[發明專利]一種微弱信號的處理方法及裝置

無效

• 申請號: 201310278674.3
• 申請日: 2013-07-03
• 公開（公告）號: CN103389126A
• 公開（公告）日: 2013-11-13
• 發明（設計）人: 邵聰磊;劉宜偉;巫遠招;李潤偉;詹清峰
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波材料技術與工程研究所
• 主分類號: G01D21/00
• 分類號: G01D21/00
• 代理公司: 北京鴻元知識產權代理有限公司 11327
• 代理人: 陳英俊

技術領域

本發明屬于信號檢測、處理技術領域，特別涉及一種微弱信號的處理方法及裝置，適用于對微弱信號進行高精度、高可靠性地檢測、放大處理，以利于后續信號處理。

背景技術

微弱信號是相對背景噪聲而言信號幅度的絕對值很小、信噪比很低（遠小于1）的一類信號。在實際應用中，往往需要對各種微弱信號進行識別、檢測與采集，但是由于該信號強度弱而導致相關處理較困難。例如，利用各種傳感器，如磁傳感器、光電傳感器、壓電傳感器等探測物理信號時，經常遇到的問題是當檢測信號是微弱信號時，其信號強度往往遠小于各種噪聲信號強度，如電子熱噪聲、地磁場的擾動等，導致該檢測信號被噪聲信號淹沒，給檢測帶來困難。

因此，有關微弱信號處理方面的探索研究，包括其檢測、放大、采集等，對目前的科技領域具有重要的意義。

發明內容

本發明的技術目的是針對微弱信號的檢測與采集等處理較困難的問題，提供一種微弱信號的處理方法，利用該方法能夠對各類微弱信號，包括光信號、磁信號、力信號等進行檢測、放大等處理。

本發明實現上述技術目的而采用的技術方案為：一種檢測微弱信號的方法，包括如下步驟：

由兩個或者兩個以上傳感器元件構成惠斯登橋臂組，其中至少一個橋臂作為參考橋臂，其余橋臂作為檢測橋臂；產生一個交流信號A，該交流信號A驅動所述惠斯登電橋；所述惠斯登電橋的檢測橋臂探測微弱信號并將其轉換為電信號，得到差分信號B；

將所述差分信號B經過前置放大、帶通濾波后得到前期處理信號C；

將所述前期處理信號C移相后與所述交流信號A共同送入選頻器進行自相關運算，得到運算結果D；或者，將所述交流信號A移相后與所述前期處理信號C共同送入選頻器進行自相關運算，得到運算結果D’；

將所述運算結果D或者D’進行低通濾波處理，得到放大處理后的微弱信號。

所述前置放大、帶通濾波的先后工作順序不受限制；

當對微弱信號放大后的性能要求較高時，將所述運算結果D或者D’低通濾波后進行直流偏置處理。

綜上所述，本發明提供的微弱信號處理方法簡單易行，能夠高精度、高可靠性地對微弱信號進行檢測、放大處理，以提取淹沒在噪聲中的微弱信號并且提高其信噪比，有利于對微弱信號進行后續處理。實驗證實，其可在較強干擾環境中實現對μV級甚至nV級微弱信號進行檢測，放大處理，因此是一種具有應用價值的信號處理技術。

本發明實現上述微弱信號放大的裝置包括：微弱信號探測單元、信號發生器、信號前期處理單元、移相器、選頻器以及低通濾波器；

所述的傳感器元件數目為兩個或者兩個以上，作為優選，傳感器元件數目為2‐20個，進一步優選為4‐16個；

所述的橋臂組中的橋臂數目為兩個或者兩個以上，其中至少一個橋臂作為參考橋臂，其余橋臂作為檢測橋臂，作為優選，橋臂數目為2‐10個；

所述的信號發生器一端產生交流信號A，用于驅動該惠登電橋，所述惠斯登電橋的檢測橋臂探測微弱信號并將其轉換為電信號，得到差分信號B；

所述的信號前期處理單元包括前置放大器與帶通濾波器，用于對差分信號B進行放大與帶通濾波后得到前期處理信號C；

所述的移相器位于信號前期處理單元與選頻器之間，前期處理信號C移相后與信號發生器另一端產生的交流信號A通過選頻器進行自相關運算，得到運算結果D；或者，所述的移相器位于載波信號發生器另一端與選頻器之間，載波信號發生器另一端產生的交流信號A移相后與前期處理信號C通過選頻器進行自相關運算，得到運算結果D’；

所述的低通濾波器用于將運算結果D或D’進行低通濾波處理。

上述傳感元件與微弱信號種類相適應，例如當微弱信號為磁信號時，該傳感元件為磁阻傳感元件，包括各向異性磁電阻元件、巨磁阻抗元件、隧穿磁電阻元件與龐磁電阻元件等；當微弱信號為光信號時，該傳感元件為光傳感元件，包括光敏電阻元件、光電二極管元件與光電晶體管元件等；當微弱信號為力信號時，該傳感元件為力傳感元件，包括應變片元件、壓電元件等。

上述微弱信號放大裝置中，所述的信號前期處理單元中前置放大器與帶通濾波器的先后順序不限；當對微弱信號放大后的性能要求較高時，該裝置在低通濾波器后還設置直流偏置器。

附圖說明

圖1是本發明微弱信號處理方法中由傳感元件構成的惠斯登橋臂組以及驅動該惠斯登電橋的交流信號A；

圖2是差分信號B經前期處理以及移相處理后的信號示意圖；

圖3是前期處理信號C與交流信號A經移相、自相關運算，然后經低通濾波、直流偏置處理后的信號示意圖；