[實(shí)用新型]一種用于水質(zhì)監(jiān)測(cè)設(shè)備中的雙鎖相放大器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201220580656.1
• 申請(qǐng)日: 2012-11-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN203151437U
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-08-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 謝明明;李偉;李紅麗;莊曉東
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 蘇州聚陽(yáng)環(huán)保科技有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H03F7/00
• 分類(lèi)號(hào): H03F7/00;H03L7/00;G01N21/31
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于模擬電路及儀器設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體涉及一種用于水質(zhì)監(jiān)測(cè)設(shè)備中的雙鎖相放大器。?

背景技術(shù)

鎖相放大器（Lock—in?Amplifier，簡(jiǎn)稱(chēng)LIA）主要用于檢測(cè)信噪比很低的微弱信號(hào)，即使有用信號(hào)被淹沒(méi)在噪聲信號(hào)中，噪聲信號(hào)比有用的信號(hào)大很多，只要已知有用信號(hào)的頻率值，就能準(zhǔn)確測(cè)量出這個(gè)信號(hào)的振幅值。鎖相放大器實(shí)際上是一個(gè)模擬的傅立葉變換器，鎖相放大器的輸出是一個(gè)直流電壓，正比于輸入信號(hào)中某一特定頻率（參考信號(hào)的頻率）的信號(hào)幅值，而輸入信號(hào)中的其他頻率成分將不能對(duì)輸出電壓構(gòu)成任何貢獻(xiàn)；所以鎖相放大器必須保證輸入的有用信號(hào)和參考信號(hào)頻率一樣，且兩者的相位差不變，并且有用信號(hào)的振幅保持穩(wěn)定，其輸出的直流電壓信號(hào)大小才與有用信號(hào)的振幅成正比，此比例和鎖相放大器的放大倍數(shù)、輸入信號(hào)和參考信號(hào)的相位差有關(guān)。因此，現(xiàn)有鎖相放大器在應(yīng)用時(shí)需要知道輸入信號(hào)的頻率，且必須保持輸入信號(hào)和參考信號(hào)的相位差不變；而在實(shí)際應(yīng)用中，在很多場(chǎng)合，由于各種原因（器件的延時(shí)，溫濕度的變化，化學(xué)試劑導(dǎo)致光信號(hào)的變化）會(huì)導(dǎo)致輸入信號(hào)中有用信號(hào)的相位發(fā)生變化，且這種變化又是不可估計(jì)和測(cè)量的，因此，要從噪聲中提取微弱的有用信號(hào)，即使知道有用信號(hào)的頻率，一旦有用信號(hào)和參考信號(hào)的相位差發(fā)生變化，鎖相放大器輸出的直流電壓值就會(huì)不準(zhǔn)確，且不穩(wěn)定，這將直接導(dǎo)致監(jiān)測(cè)儀器的測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確，不穩(wěn)定。此外，現(xiàn)有水質(zhì)監(jiān)測(cè)設(shè)備儀器，尤其是水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)儀器，普遍存在因抗外界干擾能力差、環(huán)境適應(yīng)性不強(qiáng)導(dǎo)致的測(cè)量結(jié)果的示值誤差和重復(fù)性誤差偏大等問(wèn)題。?

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型目的是：提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)提取出的有用信號(hào)的振幅進(jìn)行準(zhǔn)確、穩(wěn)定測(cè)量的用于水質(zhì)監(jiān)測(cè)設(shè)備中的雙鎖相放大器。?

本實(shí)用新型的技術(shù)方案是：一種用于水質(zhì)監(jiān)測(cè)設(shè)備中的雙鎖相放大器，其特征在于，包括：信號(hào)轉(zhuǎn)換單元，包括電光轉(zhuǎn)換模塊、目標(biāo)反應(yīng)模塊、光電轉(zhuǎn)換模塊和AC放大器，電光轉(zhuǎn)換模塊通過(guò)目標(biāo)反應(yīng)模塊與光電轉(zhuǎn)換模塊相連，所述光電轉(zhuǎn)換模塊與AC放大器相連；信號(hào)調(diào)整單元，包括帶通濾波器、AC放大器、跟隨和反相模塊，AC放大器的輸出與帶通濾波器相連，帶通濾波器通過(guò)AC放大器與跟隨和反相模塊相連；雙鎖相放大器單元，包括模擬開(kāi)關(guān)、低通濾波器和DC放大器，跟隨和反相模塊的輸出與模擬開(kāi)關(guān)相連，模擬開(kāi)關(guān)通過(guò)低通濾波器與DC放大器相連；MCU單元，包括AD采樣模塊和MCU，AD采樣模塊與DC放大器的輸出相連，AD采樣模塊的輸出與MCU相連。?

參考信號(hào)Z經(jīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換單元的電光轉(zhuǎn)換、光電轉(zhuǎn)換和初始信號(hào)處理后轉(zhuǎn)換為雜波、噪聲和有用信號(hào)共存的信號(hào)Z′；信號(hào)Z′經(jīng)信號(hào)調(diào)整單元的濾波、放大及反相處理后得到兩個(gè)相位完全相反的信號(hào)A和B；信號(hào)A和B經(jīng)雙鎖相放大器單元分別與參考信號(hào)X和Y相乘，之后再經(jīng)濾波和放大后得到信號(hào)A′和B′；最后，MCU單元將信號(hào)A′和B′進(jìn)行AD采樣和數(shù)字信號(hào)處理，輸出目標(biāo)信號(hào)；同時(shí)MCU單元為雙鎖相放大器單元和信號(hào)轉(zhuǎn)換單元提供參考信號(hào)X、Y和Z。?

以下結(jié)合各個(gè)模塊詳述雙鎖相放大器的信號(hào)處理方法。?

（1）信號(hào)轉(zhuǎn)換單元，?

信號(hào)轉(zhuǎn)換單元，主要包含電光轉(zhuǎn)換模塊、目標(biāo)反應(yīng)模塊、光電轉(zhuǎn)換模塊和AC放大器。?

此單元首先通過(guò)電光轉(zhuǎn)換將參考信號(hào)Z轉(zhuǎn)換成隨參考信號(hào)Z變化的原始光源信號(hào)Z1，光信號(hào)Z1經(jīng)目標(biāo)反應(yīng)后變成Z2，Z2再經(jīng)光電轉(zhuǎn)換變換成Z3，而Z3是由參考信號(hào)Z控制，和目標(biāo)反應(yīng)中檢測(cè)物質(zhì)溶度變化有關(guān)，Z3經(jīng)初步的AC放大器后變成Z′。由于電光轉(zhuǎn)換模塊的失真、目標(biāo)反應(yīng)中存在干擾因素、背景光對(duì)Z2的影響、光電轉(zhuǎn)換和AC放大器的失真及各電路的熱噪聲等諸多因素的影響，最后得到的Z′信號(hào)帶有很多雜波。?

本單元主要目的是得到一個(gè)頻率可控（頻率與參考信號(hào)Z相同且由MCU控制）的信號(hào)Z′，且此信號(hào)中包含經(jīng)過(guò)目標(biāo)反應(yīng)之后的有用信號(hào)。?

（2）信號(hào)調(diào)整單元，?

信號(hào)調(diào)整單元，包含帶通濾波器、AC放大器、跟隨和反相模塊。?

帶通濾波器單元可將從信號(hào)轉(zhuǎn)換單元得到的帶有很多雜波的電信號(hào)Z′經(jīng)過(guò)本帶通濾波器的濾波處理，得到所需的與參考信號(hào)Z頻率相同的有用信號(hào)Z″，隨后，將此信號(hào)Z″傳輸給AC放大器進(jìn)行放大，得到Z″′，Z″′經(jīng)過(guò)跟隨和反相處理，得到兩個(gè)無(wú)延時(shí)、相位完全相反、振幅相同的信號(hào)A和B。?

此單元主要從Z′中提取出有用信號(hào)A和B。A、B兩信號(hào)的頻率皆與參考信號(hào)Z相同，且其振幅跟目標(biāo)反應(yīng)相關(guān)。?

（3）雙鎖相放大器單元，?

雙鎖相放大器單元，包含模擬開(kāi)關(guān)、低通濾波器和DC放大器。?