微弱信号检测思考题
光电系统微弱信号检测技术及其改进思考
光电系统微弱信号检测技术及其改进思考
光电系统微弱信号检测技术是利用光学和电子技术相结合，对微弱信号进行精确测量和分析的一种技术。
它广泛应用于光电通信、光谱分析、光学成像等领域。
在光电系统微弱信号检测技术中，主要涉及以下几个方面的改进思考：
1. 提高光敏元件的灵敏度：可以通过改进光敏元件的结构设计，优化电荷转移效率、增加光电流增益等手段，使光敏元件对微弱信号的检测能力得到提升。
2. 降低噪声干扰：噪声是检测微弱信号时的主要干扰源。
可以通过优化光电系统的电路设计、选择低噪声元件、采用滤波技术等方法，降低噪声对微弱信号的影响。
3. 加强光学系统的效率：光学系统的效率直接影响到微弱信号的传输和接收。
可以通过改进光源的亮度、提高光学器件的透过率和反射率等手段，提高光学系统的效率，从而提升微弱信号的检测灵敏度。
4. 开发新的信号处理算法：传统的信号处理算法可能无法有效处理微弱信号的特点，可以考虑开发新的信号处理算法，针对微弱信号的特点进行优化，提高检测的准确性和可靠性。
总而言之，光电系统微弱信号检测技术的改进思考包括提高光敏元件的灵敏度、降低噪声干扰、加强光学系统的效率以及开发新的信号处理算法等方面。
这些改进措施的综合应用有助于提升微弱信号检测技术的性能和可靠性。
微弱信号检测作业
H( j)
R1C1
1 R1C1 2 1 R2C2 2
当ω=0 时，电路的增益 A0=1
2
等效噪声带宽 Be 0 1
R1C1
R1C12 1
R2C2 2
d
1
1
C2 R2 C1R1
2
1 4C2 R2
1
1 (RC)2
当ω=0 时，电路的直流增益 A0=1 等效噪声带宽
Be
0
1
2 d
(rad / s )
1 (RC)2
2RC
令幅频响应函数 H ()
1 2
计算出电路的-3dB
带宽
B0
1 RC
(rad
/
s)
(5)求二阶带通滤波器的噪声带宽，其中 R1C1>R2C2。
RY
( )
N0 4RC
e
RC
由式
Px
1 2
Sx
( )d
得
y
的功率
PY
1 2
SY
( )d
N0 4
1
1 ( RC)
2
d
令
RC
N0 4 RC
1
1
2
d
N0 4 RC
已知电路的幅频响应函数为
H ( j)
T0
T0
E( A2 ) 1
T0
T0 2 cos 2 t
T0 2
T0
物理实验技术中微弱信号检测器的使用技巧探究
物理实验技术中微弱信号检测器的使用技巧探究物理实验技术中微弱信号的检测是一项关键的技术，它在各个领域中都扮演着重要角色。
本文将探究物理实验技术中微弱信号检测器的使用技巧。
微弱信号的检测在物理实验中具有重要意义，它对于测量微小变化、探索微观世界以及提高信号传输的灵敏度至关重要。
然而，由于微弱信号常常受到环境噪声的干扰，因此必须采取一系列技术手段来减小干扰，提高检测的精度和灵敏度。
首先，对于微弱信号的检测器选择至关重要。
在选择检测器时，需考虑信号的特性、频率范围以及实验的具体需求。
常见的微弱信号检测器包括放大器、锁相放大器、光电二极管等。
针对不同的实验需求，选用适合的检测器能够提高信号的检测效果。
其次，信号的传输过程中应注意信号的衰减问题。
在传输过程中，信号可能会受到线路、连接器和缆线等因素的影响而衰减。
因此，选用低衰减率的材料和优质的线缆可以在一定程度上减小信号衰减，提高信号的保真度和强度。
此外，消除信号干扰是提高信号检测精度的关键一环。
干扰源可以是来自环境的噪声，也可以是实验装置内部的干扰。
为了减小来自环境的噪声干扰，可以选择在低噪声环境中进行实验，并使用隔音材料阻隔外部声音。
至于内部干扰，应确保实验装置的接地良好，并合理安排线路布局，避免信号交叉干扰。
另外，提高信号的信噪比也是一项重要任务。
信噪比是指信号与噪声强度的比值，它直接关系到信号的可靠性和精确度。
提高信噪比可以通过增强信号的强度，减小噪声的干扰等手段来实现。
例如，在实验中可以采用冷却技术降低噪声的产生，使用低噪声放大器放大信号。
此外，数据处理和分析也是微弱信号检测的重要环节。
在数据处理中，应使用合适的滤波器对信号进行滤波，以去除不必要的噪声。
数据分析阶段可以使用谱分析仪、频谱图等工具对信号进行进一步分析和挖掘。
最后，进行实验时还应注意实验的稳定性和可重复性。
稳定性是指实验结果的一致性，可重复性是指实验结果的再现性。
为了提高实验的稳定性和可重复性，需要注意一些实验细节，如温度控制、实验仪器的校准、隔离震动等。
微弱信号检测练习思考题
《微弱信号检测》练习题1、证明下列式子：（1）R xx(τ)=R xx(-τ)（2）∣ R xx(τ)∣≤R xx(0)2x(t)x(t-τ)≤x2(t)+x2(t-τ)∣ R xx(τ)∣≤R xx(0)（3）R xy(-τ)=R yx(τ)（4）| R xy(τ)|≤[R xx(0)R yy(0)]2、设x(t)是雷达的发射信号，遇目标后返回接收机的微弱信号是αx(t-τo)，其中α«1，τo是信号返回的时间。
但实际接收机接收的全信号为y(t)= αx(t-τo)+n(t)。
（1）若x(t)和y(t)是联合平稳随机过程，求R xy(τ)；（2）在（1）条件下，假设噪声分量n(t)的均值为零且与x(t)独立，求R xy(τ)。
3、已知某一放大器的噪声模型如图所示，工作频率f o=10KHz，其中E n=1μV，I n=2nA，γ=0，源通过电容C与之耦合。
请问：（1）作为低噪声放大器，对源有何要求？（2）为达到低噪声目的，C为多少？4、如图所示，其中F1=2dB，K p1=12dB，F2=6dB，K p2=10dB，且K p1、K p2与频率无关，B=3KHz，工作在To=290K，求总噪声系数和总输出噪声功率。
5、已知某一LIA的FS=10nV，满刻度指示为1V，每小时的直流输出电平漂移为5⨯10-4FS；对白噪声信号和不相干信号的过载电平分别为100FS和1000FS。
若不考虑前置BPF的作用，分别求在对上述两种信号情况下的Ds、Do和Di。
6、下图是差分放大器的噪声等效模型，试分析总的输出噪声功率。
7、下图是结型场效应管的噪声等效电路，试分析它的En-In模型。
8、R1和R2为导线电阻，R s为信号源内阻，R G为地线电阻，R i为放大器输入电阻，试分析干扰电压u G在放大器的输入端产生的噪声。
9、如图所示窄带测试系统，工作频率f o=10KHz，放大器噪声模型中的E n=μV，I n=2nA，γ=0，源阻抗中R s=50Ω，C s=5μF。
微弱信号检测技术要求习题
2.一声呐换能器工作频率为30kHz，声源级为210dB。设
为球面波扩展，若考虑吸收衰减，则在1000m、5000m处
的声压级分别为多少？在什么距离上由球面扩展造成的
损失与由海水吸收造成的损失相等？
解：SLL SL 20lg r r
3
3
0.036 f 2 0.036 302 5.9154dB / km
滤波器的冲激响应为
h(t) Ks(t0 t)
滤波器的输出：
y(t)
s(t )h( )d
K
s(t )s(t0 )d
K
s(
'
)s(t
t0
' )d '
KRss (t t0 )
2.宽带能量检测器和过零点检测器结构图和原理分 别是什么？
（3)为了进行信号源、噪声源的分类例如信号源强、 弱的分类，需要进行动态范围压缩。
实现动态范围压缩的基本方法是对检测装置的接收 机进行增益控制。增益控制方法有三种：自动增益 控制（AGC)、时间增益控制(TGC)和混响增益控制 (RGC)。
2、被动声引信如何防爆炸声干扰？画出结构图和各部 分波形示意图。
解：被动声纳方程：
(SL TL) (NL DI) DT
SL=120dB NL=55dB DI=15dB DT=15dB
TL=65dB=20lgr+5
r=1000米
第四章思考题
1、白噪声背景下的匹配滤波器的传输函数、冲激响 应和输出分别是什么？
答：滤波器的传输函数为
H( ) KS * (ω）e jt0
所以化们的噪声谱中通常包含很强的空化噪声连续 谱，宽带总声级很高。频谱的特点是强连续谱加线 谱。潜艇为了隐蔽自己经常在临界航速以下航行， 其螺旋桨是不空化的，总声级很低。频谱的特点是 很弱的连续谱加明显的线谱。
微弱信号检测第1章
被测低频信号：Vs(t)=cosωst
ωc/ωs > 20
Vm(t)=Vs(t).×Vc(t)= cos ωst cos ωct
=0.5cos(ωc+ωs)t+0.5cos(ωc-ωs)t
解调过程：Vd(t)= A Vm(t) × Vc(t) 经 LPF，得放大了的被测信号：
A为交流放大倍数
= 0.25 A [cos(2ωc+ωs)t+ cos(2ωc-ωs)t+2 cos ωst]
1. 自功率谱密度函数
x(t)的功率为Px，在角频率ω与ω+Uω之间的功率为UPx，功率谱密度函数定义为
S x (ω ) = Lim
∆ω → 0
∆Px ∆ω
它反映的是噪声功率在不同频率点上分布的情况。
清华大学自动化系 6
《微弱信号检测》第 1 章
根据维纳-辛钦（Wiener-Khinchin）定理： Sx(ω)特点：
+3σx
（二）泊松分布 （三）均匀分布
-3σx
t (ms)
1.3.2 随机噪声的均值、方差和均方值
1． 均值µx
µx = E[x(t)] = ∫ x(t) p(x)dx
−∞
∞
（1-15）
对于各态遍历的平稳随机噪声，其统计平均可以用时间平均来计算，即
µx = Lim
T →∞
1 T x(t )dt 2T ∫−T
p(x,y)= p(x) p(y)
而当上式成立时，x 与 y 必定相互独立，而且 3．归一化相关函数 （1）归一化自相关函数： 根据Rx(0)≥Rx(τ)，可知–1 ≤ ρx(τ) ≤ +1。 （2）归一化互相关函数：
E[xy]= E[x] E[y]。
CH15微弱信号检测含答案传感器与检测技术第2版习题及解答
第15章微弱信号检测一、单项选择题1、噪声是一种（）A、离散型随机变量B、连续型随机变量C、离散型确定变量D、连续型确定变量2、锁相放大器具有极强的抑制噪声的能力。
锁相放大器是一种利用( )设计的同步相干检测仪A、互相关原理B、自相关原理C、弱相关原理D、强相关原理二、多项选择题1、微弱信号检测的目的是（）A、从噪声中提取出有用信号B、提取小信号C、用一些新技术和新方法来提高检测系统输入输出信号的信噪比D、发现噪声2、以下说法正确的是（）A、电子线路的噪声大都是一种平稳随机过程；B、互相关与几个噪声同时形成干扰有关；C、自相关是随机平稳过程的一个重要特征；D、绝大多数噪声是相互独立的。
3、相关检测分为（）两种情形A、自相关检测B、互相关检测C、弱相关检测D、强相关检测4、以下利用了同步积累法制作的是（）A、同步积分器B、取样积分器C、数字多点平均器D、锁相放大器三、填空题1、微弱信号是相对背景噪声而言，其的一类信号。
2、微弱信号检测的任务是采用电子学、信息论、计算机及物理学、数学的方法，分析，研究被测信号的特点与相关性，对被噪声淹没的微弱有用信号进行。
3、所谓相关检测就是利用的特点，通过的计算，达到从噪声中检测出微弱信号目的的一种技术。
4、同步积累法利用了信号的和噪声的。
四、简答题1、简述自相关检测的原理。
2、简述互相关检测的原理。
3、简述相干检测的原理。
4、什么是微弱信号检测？5、微弱信号检测的目的是什么？6、什么是噪声？7、简述锁相放大器的组成与工作原理。
8、同步积分器、取样积分器、数字多点平均器各自适用的条件是什么？第15章 微弱信号检测一、单项选择题二、多项选择题三、填空题四、简答题1、答：实现自相关检测的原理如图A.8所示。
图A.8 自相关检测原理框图设输入信号()x t 由被测信号()s t 和噪声()n t 组成，即：()()()x t s t n t =+。
()x t 同时输入到相关接收机的两个通道，其中一个通过延时器使其延迟一段时间τ。
实验思考题答案
大学物理近代实验思考题一1．夫兰克－赫兹实验测出的汞原子的第一激发电位的大小与F－H管的温度有无关系？为什么？答：夫兰克赫兹实验所测出的汞原子的第一激发电位与F－H管的温度是没有关系的。
因为虽然当温度升高，会使管内的热电子数量增加，从而导致曲线峰电流增大，曲线位置受影响向上移动，但是Vg是一定的，汞的第一激发电位为4.9V不变。
即：由汞原子能级的结构决定了第一激发电位。
2．在夫兰克－赫兹实验中，为什么IA－UGK曲线的波峰和波谷有一定的宽度？答: 因灯丝发射的电子初动能存在一个分布，且灯丝发射的电子其能量分散小于零点几个电子伏特；电子加速后的动能也存在一个分布，这就是峰电流和谷电流存在一定宽度的原因。
3:为什么IA－UGK曲线的波谷电流不等于零，并且随着UGK的增大而升高？答：1.波谷电流不为零是因为：电子在栅极附近跟汞原子发生碰撞存在一定的几率，因此总有部分电子没和汞原子发生碰撞而直接到达A 级从而形成电流。
故其不为0。
2.波谷电流随着UGK的增大而升高是因：随着UGK的增大，在栅极附近没和汞原子发生碰撞，而直接到达A级形成电流的电子数量会不断增多，从而使波谷电流增大。
4题分析，当电子管的灯丝电压变化时，IA－UGK曲线应有何变化？为什么？答：若电子管的灯丝电压变大时，电子动能也会变大，从而使得电子为第一激发势时还有剩余动能；与汞原子碰撞之后剩余的能量越多，能够克服拒斥电场到达A极的电子就会越多，而极板间电流也就越大，所以在汞的第一激发势固定为Vg间隔时，曲线越尖锐。
反之亦然！5题：电子管内的空间电位是如何分布的？板极与栅极之间的反向拒斥电压起什么作用？答：电子馆内的电位分布为：Vk>VG1=VG2>VA；反向拒斥电压的作用为：挑选能量大于UGA的电子，从而冲过拒斥电压形成通过电流计的电流。
6题：RE:在夫兰克-赫兹实验中，提高灯丝电压，IA-UG2A会有什么变化？为什么？若提高拒斥电压，IA-UG2A会有什么变化？为什么？答：提高灯丝电压，电子获得的动能增加，电子数增加，克服拒斥电压后将有较多电子形成电流，所以曲线电流幅度加大；而拒斥电压增加，能克服它的电子数将减少，电流也减小，所以曲线幅度也就减小了。
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微 弱信号检测
第四章
1、相关检测理论基础是什么？主要由哪几部分组成？各部 分起什么功能？ 2、相关函数估计值的信噪比的计算；说明相关检测和积分 时间的关系。
3、简述几种典型相关函数算法及其实现方法。 4、说明相关检测在泄露检测中的应用？
微 弱信号检测
绪论及第一章
1、噪声与干扰的基本概念，对检测系统有何影响？
2、随机噪声瞬时幅度分布与功率谱密度分布对放大器设计 有何指导意义？
3、等效噪声带宽与信号带宽的物理意义？对评价一个检测 系统的抗噪声性能有何指导作用？ 4、无源元件、有源器件的噪声特性及选择元件的原则？ 5、低噪声放大器设计中有哪几个重要环节？关键是哪一级？ 如何使放大器噪声特性最佳？ 6、如何正确使用低噪声前置放大器？ 7、系统的接地与屏蔽主要有哪几种？各有何特点？如何来 正确处理系统的接地与屏蔽问题？如何避免微弱信号检测中 地回路电流的影响？
微 弱信号检测
第三章
1、取样积分器是采用的是什么原理？由几部分组成？各部 分的功能及要求如何？
2、线性门积分和指数式门积分各有何特点？在使用时如何 选择？如何从它的传递特性来理解其抗噪声特性及波形恢复 能力？分析信噪比改善的关系式。 3、简述几种典型的取样积分器工作原理及特点。 4、取样门宽Tg，时基宽度TB，慢扫描时间TS及积分时间常 数TC之间的关系，如何选择参数？ 5、设有一高速脉冲(前、后沿小于2～3ns，重复频率为 1MHZ)淹没在噪声中，其输入信噪比为0.1，要求恢复出的 输出信号波形信噪比优于10，试用BOXCAR检测，计算出测 试6、参数数字。式平均的工作原理？有何特点？信噪比改善如何？
微 弱信号检测
第二章
1、锁定放大是采用什么原理设计的？由几部分组成？各 部分的功能及要求如何？
2、如何理解相敏检测器、旋转电容滤波器的工作原理及特 性，以及它们的等效带宽的解析式、物理意义？ 3、简述几种典型的锁定放大器工作原理及特点。
4、使用锁定放大器的过程中，在不同噪声的情况下，如何 考虑输入总动态范围、动态储备及输出动态范围三者之间的 动态协调？ 5、设计一用锁定放大器检测光源光谱分布的测试方案，并 考虑对电源波动引起光强波动所产生的误差进行补偿。 6、如何用锁定放大器测试一个低噪声放大器的噪声系数？