微弱信号检测装置
12年A题实验报告(微弱信号检测装置)要点
2012年全国大学生电子设计竞赛【本科组】微弱信号检测装置（A题）摘要：本系统是基于锁相放大器的微弱信号检测装置，用来检测在强噪声背景下已知频率的微弱正弦波信号的幅度值。
该系统由加法器、纯电阻分压网络、微弱信号检测电路和显示电路组成。
其中加法器和纯电阻分压网络生成微小信号，微弱信号检测电路和显示电路完成微小信号的检测和显示在液晶屏上。
本系统是以相敏检波器为核心，将参考信号经过移相器后，接着通过比较器产生方波去驱动开关乘法器CD4053，最后通过低通滤波器输出直流信号检测出微弱信号，将该直流信号送入单片机处理后，液晶显示出来。
经最终的测试，本系统能较好地完成微小信号的检测。
关键词：微弱信号强噪声相敏检测Abstract: The system is of weak signal detection based on lock-in amplifier device, used for the detection of known weak sinusoidal signal under strong noise background frequency amplitude. The system consists of an adder, pure resistor divider network, weak signal detection circuit and display circuit. The adder and the pure resistor divider network to produce small signal, weak signal detection circuit and display circuit to complete the detection of tiny signal and displayed on the LCD screen. The system is based on a phase sensitive detector as the core, the reference signal through the phase shifter, then through the comparator produces Fang Bo todrive switch multiplier CD4053, finally through the low pass filter output DC signal detection ofweak signal, the DC signal into the microcontroller processing, liquid crystal display. The final test, the system can achieve the tiny signal.Key Word：weak signal strong noise phase sensitive detection目录摘要： (1)1. 系统设计 (3)1.1设计要求 (3)1.1.1设计任务 (3)1.1.2技术指标 (3)1.2方案比较与选择 (4)1.2.1微弱信号检测模块方案比较 (4)1.2.2移相网络模块方案比较 (4)1.2.3电阻分压模块方案比较 (5)1.3方案论证 (5)2.单元电路设计及参数计算 (5)2.1加法器电路 (5)2.4带通滤波电路 (7)2.5相敏检波电路 (7)2.7低通滤波电路 (8)3. 软件设计 (9)3.1程序总体流程图 (9)3.2程序清单（见附录2） (9)4.系统测试 (9)4.1测试仪器 (9)4.2测试结果 (10)5. 结束语 (10)参考文献 (10)附录 (10)附录1 主要元器件清单 (10)附录2 程序清单 (11)1.系统设计1.1设计要求1.1.1设计任务设计并制作一套微弱信号检测装置，用以检测在强噪声背景下已知频率的微弱正弦波信号的幅度值，并数字显示出该幅度值。
浅析微弱信号检测装置设计
浅析微弱信号检测装置设计微弱信号检测在许多领域都有着重要的应用，比如无线通信、生物医学、天文测量等。
设计一种高效的微弱信号检测装置对于提高信号检测的灵敏度和准确性至关重要。
本文将从硬件设计和信号处理两个方面对微弱信号检测装置进行浅析。
一、硬件设计1. 低噪声放大器在微弱信号检测装置中，低噪声放大器是至关重要的组件。
由于微弱信号本身具有较低的能量，因此在信号放大的过程中，放大器的噪声也会对信号检测产生较大的影响。
低噪声放大器可以有效地抑制噪声，并且提高信噪比，从而更好地检测微弱信号。
在设计低噪声放大器时，需要考虑放大器的增益、带宽、输入输出阻抗等参数，同时在电路设计上采用低噪声元件和优化的布局方式，以尽量减小放大器本身的噪声。
2. 滤波器在微弱信号检测中，滤波器起着至关重要的作用。
由于环境中可能存在各种干扰信号，比如电磁干扰、交流干扰等，因此需要采用滤波器来剔除这些干扰信号，保留下需要检测的微弱信号。
常见的滤波器包括低通滤波器、带通滤波器等，通过合理设计滤波器的参数和特性，可以有效地滤除不需要的频率成分，提高信号的纯净度。
3. 高精度模拟数字转换器（ADC）在微弱信号检测装置中，通常需要将模拟信号转换为数字信号进行后续处理。
高精度的模拟数字转换器是必不可少的组件。
高精度ADC可以有效地保持信号的原始信息，并且提高信号的采样精度和分辨率，从而更好地还原微弱信号的细节和特征。
4. 高灵敏度探测器高灵敏度的探测器对于微弱信号的检测非常重要。
在无线通信中，微弱的无线信号可能需要通过天线进行接收，因此天线的灵敏度直接影响信号的接收效果。
在生物医学领域，微弱的生物信号需要通过生物传感器进行检测，因此生物传感器的灵敏度非常重要。
在设计高灵敏度探测器时，需综合考虑探测器的灵敏度、稳定性和信噪比，以达到最佳的检测效果。
二、信号处理在微弱信号检测中，由于信号本身较弱，可能会受到一些非理想因素的影响，比如噪声、干扰等。
微弱信号检测装置(实验报告)
微弱信号检测装置摘要：本设计是在强噪声背景下已知频率的微弱正弦波信号的幅度值，采用TI公司提供的LaunchPad MSP430G2553作为系统的数据采集芯片，实现微弱信号的检测并显示正弦信号的幅度值的功能。
电路分为加法器、纯电阻分压网络、微弱信号检测电路、以及数码管显示电路组成。
当所要检测到的微弱信号在强噪音环境下，系统同时接收到函数信号发生器产生的正弦信号模拟微弱信号和PC机音频播放器模拟的强噪声，送到音频放大器INA2134，让两个信号相加。
再通过由电位器与固定电阻构成的纯电阻分压网络使其衰减系数可调（100倍以上），将衰减后的微弱信号通过微弱信号检测电路，检测电路能实现高输入阻抗、放大、带通滤波以及小信号峰值检测，检测到的电压峰值模拟信号送到MSP430G2553内部的10位AD 转换处理后在数码管上显示出来。
本设计的优点在于超低功耗关键词：微弱信号MSP430G2553 INA2134一系统方案设计、比较与论证根据本设计的要求，要完成微弱正弦信号的检测并显示幅度值，输入阻抗达到1MΩ以上，通频带在500Hz~2KHz。
为实现此功能，本设计提出的方案如下图所示。
其中图1是系统设计总流程图，图2是微弱信号检测电路子流程图。
图1系统设计总流程图图2微弱信号检测电路子流程图1 加法器设计的选择方案一：采用通用的同相/反相加法器。
通用的加法器外接较多的电阻，运算繁琐复杂，并且不一定能达到带宽大于1MHz，所以放弃此种方案。
方案二：采用TI公司的提供的INA2134音频放大器。
音频放大器内部集成有电阻，可以直接利用，非常方便，并且带宽能够达到本设计要求，因此采用此方案。
2 纯电阻分压网络的方案论证方案一：由两个固定阻值的电阻按100:1的比例实现分压，通过仿真效果非常好，理论上可以实现，但是用于实际电路中不能达到预想的衰减系数。
分析：电阻的标称值与实际值有一定的误差，因此考虑其他的方案。
方案二：由一个电位器和一个固定的电阻组成的分压网络，通过改变电位器的阻值就可以改变其衰减系数。
测控装置实验报告总结(3篇)
第1篇一、实验背景随着科技的不断发展，测控技术在工业生产、科学研究、军事等领域发挥着越来越重要的作用。
测控装置作为测控技术的核心，其性能直接影响着测控系统的稳定性和准确性。
本实验旨在通过实际操作，深入了解测控装置的原理、结构、功能以及应用，提高学生对测控技术的认识和操作能力。
二、实验目的1. 熟悉测控装置的基本原理和组成；2. 掌握测控装置的调试方法和操作技巧；3. 学会分析测控装置在实际应用中的问题，并提出解决方案；4. 提高学生的动手能力和创新意识。
三、实验内容1. 测控装置基本原理及组成本实验主要介绍了测控装置的基本原理和组成，包括传感器、信号调理电路、数据采集与处理系统、执行机构等部分。
传感器负责将物理量转换为电信号，信号调理电路对信号进行放大、滤波等处理，数据采集与处理系统对信号进行数字化处理，执行机构根据处理结果执行相应的动作。
2. 测控装置调试方法（1）传感器调试：根据实际测量需求，选择合适的传感器，并对传感器进行校准和标定，确保测量精度。
（2）信号调理电路调试：对信号调理电路进行参数设置，使信号达到最佳状态，如放大倍数、滤波频率等。
（3）数据采集与处理系统调试：设置数据采集参数，如采样频率、分辨率等，并对采集到的数据进行处理和分析。
（4）执行机构调试：根据实际需求，对执行机构进行参数设置，确保执行机构能够准确执行指令。
3. 测控装置应用实例本实验以温度测控系统为例，介绍了测控装置在实际应用中的具体操作。
包括：（1）选择合适的温度传感器，如热电偶、热电阻等；（2）搭建温度测控系统，包括传感器、信号调理电路、数据采集与处理系统、执行机构等；（3）对系统进行调试，确保系统稳定运行；（4）根据实际需求，对温度数据进行采集、处理和分析，实现对温度的实时监控和控制。
四、实验结果与分析1. 实验结果通过本次实验，我们成功搭建了一个温度测控系统，实现了对温度的实时监测和控制。
系统稳定运行，测量精度达到预期要求。
浅析微弱信号检测装置设计
浅析微弱信号检测装置设计微弱信号检测是指在非常低的信噪比下，对微弱信号进行可靠检测和测量。
在现实生活和工程应用中，微弱信号检测是非常重要的，常见的应用场景包括地震监测、生物医学检测、通信系统等。
设计一种高效可靠的微弱信号检测装置对于这些应用至关重要。
在微弱信号检测装置设计中，需要克服信号太小、噪声干扰大等问题，因此需要一系列工程手段和技术手段来实现微弱信号的准确检测。
接下来，我们将从信号处理、噪声抑制、灵敏度提高等方面对微弱信号检测装置进行浅析。
信号处理是微弱信号检测中的关键环节。
一般情况下，微弱信号在传感器中采集后需要进行放大、滤波等处理，以提高信噪比。
对于微弱信号的有效检测，通常需要将其转换为数字信号进行处理。
信号处理技术在微弱信号检测中起着至关重要的作用。
在实际设计中可以采用数字滤波、数字增益控制、数字匹配滤波等方法，对微弱信号进行有效处理从而获得清晰的信号特征。
噪声抑制是微弱信号检测中的另一个关键问题。
由于噪声的存在，微弱信号的检测变得更加困难。
需要对噪声进行有效的抑制。
在设计过程中可以采用模拟滤波器、数字滤波器等方法，对噪声进行抑制从而提高信噪比。
还可以采用信号平均、时域滤波等技术手段来进一步抑制噪声，从而提高微弱信号的检测精度和可靠性。
随后，灵敏度提高是微弱信号检测中的重要问题。
在实际应用中，由于信号本身很微弱，仪器的灵敏度往往成为制约检测性能的关键因素。
设计具有高灵敏度的检测装置对于微弱信号检测至关重要。
在装置的设计中，可以通过优化传感器结构、提高电路灵敏度、减小噪声等方式来提高检测系统的灵敏度。
还可以采用增益控制、信号平均等技术手段来提高装置的灵敏度，从而更好地检测微弱信号。
仪器的稳定性和可靠性也是微弱信号检测中需要考虑的重要因素。
在设计检测装置时，需要考虑到降低系统的漂移，提高仪器的稳定性。
还需要考虑到装置的可靠性，避免各种外界因素对仪器性能的影响，确保检测装置的可靠运行。
微弱信号检测装置的设计需要充分考虑信号处理、噪声抑制、灵敏度提高和稳定性可靠性等因素。
微弱信号检测
四川省大学生电子设计竞赛报告题目：微弱信号检测装置微弱信号检测装置【摘要】：为提取被噪声淹没的微弱信号，在分析了锁相放大器原理的基础上，采用基于AD630设计了一个双相位锁相放大器。
实现了正弦信号的检测和显示，由于时间紧迫，AD采样显示的数值误差较大。
【关键词】：锁相放大器正交信号 AD630 MAX7490一、方案设计与论证图1 微弱信号检测装置示意图1.1 微弱信号检测电路设计与方案微弱信号检测电路要求采用模拟方法来实现。
常用的微弱信号检测方法有：匹配滤波、锁相放大、取样积分等。
方案1：匹配滤波法。
使用窄带滤波器，滤掉带宽噪声只让窄带信号通过；此方案电路简单，但是，由于一般滤波器的中心频率不稳定，不能满足更高的滤除噪声的要求。
方案2：单通道锁相放大法。
用AD630平衡调制解调芯片、移相器及低通滤波器构成锁相放大电路，基于信号的互相关原理，移相器输出的信号必须与被测信号同频同相，由于被测信号相位未知，需移相器逐步移相，实现较为复杂。
方案3：双通道锁相放大法。
用两个AD630平衡调制解调芯片、两个低通滤波器做成双通道锁相放大器，就是被测信号与两个相互正交的信号分别相乘经低通滤波器再送入AD进行采样，这样不需考虑被测信号的相位。
两路正交信号由74LS74构成的分频电路产生或由单片机产生。
由于只需要直流分量，低通滤波器的截止频率可以低到几百赫兹。
综合考虑，我们采用方案3。
1.2 加法电路的设计与方案加法电路要求正弦信号与噪声信号相加，并测量噪声的均方根值；因此加法电路的内部噪声越小越好。
方案1：普通加法器。
用低噪声放大器OPA2227做一个普通的加法器，但此电路接有电阻电容，会产生附加噪声。
方案2：高性能加法器。
用低噪声仪表放大器INA2134做一个高性能的加法器，有独立的共模抑制能力、增益误差、噪声和失真。
方案2虽然比方案1复杂，但引入的附加噪声比方案1小，因此选用方案2。
1.3 带通滤波器设计与方案题目中给了一个带宽很宽的强噪声，要想进可能地滤掉噪声，需一个窄带带通滤波器。
微弱信号检测装置的设计
微弱信号检测装置的设计作者：殷大勇来源：《科学与财富》2019年第05期摘要：随着我国新时代科学技术发展的不断推进，我国信号检测技术也在不断发展，但是在微弱信号检测方面，我国现有信号检测技术还存在一定的不足，需要得到相关科研部门的高度重视，也需要经过相关科研人员的进一步改进，以期我国新时代微弱信号检测技术能够满足新时代经济建设的发展需求，使我国新时代综合科技能力稳步提升。
本文重点对我国现阶段的微弱信号检测装置的设计进行探讨和分析，并提出相应的设计方案以供广大信号检测技术研究人员的参考，以期为我国微弱信号检测技术做出积极贡献。
关键词：微弱信号;信号检测;装置;设计微弱信号检测（ Weak Signal Detection）是一门新兴的技术学科，应用范围遍及光、电、磁、声、热、生物、力学、地质、环保、医学、激光、材料等领域。
其仪器已成为现代科学研究中不可缺少的设备。
微弱信号检测技术是使用电子学、信息论、计算机及物理学的方法，分析噪声产生的原因和规律，研究被测信号和噪声的统计特性及其差别，检测被噪声淹没的微弱有用信号。
一、微弱信号检测技术的相关概述随着我国新时代科学技术和社会主义生产力的飞速发展，各种对于数据精确度要求较高的物理量的微小变化需要得到及时的测量，比如一些微弱风电流、电压，或者一些微小的温度变化和磁场、振动等，有些微弱信号往往处于一些极端的条件下，这些微弱信号的测量同样十分重要。
在通常情况下，很多的非电量微小物理变化都可以通过特定的传感器经过一系列的转变变为电信号，达到了对微小信号放大的目的，进而进行进一步的显示和记录。
但是在实际的应用过程中，这些较为微小的物理量变化即使通过传感器转换也是十分微弱的，二对于这些微弱信号新进行检测的时候，干扰和噪声往往会成为主要的矛盾所在，在基本的科学认识中，物质一般是由院子或者分子等带电粒子所组成，物质若长期存在于一定的温度环境或者其他条件之中时，带电粒子往往会发生热扰动，进而会产生一定的热噪声造成干扰;除此之外，电子电路中的各个电子元件，尤其是半导体器件之中的载流子在再生、复合的过程中会产生一系列的噪声，最为突出的还有依附于半导体器件表面状态的影响的闪烁噪声，还有一些光所产生的量子噪声等等。
微弱信号检测装置论文
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辽宁省大学生电子设计竞赛论文
一、方案论证与比较
1、信号检测方案比较 方案一：滤波方法，构造以目标频率为中心频带的带通滤波器，只允 许目标频率的正弦信号通过。这种方法电路设计相对便捷，结果直观， 能直接将目标信号从混合中提取出来，缺点是电路稳定性较难控制， 对元器件精度要求较高（如电阻、电容值），且滤波器中心频率一经 确定，很难再依据信号的频率改变而改变，无法实现较宽频带范围内 的正弦信号提取。 方案二：采样积分和数字式平均方法，适用于周期信号处理，适合衰 减性较强的信号检测，缺点是耗时、效率低下，数据运算量较大，不 适宜单片机处理和实时显示。 方案三：锁相放大法，适用于已知目标信号频率的情况，能较为准确 地从强噪声混合信号中锁定目标信号。应用这种方法，采用模拟开关 CD4066 搭建相敏检波器，利用单片机发生于目标信号同频率的参考 方波，完全符合要求。
电路及其仿真特性曲线图如下：
图5
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图6 5、数据采集与显示电路 5.1 频差所导致滤波结果误差分析
由于本系统参考信号由单片机产生，受其晶振频率影响，无法 获得与目标信号完全一致频率的参考方波信号，经精密测量可知，单 片机所产生 1KH 的参考信号波形实际为 1000.04Hz，此时低通滤波器 输入端无法获得稳定的整流波形，而是随着时间推移不断相移的变周 期图像的，因而经过低通滤波的直流量也将随时间作周期变化，经仿 真并结合大量试验数据分析，下面给出输入信号为 2V，频率为 1000Hz 时利用本系统测量量计算的信号幅度值随时间变化的关系图线：
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分压模块要求纯电阻分压网络的衰减系数不低于100，电路采用1k与120k电阻进行串联进行分压
模块原理图：
（三）微弱信号检测方案：
首先采用滤波电路对经过加法器出来的信号进行滤波，由于加法器把噪音与正弦信号相加在滤波电路要把正弦信号检出来，然后对正弦信号进行放大，使其幅度可以达到当输入正弦波信号VS的频率为1kHz、幅度峰峰值在200mV~ 2V范围内时，检测并显示正弦波信号的幅度值，要求误差不超过5%的要求，在对信号进行放大以后信号进入峰值检测电路，对电路进行幅度检测，然后由MSP430进行采样经过AD模块把最后的幅度值显示出来。
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二．方案论证
（一）加法器模块方案：
用TI公司提供的OPA2134PA实现加法器模块，对提供的两个信号由信号发生器产生的正弦波和以给定的标准噪声进行相加，OPA2134pa是高性能专业双音频放大器，具有超低失真，低噪音等特点，其带宽为8MH，满足题目带宽大于1MHz的要求。
加法器模块原理图：
电路理论原理如下：
不加噪音时效果如下：
滤波电路如图所示
（四）AD误差测量及结果
向MCU输入可变直流电源，1602液晶模块显示出当前电压幅度值如下表
次数
输入电压（V）
显示幅度（V）
1
2.5
2.395
2
2.2
2.107
3
2.0
1.916
4
1.8
1.732
5
1.6
1.584
6
1.4
1.374
7
1.2
1.129
8
1.0
1.013
微弱信号检测装置设计报告
微弱信号检测装置（A题）
摘要
本装置主要由加法器，纯电阻分压网络，微弱信号检测电路，显示电路四部分组成，本设计利用函数发生器产生的正弦波和给定的标准噪声相加，作为滤波电路的输入参考信号，其中加法运算模块采用TI公司提供的OPA2134PA芯片来实现相加作用，电路分压采用纯电阻分压网络进行分压使其衰减系数不低于100，滤波电路采用两个OP07AH运放叠加使用来进行滤波，在信号滤波完毕以后使用LM358进行信号放大，最后通过芯片MSP430的A/D模块和显示模块实现显示信号幅度值的功能。
（二）正弦信号源与噪声源之和Vc
噪声源采用给定的标准噪声（wav文件）来产生，通过笔记本的音频播放器播放噪声文件，从音频输出端口获得噪声源，噪声幅度通过调节播放器的音量来进行控制，将输出端与数字示波器相连，可观察到噪音无规律的波形。
（三）检测合成后的噪声图形
将正弦波信号Vs和给定的标准噪声通过制作好的加法电路输出如下图所示波形
微弱信号检测电路原理图分为滤波电路、放大电路、峰峰值检测电路三部分：
1.滤波电路
2.放大电路原理图
说明：反相比例运算电路求增益
电路为电压并联负反馈放大电路由电路原理虚短和虚断可得在换路的时候 ， ,可得
可算得电路增益为12.5
3.峰峰值检测电路原理图：
三.测试方案及测试结果分析
(一)正弦波信号源
利用函数发生器输入弦波信号VS的频率为1kHz、幅度峰峰值在200mV~ 2V范围内，输出端直接与数字示波器相连，得到频率为1kHz
9
0.8
0.812
10
0.6
0.631
11
0.4
0.406
12
0.2
0.203
误差统计平均值
0.4%
（五）正弦波幅度采集
幅度峰峰值
实际测量值（v）
理论值（v）
200mv
0.102
0.1
300mv
0.151
0.15
400mv
0.203
0.2
500mv
0.251
0.25
600mv
0.301
0.3
700mv
1．流程图部分
（1）微弱信号检测装置示意图：
（二）原理框图：
说明：
由信号发生器发生的正弦波和已给的标准噪声构成的两路信号经相加器进行相加运算后整合成一路信号，然后对信号进行分压，在对信号进行微弱信号检测，其中包括滤波部分、放大部分、峰值检测部分。最后由MSP430进行采样输出幅度值
(三)软件流程图：
0.35
0.35
800mv
0.4020Leabharlann 4900mv0.45
0.45
1v
0.505
0.5
1.1v
0.551
0.55
1.2v
0.6
0.6
1.3v
0.653
0.65
1.4v
0.701
0.7
四．总结
经过四天三夜的电路设计、焊接调试、程序设计联调，最终完成了整个规定的设计过程。从最终的结果看，达到了预期的各项基本要求，主要包括 ：加法器的输出VC=VS+VN，带宽可达到8MHz远远大于要求的1MHz；纯电阻分压网络的衰减系数不低于100，微弱信号检测电路的输入阻抗Ri≥1 M，当pad（MSP430小开发板）检测并显示正弦波信号的幅度值是时，误差仅为0.4%;输入正弦波信号VS的频率为1 kHz、幅度峰峰值在200mV ~ 2V范围内等。通过这几天的设计竞赛，我们不但增强了实践能力和合作精神，而且懂得了理论联系实际的重要性，在不断的调试中吸取经验，这对我们以后的学习生活不无裨益，当然我们的设计中还存在着一些缺陷，有待于进一步提高，在此恳请各位老师批评指正。
Distract
This device is mainly consists of summator ,pure resistance points pressure network, weak signal detection circuit and show circuit .Use functiongenerator design from the sine wave and given standard noise adding togetheras the filter circuit reference signal input,Among them thedenominator module USES of TI company provide OPA2134PA chip to achieve addition effect，Circuit differential pressure through pure resistance points pressure network points the pressure coefficient of not less than 100，and the filter circuit adopts two OP07AH op-amp superposition use to filter, At last,we can use the chip to achieve the purpose of vision through the MSP430.