信号检测工作原理
第十一章-微弱信号检测技术
锁相放大器的工作过程
I 随时间缓变的信号
经过调制
λ(t)
I
信号恢复
输出信号 （与信号幅度成 λ(t) 正比，与相对相 位有关）
ωm
送入锁相放大器
信号输入
Lock-in
参考信号
ωm
互相关函数
两个具有确定频率和相位的周期性信号，它们的相关特
性可以用互相关函数来表达：
lim R12 ( ) T
1 2T
模拟锁相放大器
数字锁相放大器
锁相放大器
2. 锁定放大器抑制噪声的基本出发点
( 1 )用调制器将直流或慢变信号的频谱迁移到调制频率处,再进行放 大, 以避开1/f 噪声的不利影响； ( 2 )利用相关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，
1.锁相放大器概述
自从1962年，美国EG&G PARC公司制作了第一台锁相放大器(LIA)的 后，微弱信号检测技术得到了突破性的发展。后来又出现了模拟锁相放 大器(ALIA) 和数字锁相放大器(DLIA) 。对于数字锁相放大器而言，又 出现基于单片机的DLIA 和基于专用DSP的DLIA 。还有基于PC的系统级 模块化DLIA ，这种锁相的算法是采用C，C++等语言实现的。由于整个 系统运行在PC平台上，所以可以使用各种仿真软件对算法进行研究。
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。
锁相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。
通常干扰是可以减少或消除的外部扰动，而由于材料 或器件的物理原因产生的噪声则很难消除。
以太网收发器工作原理及其信号质量测试综述
以太网简介
CSMA/CD协议的基本思想
每站在发送数据前，先监听信道是否空闲；若是，则发送 数据，并继续监听下去，一旦监听到冲突，立即停止发送 ，并在短时间内连续向信道发出一串阻塞信号（JAM）强 化冲突，如果信道忙，则暂不发送，退避一随机时间后再 尝试。 CSMA/CD协议在CSMA协议基础上增加了发送期间检测 冲突的功能。其最大特点是“先听后说,边说边听”。该 协议已被IEEE 802委员会采纳，并以此为依据制定了IEEE 802.3标准。 CSMA/CD协议同样可分为非坚持、1坚持和p坚持3种。 以太网通常采用非分隙1坚持CSMA/CD。 。
以太网收发器工作原理详解
• 在OSI 的7 层基准模型中我们使用的PHY属于第一层--物理层( PHY) 。物理层协议可定义电气信号、线的状态、时钟要求、数据编码和数 据传输用的连接器。数据链路层可以通过定义好的接口而与物理层通 话。例如MAC可以利用介质无关性接口( MII)与PHY进行数据交换。 • • • • 的基本作用： 对端口LINK 状态的判断； 自动协商，当然MAC 可以修改PHY 的寄存器间接控制 完成MII（RMII）数据和串行数据流之间的转化：包括4B/5B 的 编码的转化（不包括10BASET）；串并转换；最后转换成低压信 号，根据端口不同的工作模式，转换方式也有所不同。例如在 100BASE-T 下是MLT-3；在10BASE-T 下是曼彻斯特编码 • (4) 在MII 的工作方式下，完成冲突检测。若是工作于RMII 模式下 则此项任务由MAC 完成。 PHY (1) (2) (3)
以太网简介
• 按照网络传输速率可以分为10BASE-T、100BASE-T、 1000BASE-T 。 • 以太网物理层传输介质双绞线可分为非屏蔽双绞线(UTP) 和屏蔽双绞线(STP)，现在使用的UTP可分为3类、4类、五
检波器的工作原理和应用
检波器的工作原理和应用1. 概述检波器是电子学中常用的一种器件，用于测量和检测信号的幅值、相位或频率。
它起到将高频信号转变为低频信号的作用，常用于各种电子设备和通信系统中。
本文将介绍检波器的工作原理和常见应用。
2. 检波器的工作原理检波器的工作原理主要涉及到信号的整流和滤波。
下面将详细介绍两种常见的检波器工作原理。
2.1 直接检波器直接检波器是使用二极管进行信号整流的一种常见方法。
其原理是将输入的交流信号通过二极管进行整流，输出的信号成为直流信号。
具体的工作过程如下：•步骤1: 将输入信号经过耦合电容器和变压器降低到适当的电平。
•步骤2: 输入信号经过二极管进行整流，使得波形变为单方向的。
•步骤3: 通过滤波电路对整流后的信号进行滤波，使其更接近于直流信号。
•步骤4: 输出的信号作为检波器的输出信号。
直接检波器适用于较高频率的信号检测，但存在一些缺点，如输出信号波形不平滑和容易受到输入信号幅度的影响。
2.2 均值检波器均值检波器是另一种常见的检波器工作原理，通过将输入信号进行整流和平均操作，得到平均值作为输出信号。
其工作过程如下：•步骤1: 输入信号经过耦合电容器降低到适当的电平。
•步骤2: 输入信号经过整流电路进行整流。
•步骤3: 整流后的信号经过低通滤波器进行滤波，去除高频成分，得到平均值信号。
•步骤4: 输出的信号作为检波器的输出信号。
均值检波器适用于较低频率的信号检测，它具有平滑的输出波形和较好的输入信号幅度稳定性。
3. 检波器的应用检波器在各种电子设备和通信系统中有广泛的应用。
以下是几种常见的应用场景：3.1 无线通信在无线通信系统中，检波器用于解调接收到的信号，将其恢复成原始的音频、视频或数据信号。
检波器能提取信号的信息并通过滤波去除不需要的干扰，使得接受到的信号更清晰、可靠。
3.2 电子测量仪器在电子测量仪器（如示波器、频谱分析仪）中，检波器用于检测和显示被测量信号的幅值和频率等信息。
以太网收发器工作原理及其信号质量测试
以太网收发器工作原理详解
• 在OSI 的7 层基准模型中我们使用的PHY属于第一层--物理层( PHY) 。物理层协议可定义电气信号、线的状态、时钟要求、数据编码和数 据传输用的连接器。数据链路层可以通过定义好的接口而与物理层通 话。例如MAC可以利用介质无关性接口( MII)与PHY进行数据交换。 • • • • 的基本作用： 对端口LINK 状态的判断； 自动协商，当然MAC 可以修改PHY 的寄存器间接控制 完成MII（RMII）数据和串行数据流之间的转化：包括4B/5B 的 编码的转化（不包括10BASET）；串并转换；最后转换成低压信 号，根据端口不同的工作模式，转换方式也有所不同。例如在 100BASE-T 下是MLT-3；在10BASE-T 下是曼彻斯特编码 • (4) 在MII 的工作方式下，完成冲突检测。若是工作于RMII 模式下 则此项任务由MAC 完成。 PHY (1) (2) (3)
•
Hale Waihona Puke 以太网收发器工作原理详解• 所以当强制端口工作于全双工的时候，就必须保证连接的对方也是强 制于此种工作状态，否则对方（具有自协商能力的一方）会选择端口 的工作状态为半双工，双方能够连接上且按照各自的模式工作。当连 接的双方都没有自协商能力的时候，双方都发送NLP (normal link pulses in 10Mbps)或者Idle Symbols（100Mbps），如果探测到的速 度信息与自己发送的一致，双方就按照自己的工作模式LINK 上且开 始工作。如果一方强制为100M 全双工，另一方为强制为100M 半双工 的时候，能够连接上且按照各自的模式工作。
以太网收发器工作原理详解
• 三 PHY简单工作过程
• 以100Mbps 为例，在接收方向上，PHY 必须把125M 的串行的MLT-3 信号转化为MII（RMII、SMII）信号。PHY 从双绞线上接收MLT-3 信 号。首先，AGC 模块对MLT-3 信号进行处理，去除信号中的直流分量 ，实现baseline wander correction；数字锁相环会从接收到的数据 恢复出125M 的时钟，ADC 模块利用此时钟对MLT-3 信号进行采样； 把MLT-3 信号转化为NRZI 信号；然后按照与发送相反的流程完成 NRZI到NRZ 信号的转化，DESCRAMBLE，串并转化，4B/5B 的译码；最 后把处理完的信号送入FIFO，准备发送给MAC。使用FIFO 的主要原因 是纠正恢复时钟与系统时钟之间存在的差别。
扫频仪工作原理
扫频仪工作原理
扫频仪是一种常用的测试仪器，用于测量不同频率范围内的信号参数。
其工作原理基于数学和电子学的原理。
首先，扫频仪通过内部的信号发生器产生一个特定频率的信号。
这个信号将通过扫频仪的输出接口发送出去。
然后，扫频仪通过内部的混频器将被测量的信号和信号发生器的信号进行混频。
混频器将产生频率的差值，也就是被测量信号与信号发生器信号之间的频率差。
接下来，混频器的输出信号将被输入到一个带宽较窄的滤波器中。
这个滤波器通常是一个可调的带通滤波器，用于选择特定的频率范围。
随后，滤波器的输出信号将被输入到一个放大器中，以增强信号的强度，以便于后续的处理。
最后，放大器的输出信号将被输入到一个检测器中。
检测器将对信号进行解调，将其转换成可测量的电压或功率。
通过改变信号发生器的频率，重复上述过程，扫频仪可以扫描整个频率范围，并测量不同频率下的信号参数。
最常见的参数包括信号的幅度（功率）、相位、频率等。
扫频仪通过测量不同频率下的信号参数，可以用于分析信号的频谱特性、检测频率响应、测量滤波器的传递特性等应用。
其
工作原理的关键在于利用混频和滤波来选择特定的频率范围，以及通过放大和检测来测量信号参数。
微弱信号检测原理
m ——是测量的总次数；
同理，对于一个电流测量系统，可以用有效噪声电流来描述，即：
I~N
I
i2 N
12
m
12
I
i2 N
/
m
i1
（5.8）
对于其它物理量测量系统，可类似有相关的有效噪声值。
2）等效噪声功率 虽然，传感器类型繁多，但从物理角度看，任何传感器必须
输入一定的能量，才能将输入的信息变换成所需要的输出信息。 当然信息输出时，同样也要输出能量。如：光电传感器要能输出 信号电压，就必须有光能输入，入射光强时，输出信号电压大。 为了方便对同类传感器的性能进行比较，通常用响应度（即物理 量输入信号功率与输出信号值）来描述传感器的灵敏度。对于电 压传感器，其电压响应度定义为：
Rxy
lim
T
1 2T
T
T
xt yt
dt
（5.20）
同理
Ryx lim T
1 2T
T
T
xt
ytdt
（5.21）
互相关函数具有下列重要特性： ① Rxy 仅与时间差有关，而与计算时间的起点无关； ② Rxy Ryx ③ Rxy Rx 0Ry 0 ，当两个随机过程互不相关时，则一定 有 Rxy Ryx 0。例如，被检测信号与系统的观察噪声之间不存在 相关性，因此采用互相关方法有利于抑制观察噪声。
检测仪器的工作原理
检测仪器的工作原理检测仪器是一种用于测量、分析和监测各种物理量或化学物质的设备。
它们在医疗、环境、工业、研究等领域发挥着重要作用，帮助人们获取数据和信息，促进科学研究和生产活动的进展。
不同的检测仪器有不同的工作原理，下面将以传统光谱仪和质谱仪为例，分别介绍它们的工作原理。
传统光谱仪是一种常见的检测仪器，它通过测量物质对于不同波长光线的吸收或发射来分析其成分和性质。
其工作原理基于光的吸收和发射特性以及原子、分子的能级结构。
光谱仪主要包括光源、选择装置、样品池、检测器和信号处理系统等多个部分。
首先，光源产生一束连续谱光线，这是一个包含很多不同波长光线的光束。
这些光线进入到选择装置，通过滤光片或光栅进行分光，将连续谱光线分成不同的波长。
然后，这些分光后的光线进入样品池，与待测样品相互作用。
样品可能对某些特定波长的光线有选择性地吸收或发射，从而产生吸收光谱或发射光谱。
吸收光谱用于分析物质的成分和浓度，而发射光谱则用于分析物质的能级结构。
接下来，经过样品池的光线进入检测器，检测器能够对不同波长的光线进行测量。
常见的检测器有光电二极管、光电倍增管和光敏电阻等。
检测器能够将光信号转换为电信号，并将其发送给信号处理系统。
信号处理系统接收来自检测器的电信号，并将其处理成有效的数据。
信号处理系统可以对信号进行放大、滤波、积分等操作，从而提高信号的质量并减少噪声的影响。
最终，经过处理后的数据可以通过显示器或打印机等输出设备进行显示或记录，供用户进行分析和研究。
质谱仪是一种用于分析物质的成分和结构的仪器，其工作原理基于质量-电荷比的测量。
质谱仪主要包括离子源、质量分析器和检测器等多个部分。
首先，离子源将待测样品转化为带电荷的离子。
常见的离子源有电离化源和化学离子化源。
电离化源通过电子轰击或电子冲击等方式将样品分子转化为带正电荷的离子；化学离子化源则通过化学反应将样品分子转化为带电荷的离子。
然后，离子进入质量分析器中，质量分析器可以对离子的质量-电荷比进行分析和测量。
GCMS工作原理
GCMS工作原理GCMS（气相色谱质谱联用）是一种先进的分析仪器，它结合了气相色谱（GC）和质谱（MS）两种技术，可以用于化学分析、环境监测、食品安全、药物研发等领域。
下面将详细介绍GCMS的工作原理。
1. 气相色谱（GC）部分的工作原理：GC是一种将混合物中的化合物分离并测定其组分的方法。
它基于化合物在固定相填充的色谱柱中的不同分配系数，通过控制柱温和流动相的流速来实现分离。
GC的工作原理主要包括样品进样、蒸发、柱温控制、流动相控制和检测等步骤。
首先，待测样品通过进样器进入GC系统。
进样器可以采用不同的技术，如气相进样、液相进样或固相微萃取等。
进样器将样品引入色谱柱中。
接下来，样品在色谱柱中被蒸发。
色谱柱内填充有固定相，它可以是液态或固态的。
样品成分在柱中不同的固定相上有不同的亲和性，从而导致不同的分配系数。
这样，混合物中的化合物将会被分离。
柱温控制是GC中的一个重要参数。
通过控制柱温的升降，可以影响分离效果。
不同的化合物在不同的温度下具有不同的挥发性，因此可以通过调整柱温来实现化合物的选择性分离。
流动相控制也是GC中的关键步骤。
流动相是气体，通常是惰性气体，如氮气或氦气。
它的作用是将样品推动通过色谱柱，并在柱后传递到质谱部分进行分析。
最后，在GC中进行检测。
常用的检测器有火焰离子化检测器（FID）、热导检测器（TCD）和电子捕获检测器（ECD）等。
这些检测器可以根据样品中不同化合物的性质进行选择，以实现对目标化合物的灵敏检测和定量分析。
2. 质谱（MS）部分的工作原理：质谱是一种将化合物的分子结构和组成进行分析的技术。
它基于化合物在质谱仪中被电离、分离和检测的原理。
质谱的工作原理主要包括样品电离、质谱分析和信号检测等步骤。
首先，样品进入质谱仪中进行电离。
常用的电离方法包括电子轰击电离（EI）、化学电离（CI）和电喷雾电离（ESI）等。
这些方法可以将样品中的化合物转化为带电离子。
接下来，带电离子进入质谱分析器。
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信号检测工作原理
引言：
信号检测是指在电子通信系统中，接收端对传输过程中的信号进行检测和解析的过程。
它是保证信息传输质量和可靠性的关键步骤之一。
本文将从信号检测的定义、原理和实际应用三个方面进行阐述。
一、信号检测的定义
信号检测是指接收端根据接收到的信号来判断是否存在目标信号，并进行相应的解析和处理的过程。
在数字通信系统中，信号通常以二进制形式表示，即通过0和1的编码来传输信息。
信号检测的目标是在存在噪声的情况下，准确地判断接收到的信号是0还是1，从而实现正确的信息传输。
二、信号检测的原理
信号检测的原理主要基于统计理论和概率论。
在信号传输过程中，信号会受到各种干扰和噪声的影响，使得接收到的信号与发送的信号存在一定的差异。
信号检测的关键是通过合适的算法和技术，将接收到的信号与各种干扰和噪声进行区分，从而准确地判断信号的状态。
在数字通信系统中，常用的信号检测技术包括匹配滤波、决策反馈等。
其中，匹配滤波是一种常用的信号检测技术，它通过与已知信号进行相关运算，得到相关输出来判断接收到的信号是否是目标信
号。
决策反馈则是根据接收到的信号的幅值来进行判断，如果幅值大于一定阈值，则判定为1，否则判定为0。
三、信号检测的实际应用
信号检测在现实生活中有广泛的应用，特别是在无线通信系统中。
无线通信系统中，由于信号传输过程中存在多径效应、多普勒频移等问题，导致信号的失真和衰减，因此需要进行信号检测来恢复原始信号。
在手机通信中，信号检测被广泛应用于移动通信系统中。
移动通信系统中，手机通过基站与网络进行通信，基站接收到手机发送的信号后，需要进行信号检测来判断接收到的信号是0还是1，并进行解码和解析，最终实现通信的目的。
信号检测还被应用于雷达系统中。
雷达系统中，通过发送一定频率和波形的信号，接收目标物体反射回来的信号，通过信号检测来判断目标物体的位置和速度，并进行跟踪和识别。
总结：
信号检测是保证电子通信系统传输质量和可靠性的关键步骤。
它通过合适的算法和技术，对接收到的信号进行判断和解析，从而实现正确的信息传输。
信号检测的原理基于统计理论和概率论，常用的技术包括匹配滤波和决策反馈。
信号检测在无线通信系统和雷达系统中有广泛的应用，对于提高通信质量和性能具有重要意义。