔）功率之间的频率间隔）功率之间的频率间隔）设设输输入入入入端端端端的的的的噪噪噪噪声声声声功功功功率率率率谱谱密密密密度度度度为为SiSif f），那那那那么么么么，输输出端的噪声功率出端的噪声功率出端的噪声功率出端的噪声功率谱谱密度密度密度密度S0S0f f就是就是就是就是 3.噪声通过放大器的情况噪声通
16、过放大器的情况因此，若作用于因此，若作用于因此，若作用于因此，若作用于输输入端的是均匀入端的是均匀入端的是均匀入端的是均匀功率功率功率功率谱谱密度密度密度密度为为SiSif f的白噪声通的白噪声通的白噪声通的白噪声通过过如如如如图图a a所示的功率所示的功率所示的功率所示的功率传输传输系数系数系数系数为为A2A2f f的的的的线线性网性网性网性网络络后，后，后，后，输输出端出端出端出端的噪声功率的噪声功率的噪声功率的噪声功率谱谱密度就不再是均匀密度就不再是均匀密度就不再是均匀密度就不再是均匀的了，如的了，如的了，如的了，如图图b b所示。即是所示。即是所示。即是所示。即是说说，白噪声通白噪声通
17、白噪声通白噪声通过过有有有有频频率率率率选择选择性的性的性的性的线线性性性性放大器或放大器或放大器或放大器或线线性网性网性网性网络络后，后，后，后，输输出出出出的噪声就不是白噪声了。的噪声就不是白噪声了。的噪声就不是白噪声了。的噪声就不是白噪声了。 根根根根据据据据噪噪噪噪声声声声功功功功率率率率谱谱谱谱的的的的含含含含义义义义，那那那那么么么么放放放放大大大大器器器器或或或或线线线线性性性性网网网网络输出端的噪声电压均方值为：络输出端的噪声电压均方值为：络输出端的噪声电压均方值为：络输出端的噪声电压均方值为： 如果如果如果如果输输入端是入端是入端是入端是热热噪声，即噪声，即噪声，即噪声，即那
18、么那么通常已知对白噪声，可方便白噪声，可方便计算算输出出端噪声端噪声电压的均方的均方值。 对对对对于于于于同同同同一一一一个个个个系系系系统统统统来来来来说说说说，可可可可分分分分别别别别根根根根据据据据定定定定义义义义求求求求出出出出其其其其等等等等效效效效噪噪噪噪声声声声带带带带宽宽宽宽和和和和3dB3dB带带带带宽宽宽宽，这这这这两两两两者者者者之之之之间间间间是是是是存存存存在在在在着着着着一一一一定定定定的的的的关系的，对于不同的系统，关系不一样。关系的，对于不同的系统，关系不一样。关系的，对于不同的系统，关系不一样。关系的，对于不同的系统，关系不一样。4.等效噪声带宽与系统的等效噪
19、声带宽与系统的3dB带宽的关系带宽的关系例：例：RC低通滤波网络低通滤波网络+- - -RCviv0RC低通网络低通网络随着随着级数的增加，数的增加，fn和和f的比的比值越来越接近于越来越接近于1。时间常数相同的两级时间常数相同的两级RC网络网络信信信信噪噪噪噪比比比比改改改改善善善善SNIRSNIRSignalSignalNoiseNoiseImprovementImprovementRatioRatio是衡量弱检仪器的一项重要性能指标。是衡量弱检仪器的一项重要性能指标。是衡量弱检仪器的一项重要性能指标。是衡量弱检仪器的一项重要性能指标。信噪比改善的定义为信噪比改善的定义为信噪比改善的定义为
20、信噪比改善的定义为 二、信噪比改善二、信噪比改善从数学表达式看，从数学表达式看，SNIR似乎是噪声系数似乎是噪声系数F的倒的倒数，但实质上两者是有差别的数，但实质上两者是有差别的:噪声系数是对窄带噪声而言的，并且得到结噪声系数是对窄带噪声而言的，并且得到结论论F1。这个结论的产生是由于假设了输入噪。这个结论的产生是由于假设了输入噪声的带宽等于或小于放大系统的噪声带宽，仅声的带宽等于或小于放大系统的噪声带宽，仅适用于不采取带宽限制的信号源加前置放大器适用于不采取带宽限制的信号源加前置放大器的系统；的系统；对整个信号处理系统而言，实际上输入噪声对整个信号处理系统而言，实际上输入噪声的带宽要大于整个
21、信号处理系统的带宽，因而的带宽要大于整个信号处理系统的带宽，因而噪声系数噪声系数F便有可能要小于便有可能要小于1，不适宜描述整，不适宜描述整个系统，因此而给出信噪比改善的概念。个系统，因此而给出信噪比改善的概念。Eni是等效输入宽带白噪声，其功率谱密度是等效输入宽带白噪声，其功率谱密度为常数，噪声带宽为为常数，噪声带宽为fin下面导出白噪声情况下下面导出白噪声情况下SNIRSNIR的表示式：的表示式：信号处理系统信号处理系统VsiEniVsoEso那么输出噪声电压均方值为那么输出噪声电压均方值为那么输出噪声电压均方值为那么输出噪声电压均方值为为系统的电压增益。为系统的电压增益。为系统的电压增益
22、。为系统的电压增益。得：得：得：得：放大系统的信噪比改善：放大系统的信噪比改善：放大系统的信噪比改善：放大系统的信噪比改善： 等于输入噪声的带宽等于输入噪声的带宽等于输入噪声的带宽等于输入噪声的带宽finfinfinfin与系统的等效噪声带宽与系统的等效噪声带宽与系统的等效噪声带宽与系统的等效噪声带宽fnfnfnfn之比。之比。之比。之比。因此，减小系统的等效噪声带宽，可以提高信噪比改善。因此，减小系统的等效噪声带宽，可以提高信噪比改善。因此，减小系统的等效噪声带宽，可以提高信噪比改善。因此，减小系统的等效噪声带宽，可以提高信噪比改善。是系统的功率增益，我们可以取中频区最大值，即是系统的功率增
23、益，我们可以取中频区最大值，即所以：所以：即系统的等效噪声带宽即系统的等效噪声带宽即系统的等效噪声带宽即系统的等效噪声带宽故可得：故可得：和系统的和系统的3dB带宽带宽相等吗？相等吗？由由由由此此此此可可可可见见见见，那那那那么么么么只只只只要要要要检检检检测测测测放放放放大大大大系系系系统统统统的的的的等等等等效效效效噪噪噪噪声声声声带带带带宽宽宽宽做做做做得得得得很很很很小小小小，使使使使fnfnifnR0C0T R0C0时，可得到：时，可得到：当当n=0n=0时，即为基波输出，振幅为：时，即为基波输出，振幅为： 2n+12n+12n+12n+1次谐波的振幅为：次谐波的振幅为：次谐波的振幅
24、为：次谐波的振幅为： 那么：那么： 用图表示：用图表示： 011/31/51/71/9/R13579相关器奇次谐波输出的频率响应相关器奇次谐波输出的频率响应若输入信号频率偏离奇次谐波若输入信号频率偏离奇次谐波当当可简化为：可简化为：代表奇次谐波与参考信号的相位差。代表奇次谐波与参考信号的相位差。 由上式可画出相关器输出函数的幅频特性图由上式可画出相关器输出函数的幅频特性图相关器输出函数的幅频特性图： 相位相同，频率在变相位相同，频率在变n=1,n=2,n=3相关器各点波形相关器各点波形 以上是输入信号为正弦波的情况，实际测量中，以上是输入信号为正弦波的情况，实际测量中，常把慢变化或直流信号斩波
25、，使之成为方波信号后常把慢变化或直流信号斩波，使之成为方波信号后再进行测量，这时：再进行测量，这时： 可按同样的方法运算，求解化简得到：可按同样的方法运算，求解化简得到： 为两方波的相位差两方波的相位差（2 2输入信号为与参考信号同频的方波输入信号为与参考信号同频的方波输入信号为与参考信号同频的方波输入信号为与参考信号同频的方波 参考信号为对称方波，且参考信号为对称方波，且 ： 为输入信号相对于参考信号的延迟时间。为输入信号相对于参考信号的延迟时间。 /2 /2 V0V00相关器的输出与相位差的线性关系相关器的输出与相位差的线性关系 输入信号为对称方波时，相输入信号为对称方波时，相关器输出直流
26、电压为信号幅关器输出直流电压为信号幅度度VAm乘以积分器的直乘以积分器的直流放大倍数流放大倍数R0/R1），且），且与两方波的相位差与两方波的相位差成线性成线性关系。由此可见相敏检波器关系。由此可见相敏检波器的意义。的意义。四四.同步积分器同步积分器同同步步积积分分器器又又称称为为“相相干干滤滤波波器器”，在在锁锁放放中中应应用用这这种种电电路路在在信信号号通通道道中中作作为为滤波用，大大提高了系统的整体性能。滤波用，大大提高了系统的整体性能。1.同步积分器平均器抑噪机理同步积分器平均器抑噪机理基本原理：采用对信号和噪声的多次积累平均，基本原理：采用对信号和噪声的多次积累平均，基本原理：采用对
27、信号和噪声的多次积累平均，基本原理：采用对信号和噪声的多次积累平均，将已知频率的周期信号从强噪声背景中提取出来。将已知频率的周期信号从强噪声背景中提取出来。将已知频率的周期信号从强噪声背景中提取出来。将已知频率的周期信号从强噪声背景中提取出来。根据根据根据根据“ “噪声的随机性和信号的稳定性噪声的随机性和信号的稳定性噪声的随机性和信号的稳定性噪声的随机性和信号的稳定性” ”，周期信，周期信，周期信，周期信号在时域中前后时间间隔中幅值是相关的，而噪号在时域中前后时间间隔中幅值是相关的，而噪号在时域中前后时间间隔中幅值是相关的，而噪号在时域中前后时间间隔中幅值是相关的，而噪声则没有相关或很弱，这样
28、在积累中按不同规律声则没有相关或很弱，这样在积累中按不同规律声则没有相关或很弱，这样在积累中按不同规律声则没有相关或很弱，这样在积累中按不同规律相加，多次积累之后，我们可以把信号从噪声中相加，多次积累之后，我们可以把信号从噪声中相加，多次积累之后，我们可以把信号从噪声中相加，多次积累之后，我们可以把信号从噪声中分离出来。显然，测量次数越多，则信噪比的改分离出来。显然，测量次数越多，则信噪比的改分离出来。显然，测量次数越多，则信噪比的改分离出来。显然，测量次数越多，则信噪比的改善越明显。善越明显。善越明显。善越明显。 若测量次数为若测量次数为若测量次数为若测量次数为n n，则累积的信号等于：，则
29、累积的信号等于：，则累积的信号等于：，则累积的信号等于：累积信号的平均值累积信号的平均值累积信号的平均值累积信号的平均值l l另一方面，根据各次噪声的不相关性，则累积的噪声等于：另一方面，根据各次噪声的不相关性，则累积的噪声等于：另一方面，根据各次噪声的不相关性，则累积的噪声等于：另一方面，根据各次噪声的不相关性，则累积的噪声等于：所以，测量次数所以，测量次数所以，测量次数所以，测量次数n n n n越大，则信噪比的改善越明显。而增加测量次数，越大，则信噪比的改善越明显。而增加测量次数，越大，则信噪比的改善越明显。而增加测量次数，越大，则信噪比的改善越明显。而增加测量次数，就意味着延长测量时间
30、，所以信噪比的改善是以耗费时间换来的。就意味着延长测量时间，所以信噪比的改善是以耗费时间换来的。就意味着延长测量时间，所以信噪比的改善是以耗费时间换来的。就意味着延长测量时间，所以信噪比的改善是以耗费时间换来的。得到信噪比为得到信噪比为得到信噪比为得到信噪比为: :l l累积的信号等于：累积的信号等于：累积的信号等于：累积的信号等于：于于于于是是是是根根根根据据据据输输输输入入入入信信信信噪噪噪噪比比比比的的的的大大大大小小小小以以以以及及及及对对对对输输输输出出出出信信信信噪噪噪噪比比比比的的的的数值要求，可由上式算出重复测量的次数数值要求，可由上式算出重复测量的次数数值要求，可由上式算出重
31、复测量的次数数值要求，可由上式算出重复测量的次数n n。例如，若已知例如，若已知例如，若已知例如，若已知，要求，要求，要求，要求那么那么那么那么: :用累加的方法提高信噪比，要保证信号能线性地叠加。对用累加的方法提高信噪比，要保证信号能线性地叠加。对用累加的方法提高信噪比，要保证信号能线性地叠加。对用累加的方法提高信噪比，要保证信号能线性地叠加。对于周期信号，就是要使得累加过程与周期信号的重复出现于周期信号，就是要使得累加过程与周期信号的重复出现于周期信号，就是要使得累加过程与周期信号的重复出现于周期信号，就是要使得累加过程与周期信号的重复出现同步地进行，这就是同步累积。同步地进行，这就是同步
32、累积。同步地进行，这就是同步累积。同步地进行，这就是同步累积。为了利用同步累积的方法获得信噪比改善，通常将待测信为了利用同步累积的方法获得信噪比改善，通常将待测信为了利用同步累积的方法获得信噪比改善，通常将待测信为了利用同步累积的方法获得信噪比改善，通常将待测信号调制成周期的正弦波或对称方波。正弦波和周期性对称号调制成周期的正弦波或对称方波。正弦波和周期性对称号调制成周期的正弦波或对称方波。正弦波和周期性对称号调制成周期的正弦波或对称方波。正弦波和周期性对称方波的正、负半周的信号取值分别为正值和负值，所以常方波的正、负半周的信号取值分别为正值和负值，所以常方波的正、负半周的信号取值分别为正值和
33、负值，所以常方波的正、负半周的信号取值分别为正值和负值，所以常常用两个累加器来实现同步累加。常用两个累加器来实现同步累加。常用两个累加器来实现同步累加。常用两个累加器来实现同步累加。信号累加由同步开关与累加器相连同步进行。由于采用了信号累加由同步开关与累加器相连同步进行。由于采用了信号累加由同步开关与累加器相连同步进行。由于采用了信号累加由同步开关与累加器相连同步进行。由于采用了积分器作为累加器故称积分器作为累加器故称积分器作为累加器故称积分器作为累加器故称“ “同步积分器同步积分器同步积分器同步积分器” ”。2.工作原理工作原理同步累积器的原理框图同步累积器的原理框图其中其中V1V1t t为
34、输入信号，为输入信号， V2 V2t t为与为与V1V1t t周期相同的参考信号，周期相同的参考信号，同步开关受同步开关受V2V2t t产生的控制信号控制，能产生的控制信号控制，能保证保证V1V1t t在累积器中同相地累积起来。在累积器中同相地累积起来。 其中其中ViVit t为输入信号，为输入信号， VR VRt t为与为与ViVit t周期周期相同的参考信号，同步开关受相同的参考信号，同步开关受VRVRt t产生的控制信号控制，产生的控制信号控制，能保证能保证ViVit t在累积器中同相在累积器中同相地累积起来。地累积起来。 留意留意留意留意: : : :在在在在实实实实际际际际应应应应用
35、用用用同同同同步步步步累累累累积积积积法法法法的的的的时时时时候候候候，必必必必须须须须注注注注意意意意满满满满足足足足三三三三个个个个条条条条件：件：件：件： （1 1 1 1） 信号应重复周期）信号应重复周期）信号应重复周期）信号应重复周期） （2 2 2 2） 有适当的累积器积分电路的时间常量）有适当的累积器积分电路的时间常量）有适当的累积器积分电路的时间常量）有适当的累积器积分电路的时间常量） （3 3 3 3） 能做到同相累积能做到同相累积能做到同相累积能做到同相累积要要要要保保保保证证证证做做做做到到到到同同同同相相相相累累累累积积积积则则则则要要要要根根根根据据据据不不不不同同同
36、同的的的的被被被被检检检检测测测测信信信信号号号号波波波波形形形形，确定不同的参考信号。确定不同的参考信号。确定不同的参考信号。确定不同的参考信号。3.特性分析特性分析（类似于相关器的特性）（类似于相关器的特性）（类似于相关器的特性）（类似于相关器的特性）时间常数时间常数时间常数时间常数T=2RCT=2RC留意：相关器输出为直流，而同步留意：相关器输出为直流，而同步积分器输出为交流方波！积分器输出为交流方波！参考信号参考信号参考信号参考信号VRVRVRVR是对称周期矩形方波是对称周期矩形方波是对称周期矩形方波是对称周期矩形方波1 1当输入信号为与参考信号同频的正弦波时，当输入信号为与参考信号同
37、频的正弦波时，当输入信号为与参考信号同频的正弦波时，当输入信号为与参考信号同频的正弦波时，且且且且2RC12RC1，t2RCt2RC时，则稳压解为：时，则稳压解为：时，则稳压解为：时，则稳压解为： 输出方波幅值输出方波幅值Vm正比于信号幅值和信号与参考信号之间的相位差余弦。正比于信号幅值和信号与参考信号之间的相位差余弦。如采用如图所示的运放，那么：如采用如图所示的运放，那么：3 3输入信号为参考信号的奇次谐波输入信号为参考信号的奇次谐波输入信号为参考信号的奇次谐波输入信号为参考信号的奇次谐波2 2输入信号为参考信号的偶次谐波时输入信号为参考信号的偶次谐波时输入信号为参考信号的偶次谐波时输入信号
38、为参考信号的偶次谐波时4 4输入信号频率偏离参考信号基波或奇次谐波一个小量输入信号频率偏离参考信号基波或奇次谐波一个小量输入信号频率偏离参考信号基波或奇次谐波一个小量输入信号频率偏离参考信号基波或奇次谐波一个小量5 5当输入信号为与参考信号同频的方波时：当输入信号为与参考信号同频的方波时：当输入信号为与参考信号同频的方波时：当输入信号为与参考信号同频的方波时：输出方波的振幅与出方波的振幅与两方波的相位差成两方波的相位差成线性关系性关系1.1.等效噪声带宽等效噪声带宽等效噪声带宽等效噪声带宽fNfN：表示系统电路对噪声的：表示系统电路对噪声的：表示系统电路对噪声的：表示系统电路对噪声的通过能力或
39、抑制能力通过能力或抑制能力通过能力或抑制能力通过能力或抑制能力 五五.锁定放大器的主要性能参数锁定放大器的主要性能参数信号信号信号信号3dB3dB带宽带宽带宽带宽 基波噪声带宽基波噪声带宽基波噪声带宽基波噪声带宽 等效噪声带宽等效噪声带宽等效噪声带宽等效噪声带宽 2.2.积分时间常数积分时间常数积分时间常数积分时间常数1.1.以相关器为核心的以相关器为核心的以相关器为核心的以相关器为核心的LIALIA2.2.以同步积分器为核心的锁定放大器双相锁定以同步积分器为核心的锁定放大器双相锁定以同步积分器为核心的锁定放大器双相锁定以同步积分器为核心的锁定放大器双相锁定放大器）放大器）放大器）放大器）特点
40、：通过矢量运算电路可以同时检测信号的振特点：通过矢量运算电路可以同时检测信号的振特点：通过矢量运算电路可以同时检测信号的振特点：通过矢量运算电路可以同时检测信号的振幅和相位差信息，实现幅和相位差信息，实现幅和相位差信息，实现幅和相位差信息，实现“ “双相锁定功能，双相锁定功能，双相锁定功能，双相锁定功能，而且不需要调整参考信号和信号的相位差。而且不需要调整参考信号和信号的相位差。而且不需要调整参考信号和信号的相位差。而且不需要调整参考信号和信号的相位差。3.3.同步积分器和相关器联用的同步积分器和相关器联用的同步积分器和相关器联用的同步积分器和相关器联用的LIALIA总动态范围提高。目前国内总
41、动态范围提高。目前国内总动态范围提高。目前国内总动态范围提高。目前国内LIALIA大都采用此方案。大都采用此方案。大都采用此方案。大都采用此方案。六六.锁定放大器的种类锁定放大器的种类4.4.外差式外差式外差式外差式LIALIA：“ “一种微弱信号检测方法及其在束流诊断系统中的运用一种微弱信号检测方法及其在束流诊断系统中的运用一种微弱信号检测方法及其在束流诊断系统中的运用一种微弱信号检测方法及其在束流诊断系统中的运用” ”，核电子学与探测技术，核电子学与探测技术，核电子学与探测技术，核电子学与探测技术，2019/012019/011电调制电调制2用机械调制盘获取同步的参考信号用机械调制盘获取同
42、步的参考信号3利用锁相技术获取同步参考信号利用锁相技术获取同步参考信号七七.锁定放大器参考信号的提取锁定放大器参考信号的提取1 1LIALIA输入的是正弦或方波，输出的是输入的是正弦或方波，输出的是输入的是正弦或方波，输出的是输入的是正弦或方波，输出的是DCDC，其幅值正比于，其幅值正比于，其幅值正比于，其幅值正比于coscos。若是输入为。若是输入为。若是输入为。若是输入为DCDC要先变为要先变为要先变为要先变为ACAC。2 2如参考信号为待测信号的同频方波，获取困难时，需采用锁相环构成的自动如参考信号为待测信号的同频方波，获取困难时，需采用锁相环构成的自动如参考信号为待测信号的同频方波，获
43、取困难时，需采用锁相环构成的自动如参考信号为待测信号的同频方波，获取困难时，需采用锁相环构成的自动频率跟踪频率跟踪频率跟踪频率跟踪LIALIA。3 3信号频率的选择要根据情况综合考虑。如果噪声是白噪声，可考虑采用探测信号频率的选择要根据情况综合考虑。如果噪声是白噪声，可考虑采用探测信号频率的选择要根据情况综合考虑。如果噪声是白噪声，可考虑采用探测信号频率的选择要根据情况综合考虑。如果噪声是白噪声，可考虑采用探测器的最佳调制频率。如果强干扰是主要矛盾，则利用相关器幅频特性躲开干扰频器的最佳调制频率。如果强干扰是主要矛盾，则利用相关器幅频特性躲开干扰频器的最佳调制频率。如果强干扰是主要矛盾，则利用
44、相关器幅频特性躲开干扰频器的最佳调制频率。如果强干扰是主要矛盾，则利用相关器幅频特性躲开干扰频率。率。率。率。4.4.时间常数时间常数时间常数时间常数T0T0R0C0R0C0的选择。的选择。的选择。的选择。T0T0增大，增大，增大，增大，fNfN降低，抑噪能力上升，测量时降低，抑噪能力上升，测量时降低，抑噪能力上升，测量时降低，抑噪能力上升，测量时间系统稳定时间增大。对于某些快速响应是不允许的，需要折衷考虑。可见间系统稳定时间增大。对于某些快速响应是不允许的，需要折衷考虑。可见间系统稳定时间增大。对于某些快速响应是不允许的，需要折衷考虑。可见间系统稳定时间增大。对于某些快速响应是不允许的，需要
45、折衷考虑。可见提高提高提高提高LIALIA的信噪比是以牺牲测量时间为代价的。的信噪比是以牺牲测量时间为代价的。的信噪比是以牺牲测量时间为代价的。的信噪比是以牺牲测量时间为代价的。 5 5动态协调。背景噪声大时：动态协调。背景噪声大时：动态协调。背景噪声大时：动态协调。背景噪声大时：ACAC增益下降、增益下降、增益下降、增益下降、DCDC增益上升，使系统动态贮备上增益上升，使系统动态贮备上增益上升，使系统动态贮备上增益上升，使系统动态贮备上升，以免过载；背景噪声小时：升，以免过载；背景噪声小时：升，以免过载；背景噪声小时：升，以免过载；背景噪声小时：ACAC增益增大、增益增大、增益增大、增益增大
46、、DCDC增益下降，使系统输出动态上增益下降，使系统输出动态上增益下降，使系统输出动态上增益下降，使系统输出动态上升，减小漂移，使测量更准确。升，减小漂移，使测量更准确。升，减小漂移，使测量更准确。升，减小漂移，使测量更准确。6 6为了增大动态范围，提高整机性能，注意屏蔽、接地等措施。为了增大动态范围，提高整机性能，注意屏蔽、接地等措施。为了增大动态范围，提高整机性能，注意屏蔽、接地等措施。为了增大动态范围，提高整机性能，注意屏蔽、接地等措施。八八.应用应用LIA时需要注意的事项时需要注意的事项4.3.4取样积分器取样积分器一一.概述概述1. LIA的局限性的局限性（1只能用正弦波、方波，对于
47、宽带任意波只能用正弦波、方波，对于宽带任意波形的信号无能为力。形的信号无能为力。（2LIA实质是滤波器，靠降低等效噪声带实质是滤波器，靠降低等效噪声带宽来抑噪。但在强干扰噪声背景下，宽带宽来抑噪。但在强干扰噪声背景下，宽带信号的检测用压缩带宽的办法效果不明显。信号的检测用压缩带宽的办法效果不明显。2.解决途径：解决途径：取取样样积积分分器器信信号号平平均均器器、Boxcar积积分分器器将将待待测测的的周周期期信信号号逐逐点点多多次次取取样样并并进进行行同同步步积积累累。将将时时间间变变化化的的模模拟拟量量转转变变为为对对时时间间变变化化的的离离散散量量的的集集合合，这这种种集集合合即即为为信信
48、号号的的低低频频复复制制。利利用用它它可可以以解解决决在在强强噪噪声声背背景景下下任任意意形形状状的的宽宽带带周周期期信信号号的检测和波形再现问题。的检测和波形再现问题。首先，微弱周期信号的周期是已知的，首先，微弱周期信号的周期是已知的，首先，微弱周期信号的周期是已知的，首先，微弱周期信号的周期是已知的，这种信号一般是在主动测量中，源发出的周期这种信号一般是在主动测量中，源发出的周期这种信号一般是在主动测量中，源发出的周期这种信号一般是在主动测量中，源发出的周期性信号与被测物体作用后产生的，性信号与被测物体作用后产生的，性信号与被测物体作用后产生的，性信号与被测物体作用后产生的，被检测的微弱信
49、号的周期和源发出的周期性信被检测的微弱信号的周期和源发出的周期性信被检测的微弱信号的周期和源发出的周期性信被检测的微弱信号的周期和源发出的周期性信号的周期存在一定的关系，或者相等，或者存号的周期存在一定的关系，或者相等，或者存号的周期存在一定的关系，或者相等，或者存号的周期存在一定的关系，或者相等，或者存在某种函数关系。在某种函数关系。在某种函数关系。在某种函数关系。 如果我们能够很准确地对准周期信号的某一点如果我们能够很准确地对准周期信号的某一点如果我们能够很准确地对准周期信号的某一点如果我们能够很准确地对准周期信号的某一点如图），在每个周期的这一时刻，都对信号如图），在每个周期的这一时刻，
50、都对信号如图），在每个周期的这一时刻，都对信号如图），在每个周期的这一时刻，都对信号进行取样，并把取样值保存在积分器中；进行取样，并把取样值保存在积分器中；进行取样，并把取样值保存在积分器中；进行取样，并把取样值保存在积分器中；经过次取样后，如同同步累积法一样，信号经过次取样后，如同同步累积法一样，信号经过次取样后，如同同步累积法一样，信号经过次取样后，如同同步累积法一样，信号得到了增强，而噪声由于随机性，相互抵消了得到了增强，而噪声由于随机性，相互抵消了得到了增强，而噪声由于随机性，相互抵消了得到了增强，而噪声由于随机性，相互抵消了一部分所以信号在噪声中显现出来。一部分所以信号在噪声中显现出
51、来。一部分所以信号在噪声中显现出来。一部分所以信号在噪声中显现出来。如果对周期信号的每一点都这样处理，那就有如果对周期信号的每一点都这样处理，那就有如果对周期信号的每一点都这样处理，那就有如果对周期信号的每一点都这样处理，那就有可能将被噪声淹没的信号恢复波形。可能将被噪声淹没的信号恢复波形。可能将被噪声淹没的信号恢复波形。可能将被噪声淹没的信号恢复波形。 二二.取样积分器的工作原理和分类取样积分器的工作原理和分类1.工作原理工作原理 一个取样积分器的核心组件是取样门和积分器。通常一个取样积分器的核心组件是取样门和积分器。通常一个取样积分器的核心组件是取样门和积分器。通常一个取样积分器的核心组件
52、是取样门和积分器。通常采用取样脉冲控制采用取样脉冲控制采用取样脉冲控制采用取样脉冲控制RCRC积分器来实现，使在取样时间积分器来实现，使在取样时间积分器来实现，使在取样时间积分器来实现，使在取样时间内被取样的波形作同步积累，并将所积累的结果内被取样的波形作同步积累，并将所积累的结果内被取样的波形作同步积累，并将所积累的结果内被取样的波形作同步积累，并将所积累的结果( (输输输输出出出出) )保持到下一次取样。保持到下一次取样。保持到下一次取样。保持到下一次取样。取样门及积分器取样门及积分器2.分类分类单单点点取取样样积积分分器器单单点点信信号号平平均均器器或或Boxcar积积分分器器）：在在每
53、每个个信信号号周周期期内内只只在在一一点点取取样样积积分分，经经多多次次取取样样积积分分后后得得到到该该点点幅幅值值，即即变变换换取取样工作原理。样工作原理。取取样样积积分分器器信号平均器）信号平均器）定定点点式式：测测某某一一特特定定时时刻刻的幅值的幅值多多点点信信号号平平均均器器：在在信信号号每每个个周周期期内内对对信信号号进进行行多多点点取取样，是实时取样工作原理。样，是实时取样工作原理。扫扫描描式式：逐逐点点扫扫描描可可恢恢复复波形波形三三.取样积分器的工作方式取样积分器的工作方式1.定点式取样积分器定点式取样积分器 VR与与VA保持同步产生触发保持同步产生触发信号，经延迟电路可调，以
54、确信号，经延迟电路可调，以确定要取样的时刻作定要取样的时刻作td 延迟，经延迟，经过取样脉冲过取样脉冲Tg控制取样门的控制取样门的开断时间，经过累加平均，经开断时间，经过累加平均，经n次次取样平均后，取样平均后，SNIRn只能恢复周期性信号某一点的幅值只能恢复周期性信号某一点的幅值只能恢复周期性信号某一点的幅值只能恢复周期性信号某一点的幅值2.扫描式取样积分器扫描式取样积分器如果要恢复周期信号的波形，必须在定点取样积分器的基础如果要恢复周期信号的波形，必须在定点取样积分器的基础如果要恢复周期信号的波形，必须在定点取样积分器的基础如果要恢复周期信号的波形，必须在定点取样积分器的基础上，对周期信号
55、的一周期内的各点进行扫描，把周期信号每上，对周期信号的一周期内的各点进行扫描，把周期信号每上，对周期信号的一周期内的各点进行扫描，把周期信号每上，对周期信号的一周期内的各点进行扫描，把周期信号每一点的幅值都恢复出来，这就必须采取扫描工作方式。一点的幅值都恢复出来，这就必须采取扫描工作方式。一点的幅值都恢复出来，这就必须采取扫描工作方式。一点的幅值都恢复出来，这就必须采取扫描工作方式。 在定点取样积分的基础上，顺序改变取样点的位置，在定点取样积分的基础上，顺序改变取样点的位置，在定点取样积分的基础上，顺序改变取样点的位置，在定点取样积分的基础上，顺序改变取样点的位置，就得到以扫描方式工作的取样积
56、分器。如下图：就得到以扫描方式工作的取样积分器。如下图：就得到以扫描方式工作的取样积分器。如下图：就得到以扫描方式工作的取样积分器。如下图： l当取样脉冲对准当取样脉冲对准t1t1位置取样积分位置取样积分m m次后，将取样脉冲在时间次后，将取样脉冲在时间轴上延时轴上延时tt一般来说一般来说tTgtTg对准对准t2t2位置再取样位置再取样m m次，然次，然后又向右移动后又向右移动tt，对准，对准t3t3取样积分取样积分m m次次直到取样脉冲移直到取样脉冲移动扫过信号的一个完整的周期。动扫过信号的一个完整的周期。设被恢复的弱信号之周期为设被恢复的弱信号之周期为设被恢复的弱信号之周期为设被恢复的弱信
57、号之周期为T T T T，取样脉冲步进时间为，取样脉冲步进时间为，取样脉冲步进时间为，取样脉冲步进时间为tttt，要对，要对，要对，要对弱信号一个周期取样完毕，而每个周期又只取样一次，故所需弱信号一个周期取样完毕，而每个周期又只取样一次，故所需弱信号一个周期取样完毕，而每个周期又只取样一次，故所需弱信号一个周期取样完毕，而每个周期又只取样一次，故所需时间为：时间为：时间为：时间为：因此在积分器输出端得到的输出波形是将原被测信号拉长了因此在积分器输出端得到的输出波形是将原被测信号拉长了因此在积分器输出端得到的输出波形是将原被测信号拉长了因此在积分器输出端得到的输出波形是将原被测信号拉长了n n
58、n n倍的波形倍的波形倍的波形倍的波形; ; ; ;因此这种取样方式又称之为变换取样，波形如图因此这种取样方式又称之为变换取样，波形如图因此这种取样方式又称之为变换取样，波形如图因此这种取样方式又称之为变换取样，波形如图: : : : 扫描取样积分器的动画演示扫描取样积分器的动画演示3.多点信号平均器多点信号平均器前面已经说明，扫描取样积分器在信号重复出现的一个周前面已经说明，扫描取样积分器在信号重复出现的一个周前面已经说明，扫描取样积分器在信号重复出现的一个周前面已经说明，扫描取样积分器在信号重复出现的一个周期内只对信号取样一次。因此要取出信号一个周期内的完期内只对信号取样一次。因此要取出信
59、号一个周期内的完期内只对信号取样一次。因此要取出信号一个周期内的完期内只对信号取样一次。因此要取出信号一个周期内的完整波形需要整波形需要整波形需要整波形需要nTnTnTnT的时间。因此，取样积分器在时间上的利用的时间。因此，取样积分器在时间上的利用的时间。因此，取样积分器在时间上的利用的时间。因此，取样积分器在时间上的利用率是很低的。率是很低的。率是很低的。率是很低的。为了缩短恢复波形所需要的时间，可以使用多个取样积分为了缩短恢复波形所需要的时间，可以使用多个取样积分为了缩短恢复波形所需要的时间，可以使用多个取样积分为了缩短恢复波形所需要的时间，可以使用多个取样积分器，在每个信号重复周期内对信
60、号逐次多点取样。在有效器，在每个信号重复周期内对信号逐次多点取样。在有效器，在每个信号重复周期内对信号逐次多点取样。在有效器，在每个信号重复周期内对信号逐次多点取样。在有效的观察时间内，信号每重复一次，各取样积分器上存储的的观察时间内，信号每重复一次，各取样积分器上存储的的观察时间内，信号每重复一次，各取样积分器上存储的的观察时间内，信号每重复一次，各取样积分器上存储的信号电压就进行一次累加，多次累加的结果，使信噪比得信号电压就进行一次累加，多次累加的结果，使信噪比得信号电压就进行一次累加，多次累加的结果，使信噪比得信号电压就进行一次累加，多次累加的结果，使信噪比得到改善到改善到改善到改善;
61、; ; ;多点信号平均器就是这样一种实时取样系统，它等效于大多点信号平均器就是这样一种实时取样系统，它等效于大多点信号平均器就是这样一种实时取样系统，它等效于大多点信号平均器就是这样一种实时取样系统，它等效于大量单点取样积分器在不同延时的情况下并联使用。量单点取样积分器在不同延时的情况下并联使用。量单点取样积分器在不同延时的情况下并联使用。量单点取样积分器在不同延时的情况下并联使用。 多点信号平均器对于恢复被噪声淹没的重复信号多点信号平均器对于恢复被噪声淹没的重复信号多点信号平均器对于恢复被噪声淹没的重复信号多点信号平均器对于恢复被噪声淹没的重复信号是一个强有力的工具，由于是一个强有力的工具，
62、由于是一个强有力的工具，由于是一个强有力的工具，由于BoxcarBoxcarBoxcarBoxcar是单点步进多是单点步进多是单点步进多是单点步进多次取样平均，因此需要测量时间很长。次取样平均，因此需要测量时间很长。次取样平均，因此需要测量时间很长。次取样平均，因此需要测量时间很长。而多点信号平均器则是在信号的一个周期内对信而多点信号平均器则是在信号的一个周期内对信而多点信号平均器则是在信号的一个周期内对信而多点信号平均器则是在信号的一个周期内对信号多点取样，在获得同样号多点取样，在获得同样号多点取样，在获得同样号多点取样，在获得同样SNIRSNIRSNIRSNIR的情况下多点信号的情况下多点
63、信号的情况下多点信号的情况下多点信号平均器所需时间只是单点平均器测一点的平均时平均器所需时间只是单点平均器测一点的平均时平均器所需时间只是单点平均器测一点的平均时平均器所需时间只是单点平均器测一点的平均时间。所以可节省测量时间。间。所以可节省测量时间。间。所以可节省测量时间。间。所以可节省测量时间。多点信号平均器是实时取样，不会使被恢复的弱多点信号平均器是实时取样，不会使被恢复的弱多点信号平均器是实时取样，不会使被恢复的弱多点信号平均器是实时取样，不会使被恢复的弱信号变形拉长），这是信号变形拉长），这是信号变形拉长），这是信号变形拉长），这是BoxcarBoxcarBoxcarBoxcar所不
64、能比拟的。所不能比拟的。所不能比拟的。所不能比拟的。 多点信号平均器有模拟式和数字式两种多点信号平均器有模拟式和数字式两种:模拟式多点平均器的存贮器是电容，模拟式多点平均器的存贮器是电容，数数字字式式多多点点平平均均器器的的存存贮贮器器是是半半导导体体存存贮贮器器，模拟式多点信号平均器原理框图如图所示：模拟式多点信号平均器原理框图如图所示：多点信号平均器的动画演示多点信号平均器的动画演示同同步步累累积积法法只只是是使使信信号号同同相相地地累累积积起起来来，在在信信号号持持续续的的半半个个周周期期内内对对信信号号进进行行积积分。分。而而取取样样积积分分器器，是是对对周周期期信信号号的的某某一一点点取样并累积。取样并累积。 五取样积分器与同步累积的异同点五取样积分器与同步累积的异同点取样积分器取样积分器作业强噪声背景下的带宽周期信号用什么方法进行探测？可以采用锁相放大器吗？为什么？简述Boxcar积分器的定点和扫描工作方式的工作过程。画出锁相放大器的工作原理框图，并简述其工作原理。
