用锁定放大器精确测量热敏电阻的温度特性VIP专享VIP免费

�第4卷�第1期2005年3月��太原师范学院学报(自然科学版)JOURNALOFTAIYUANTEACHERSCOLLEGE(NaturalScienceEdition)�Vol.4No.1�Mar.2005用锁定放大器精确测量热敏电阻的温度特性秦�巍�董有尔(山西大学物理电子工程学院,山西太原030006)���摘要��文章介绍了锁定放大器的功能特性,设计了用其精确测量热敏电阻温度特性的测量电路,并进行了测试、分析,得出了热敏电阻阻值随温度变化的关系曲线.�关键词��锁定放大器;热敏电阻;精确测量;温度特性�文章编号�1672-2027(2005)01-0040-04�中图分类号�TN722.1,TN37�文献标识码�A��热敏电阻是利用半导体的电阻阻值随温度显著变化这一特性制成的一种热敏元件,它具有灵敏度高,温度系数大,热惯性小,体积小,响应速度快等优点,它已广泛地用于工农业生产等各个领域.有些场合我们需要利用热敏电阻精确测量和控制温度,在有限的温度范围内测量微小的温度变化,获得高灵敏度的测温分辨率,因此,精确研究热敏电阻的温度特性很有意义.传统方法采用伏安法和电桥法,在温度变化缓慢时,信号非常微弱,常用放大器将信号放大许多倍,才能进行测量,此时外部噪声和电路元器件的内部噪声不可避免的出现,影响了被测量的精确性.如何有效地去除噪声的影响同时高精度地得到我们所期望的数据是我们所面临的主要问题,而锁定放大器所具有的强大抗噪声能力使得这个问题得到很好的解决.1�锁定放大器的工作原理锁定放大器是以频域信号窄带化处理的相关检测系统为核心的微弱信号检测仪器,它能在强噪声情况下检测微弱正弦信号的幅度和相位[1].锁定放大器有四个主要组成部分:信号通道、参考通道、相关器和直流放大器.相关器是锁定放大器的心脏.它是实现参考信号和被测信号两者的相关函数的电子线路.它由乘法器和积分器构成.乘法器采用动态范围大,线性好,电路简单的开关乘法器.积分器采用时间常数可调的低通滤波器.为了正确使用锁定放大器,我们首先了解其相关检测原理[2].一般来说,信号与噪声在时域内有明显不同,信号前后是有关联的,存在相关性;而噪声在不同时刻基本上不存在关联,即不存在相关性.利用这种相关性原理,已成为从强噪声中提取弱信号的重要手段.这种技术的理论基础是信息论和随机过程理论.这种检测方法被称为相关检测.它是一种频域信号的窄带化处理方法,也是一种积分过程的相关测量,是利用信号和外加参考信号的相关特性,而这种特性却是随机噪声所不具备的.��相关性用相关函数来描述.设有两个函数分别代表信号通道和参考通道的输入x1(t)=s1(t)+n1(t),x2(t)=s2(t)+m2(t)其中n1(t)、n2(t)分别代表混在待测信号s1(t)和参考信号s2(t)中的噪声,则x1(t)和x2(t)的相关为�互相关�,其互相关函数为Rx1x2=limt��1T�T0x1(t)x2(t-�)dt(1)图1�相关检测原理图Fig.1�Thechartofrelativedetectiontheory由于信号和噪声、噪声和噪声之间不存在相关性,上式运算后,只剩一项,即Rx1x2=Rs1s2,从而将信号从噪声中检出,噪声被抑制.对Rs1s2进行适当的解算,可得到待测信号s1(t).其互相关运算过程如图1所示[3]:若待测信号为s1(t)=e1cos�t�收稿日期:2003-11-10���作者简介:秦�巍(1974-),女,山西忻州人,山西大学物理电子工程学院讲师.参考信号为s2(t-�)=e2cos[(�+��)t+�]在式中�为两信号的延迟时间,它们进入乘法器后变换输出为s(t)s(t)=s1(t)�s2(t-�)=e1e2cos�t�cos[(�+��)t+�]=12e1e2{cos(��t+�)+cos[(2�+��)t+�]}经低通滤波器后,输出信号为V0(t)=ke1e2cos(��t+�)若两信号频率相同,则V0(t)=ke1e2cos�(2)从而检测出待测信号.由上面的简单推导我们可以看出互相关运算的确可以大幅度地去除噪声的影响.它具有十分窄小的信号和噪声带宽,依照通常带通滤波器Q值的含义,其等效Q值可达到108量级,这是常规滤波器所无法达到的.2�热敏电阻温度特性精确测量系统2.1�实现电路图2�温度测量电路Fig.2�Themeasuringcircuitoftemperature精确测量热敏电阻温度特性的电路如图2所示,信号发生器输出的信号分为两路,一路输给锁定放大器作参考信号,另一路通过变压器隔离耦合作为电桥的交流源,这样就满足了锁定放大器信号和参考信号幅度恒定,频率相同的条件,可...