微弱信号检测(WeakSignalDetection)微弱信号检测(WeakSignalDetection)第四章锁相放大器第四章锁相放大器微弱信号检测(WeakSignalDetection)微弱信号检测(WeakSignalDetection)第四章锁相放大器1.概述自从1962年，美国EG&GPARC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。模拟锁相放大器数字锁相放大器微弱信号检测(WeakSignalDetection)微弱信号检测(WeakSignalDetection)第四章锁相放大器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，而且其频带宽度不受调制频率的影响，稳定性也大大地提高。频谱迁移微弱信号检测(WeakSignalDetection)微弱信号检测(WeakSignalDetection)第四章锁相放大器3.锁相放大器的基本原理锁相放大器是以相关检测技术为基础，利用互相关的原理设计的一种同步相干检测仪。它是一种对检测信号和参考信号进行相关运算的电子设备，利用参考信号频率与输入信号频率相关，与噪声频率不相关，从而从噪声中提取有用信号。它而是把交流分量放大并变成相应的直流信号输出。是从强噪声中提取弱信号的重要手段。在国外常把这类仪器称为锁定放大器(Lock-inAmplifier)。可理解为:把待测信号中与参考信号同步的信号放大并检测出来。微弱信号检测(WeakSignalDetection)微弱信号检测(WeakSignalDetection)第四章锁相放大器经过调制ωm送入锁相放大器λ(t)I信号恢复λ(t)I随时间缓变的信号信号输入参考信号ωm输出信号（与信号幅度成正比，与相对相位有关）Lock-in锁相放大器的工作过程微弱信号检测(WeakSignalDetection)微弱信号检测(WeakSignalDetection)第四章锁相放大器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：互相关函数ttftfTRTTTd)()(21)(2112lim式中f1(t)和f2(t)为两个周期信号，τ为两个信号之间的任意延迟时间，T为平均积分时间（或称为时间常数）。微弱信号检测(WeakSignalDetection)微弱信号检测(WeakSignalDetection)第四章锁相放大器可以证明，只有当f1(t)和f2(t)为同频信号时，才可能有较大的输出值。锁相放大器正是利用了这个特性，在随时间的演变过程中两个同频信号可以相互关联，而噪声作为随机变量与被测信号不相关联，经过长时间积分平均后对周期性重复信号的累计要比对随机噪声的累计大得多，从而有可能将深埋于噪声背景中的信号取出，这就是相关检测方法能提高信噪比的原因。微弱信号检测(WeakSignalDetection)微弱信号检测(WeakSignalDetection)第四章锁相放大器我们可以按照上式来设计一个电路，其方框图如下，f1(t)和f2(t)为周期函数：相关检测方框图f1(t)f2(t)延时器τ乘法器积分器T输出ttftfTRTTTd)()(21)(2112lim微弱信号检测(WeakSignalDetection)微弱信号检测(WeakSignalDetection)第四章锁相放大器如果两个信号的频率分别为ω1和ω2，并记为：)sin()()sin()()(22221111tVtSttVtSS1(t)和S2(t)的互相关函数为：ttTVVttTVVtttVVTtRTTTTTTTTTdcos4dcos4d)sin()sin(21)(21212212121222112112limlimlim微弱信号检测(WeakSignalDetection)微弱信号检测(WeakSignalDetection)第四章锁相放大器ttTVVtRTTTdcos4)(212112lim相关检测的输出信号：两个信号频率不等的情况下，经过长时间积分平均后输出必定为零，说明频率不等的两个信号是不相关的。只有当两个信...
