[發明專利]一種基于頻域信號窄帶化的uV級微弱信號檢測教學箱

在審

• 申請號: 201810425665.5
• 申請日: 2018-05-07
• 公開（公告）號: CN109166387A
• 公開（公告）日: 2019-01-08
• 發明（設計）人: 劉暢;夏子杰;陳宇航;倪浩然;邢梓萌
• 申請（專利權）人: 南京信息工程大學
• 主分類號: G09B9/00
• 分類號: G09B9/00
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

本發明公開了一種基于頻域信號窄帶化的uV級微弱信號檢測教學箱，其特征在于，包括箱體、供電模塊、主控制單元、信號產生電路、信號通道、相敏檢波模塊、后級調理電路和數據采樣顯示模塊，信號產生電路、信號通道、相敏檢波模塊、后級調理電路和數據采樣顯示模塊依次串聯，數據采樣顯示模塊電連接主控制單元，供電模塊電連接主控制單元、信號產生電路、信號通道、相敏檢波模塊、后級調理電路和數據采樣顯示模塊。本裝置是以STM32作為系統的控制核心，不僅在微弱信號檢測實踐課程中達到良好的實踐要求，還能綜合所學知識應用于實踐，并且向學生引入較為前沿技術的FPGA的概念和應用，拓寬了電子信息的相關知識，提升學生的綜合素質和專業素養。

技術領域

本發明涉及一種基于頻域信號窄帶化的uV級微弱信號檢測教學箱，屬于微弱信號檢測技術領域。

背景技術

微弱信號是指深埋在背景噪聲中的極其微弱的有用信號，使用常規方法不能檢測到的微弱信號量，微弱信號檢測方法是研究如何從強噪聲中提取微弱特征信號的技術。微弱信號的檢測是發展高新技術，探索及發現新的自然規律的重要手段，對推動相關領域的發展具有重要意義。

窄帶化技術：單頻余弦(或正弦)信號或頻帶很窄的正余弦信號，屬于頻域信號。由于信號頻率固定，可以通過限制測量系統帶寬的方法，把大量的帶寬外的噪聲排除。鎖定放大器(Lock-in Amplifier,LIA)，屬于頻域信號窄帶化技術的一種，對信號頻譜進行遷移到調制頻率的兩邊，經過交流放大后，再用相敏檢波器(PSD)將其頻譜遷移到直流(w＝0)的兩邊，用窄帶低通濾波器(LPF)濾除噪聲，得到高信噪比的放大信號。此外，該方法信號處理簡單，有很高的檢測靈敏度，是微弱信號檢測的一種有效方法。

微弱信號檢測是微弱信號分析的前提，隨著科學技術的不斷發展,被噪聲掩蓋的各種微弱信號的檢測(如弱光、微溫差、微振動、弱磁、微電流等)愈來愈受到人們的重視。特別是隨著生物傳感器的發展(生物傳感器所產生的信號一般為頻率較低的微弱信號),微弱信號的有效檢測愈發顯得重要。強噪聲背景下的微弱特征信號檢測，一直是工程應用領域的難題，相關的教學也越來越被高校重視，但是在教學當中卻沒有較好的演示和實踐裝置來強化教學效果、鍛煉學生的動手實踐能力。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是克服現有技術的缺陷，提供一種基于頻域信號窄帶化的uV 級微弱信號檢測教學箱，利用鎖相放大(LIA)進行相敏檢波(PSD)的技術能夠在強干擾背景下實現uV級微弱信號的有效檢測，并將各個環節的結果在顯示屏上顯示，可以在教學和實踐環節給學生直觀的演示，也能讓學生動手實踐，加強教學效果。

為達到上述目的，本發明提供一種基于頻域信號窄帶化的uV級微弱信號檢測教學箱，包括箱體、供電模塊、主控制單元、信號產生電路、信號通道、相敏檢波模塊、后級調理電路和數據采樣顯示模塊，信號產生電路、信號通道、相敏檢波模塊、后級調理電路和數據采樣顯示模塊依次串聯，數據采樣顯示模塊電連接主控制單元，供電模塊電連接主控制單元、信號產生電路、信號通道、相敏檢波模塊、后級調理電路和數據采樣顯示模塊。

優先地，信號產生電路包括基于數字頻率合成的FPGA芯片和前級調理電路，前級調理電路包括增益受控放大電路、高度比較器電路、電壓調整電路、整流濾波電路和高速放大電路，