基于锁相放大器的微弱信号检测系统设计与实现

摘要：微弱信号测量中，目标信号经常会混入诸多噪声，甚至出现被高强度噪声淹没的情况，导致测量精度受影响。信号越微弱，噪声相对越大。因此抑制噪声，从中提取微弱信号对微弱信号检测具有重要意义。在信息科学领域，互相关方法是目前最常用的一种时域检测方法。本文以相关检测为理论基础设计了基于锁相放大器的微弱信号检测系统。该系统能够对强噪声背景下的微弱信号进行有效的测量，拥有实时性、低输入信噪比、宽输入带宽、测量准确、成本低等优点。

关键词：锁相放大器、半波整流、微弱信号检测、互相关检测

0.引言

随着光学传感器等新型传感技术在电力系统中的广泛应用，微弱信号的检测受到越来越多的关注[1]。在测量各种物理量，如温度、加速度、光强度时，用传感器将其转换为电信号，然后输入到测量仪器中。

然而，在实际测量环境中，仅获得目标信号是很难做到的，通常连不必要信号，即噪声也会混合进来，被一同测量，导致测量精度受影响。其中，根据不同场合，噪声不仅限于电信号，也可能来自于电路中元器件中的分子热运动，或是半导体材料中载流子的不规则运动等[2]，经常会出现噪声强度远远高于目的信号强度的情况。

鉴于以上问题，本文以互相关检测作为理论基础，提出了低成本、实时性微弱信号检测系统。该方案使用模拟电路，采用低成本的CD4051模拟开关等效昂贵的乘法器，对参考信号和待测信号进行相关检测，能够实时准确地测量出微弱信号幅值和相位信息。……