微弱信號(hào)檢測(cè)處理模塊的電路設(shè)計(jì)

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摘要:本文首先簡(jiǎn)單說(shuō)明了系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)、具體設(shè)計(jì)情況等微弱信號(hào)檢測(cè)前置處理模塊電路設(shè)計(jì)的相關(guān)內(nèi)容。再具體分析了針對(duì)所設(shè)計(jì)的微弱信號(hào)檢測(cè)前置處理模塊電路的實(shí)驗(yàn)測(cè)試，并得出了相應(yīng)的結(jié)論。

關(guān)鍵詞:微弱信號(hào)檢測(cè);前置處理模塊;電路設(shè)計(jì)

1微弱信號(hào)檢測(cè)前置處理模塊電路設(shè)計(jì)具體情況簡(jiǎn)介

1．1微弱信號(hào)測(cè)量系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介在進(jìn)行微弱信號(hào)檢測(cè)操作的時(shí)候，常常會(huì)遇到環(huán)境振動(dòng)過(guò)強(qiáng)、信噪比低等困難。針對(duì)于此，所設(shè)計(jì)的微弱信號(hào)測(cè)量系統(tǒng)就應(yīng)當(dāng)具有以下兩樣性能。其一，要能夠有效對(duì)如測(cè)量環(huán)境等的干擾進(jìn)行抑制，因此需要有較高的共模抑制比。其二，要能夠?qū)ξ⑷跣盘?hào)源內(nèi)阻的影響進(jìn)行控制與減弱，這需要有較高的輸入阻抗，這樣才能達(dá)到低噪聲、低漂移的目的。則最終所設(shè)計(jì)的微弱信號(hào)測(cè)量系統(tǒng)主要由PD光電、前置處理模塊等三個(gè)部分構(gòu)成。1．2如何設(shè)計(jì)微弱信號(hào)檢測(cè)前置處理模塊電路

作為前置處理模塊中最重要的組成部分之一，此處所設(shè)計(jì)的前置放大電路為了能夠有效降低信號(hào)放大時(shí)引入的噪聲和漂移，因此重點(diǎn)考慮了共模抑制比、輸入阻抗等方面的情況。也就主要由輸入緩沖、高頻濾波和增益放大等三個(gè)部分組成了設(shè)計(jì)電路。其中的最前級(jí)電路主要采取了電壓跟隨器的設(shè)計(jì)方法，能夠有效地對(duì)信號(hào)源進(jìn)行隔離操作、對(duì)處理電路系統(tǒng)進(jìn)行放大操作。而能夠有效去除高頻干擾的低通濾波網(wǎng)絡(luò)則由R1、R2、C1、C2、C3構(gòu)成。為了有效地將輸入阻抗和共模抑制比提高增大，并且考慮到經(jīng)濟(jì)等方面的問(wèn)題，此處所設(shè)計(jì)的前置放大電路采用的是三運(yùn)放的經(jīng)典結(jié)構(gòu)。同時(shí)為了有效控制噪聲，此處就采用了高精度的繞線、金屬膜、硅碳膜、碳膜等類型的電阻和云母、瓷介電容器分別作為所設(shè)計(jì)的前置放大器的電阻和電容。其二，此處所設(shè)計(jì)的帶通濾波電路主要是基于帶寬窄、Q值高等方面的考慮，采用了雙T帶阻網(wǎng)絡(luò)帶通濾波器。其具體設(shè)計(jì)思路為:先構(gòu)成一個(gè)帶阻電路，其主要是運(yùn)放電路和帶阻電路一起組成，再借助適當(dāng)?shù)腞C網(wǎng)絡(luò)反饋回路來(lái)進(jìn)行帶通選頻。其三，差分式減法電路是此處所設(shè)計(jì)的電平抬升電路采用的主要電路形式，并同時(shí)進(jìn)行了抬升3V的操作。這主要是為了后續(xù)能夠更好地進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)化操作。

2針對(duì)所設(shè)計(jì)微弱信號(hào)檢測(cè)前置處理模塊電路的實(shí)驗(yàn)測(cè)試

首先使用信號(hào)發(fā)生器將需要的正弦信號(hào)產(chǎn)生出來(lái)，此項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中所產(chǎn)生的正弦信號(hào)多為2kHz、1mV幅值，再將其使用前置模塊處理后就可以得到相應(yīng)的波形圖。其中所設(shè)計(jì)的電路的放大器、濾波分別放大為五十一倍和六十二倍。其實(shí)際的幅值為2．6V，則其前置、濾波、增益，在實(shí)際上，分別放大了五十倍、五十二倍和兩千六百倍。然后給出500Hz、700Hz、1000Hz、2000Hz、5000Hz等五個(gè)不同的頻率條件，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試最終得到了相應(yīng)的結(jié)果。五個(gè)不同信號(hào)頻率的輸入級(jí)、前置輸出、濾波器輸出、總增益分別為1mV、48．3mV、2．60V、2604。1mV、49.5mV、2．68V、2680。1mV、48mV、2.58V、2580。1mV、50mV、2．60V、2600。1mV、47．4mV、2．52V、2520。再使用信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生1kHz、500μV幅值的正弦波、三角波和鋸齒波。其相應(yīng)放大后的幅值為1．25V，并得出相應(yīng)的波形圖。接下來(lái)就要進(jìn)行帶通濾波電路特性測(cè)試，其具體操作過(guò)程為:先確定一個(gè)信號(hào)發(fā)生器所產(chǎn)生正弦信號(hào)的幅值條件，再對(duì)輸出頻率進(jìn)行改變，如此就能夠得到在不同頻率條件下，前置模塊的輸出信號(hào)。此項(xiàng)帶通濾波電路特性測(cè)試中所給出的輸出頻率分別為950Hz、1000Hz、1050Hz，其相應(yīng)的幅值分別為1.5V、3V、2V。最終通過(guò)計(jì)算，可以知道此處所設(shè)計(jì)的微弱信號(hào)檢測(cè)前置處理模塊電路的帶通濾波帶寬為50Hz。最終可以得知，要想能夠較好地進(jìn)行后續(xù)的A/D采集工作，就需要滿足將波形抬升3V，且在0V之上的前提條件。

3針對(duì)所設(shè)計(jì)微弱信號(hào)檢測(cè)前置處理模塊電路的實(shí)驗(yàn)測(cè)試的結(jié)論

對(duì)于經(jīng)PD轉(zhuǎn)換后五百的微弱電信號(hào)，此處所設(shè)計(jì)的微弱信號(hào)檢測(cè)前置處理模塊電路能夠有效地進(jìn)行放大、濾波、去噪乃至電平抬升等操作，同時(shí)也能較好地滿足后續(xù)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換和DSP數(shù)據(jù)處理分析操作等的需要。換而言之，此處所設(shè)計(jì)的微弱信號(hào)檢測(cè)前置處理模塊電路不但能夠有效較好的抑制噪聲、抗干擾等能力，更能夠放大信號(hào)，且具有很高的帶通濾波效能。因此在運(yùn)用基于Y光纖所構(gòu)建的斐索型激光干涉微振動(dòng)測(cè)量?jī)x器進(jìn)行微弱信號(hào)檢測(cè)處理工作時(shí)，就可以使用此處所設(shè)計(jì)的微弱信號(hào)檢測(cè)前置處理模塊電路，并取得較好的效果。同時(shí)也可知，此處所設(shè)計(jì)的微弱信號(hào)檢測(cè)前置處理模塊電路具有較好的切實(shí)可行性，而且使用起來(lái)十分方便高效。

4結(jié)語(yǔ)

針對(duì)目前技術(shù)存在的不足，此處設(shè)計(jì)了一種能全新的微弱信號(hào)檢測(cè)前置處理模塊電路，主要由電壓跟隨器、雙T帶阻網(wǎng)絡(luò)帶通濾波器和差分式減法電路等部分構(gòu)成。并且由相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)測(cè)試可知，該電路具有十分優(yōu)越的性能，能夠有效滿足各大領(lǐng)域?qū)ξ⑷跣盘?hào)檢測(cè)處理的現(xiàn)實(shí)需求。

參考文獻(xiàn):

［1］許江淳，李瑞，趙燁．高精度微弱信號(hào)檢測(cè)裝置設(shè)計(jì)［J］．傳感器與微系統(tǒng)，2017，36(02):94～96．

作者:陳樹(shù)貴 單位:東莞博識(shí)生物科技有限公司