锁相放大器工作原理及苏黎世ZI锁相放大器功能介绍-仪器网

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在测量各种物理量(如温度、加速度等)时,用传感器将其变换为电信号,然后输入到分析仪或测量仪器,有时候,仅想获得必要的信号是很难做到的。通常情况下,连不必要的噪声信号也会被一起测量。实际上,在各种情况下,各种类型的噪声都有可能混进来。此外,根据不同场合,有时也会出现噪声强度远远高出所需要的目的信号电平的情况,如果测量的信号越弱,那么噪声就相对的越大。对于微弱信号的基本处理通常是放大信号,传统的放大处理,在放大信号的同时也放大了噪声,而且在不进行带限或滤波处理的情况下,任何放大操作都将使得信号的信噪比下降。因此,必须先采用滤波手段提纯信号,提高信噪比,以实现对微弱信号的准确测量。

假设要放大的信号是一个10nV,10kHz的正弦波信号,好的低噪声放大器有大概5nV/√Hz的输入噪声。考虑下列情况:
(1) 放大器的带宽为 100kHz,增益为1000,则放大后信号为10µV (10nV x 1000),宽频噪音为 1.6mV(5 nV/√Hz x √100kHz x 1000)。
           没有办法测量到该输出信号。
(2) 在放大器后加一个理想的带通滤波器,其品质因子Q=100,中心频率在10kHz,则所有在100Hz(10kHz/Q) 带宽内的信号都会被检测到。此时输出信号仍为10 µV,而滤波器通带内的噪声大小为50 µV (5nV/√Hz x √100 Hz x 1000)。
          输出噪声仍比输出信号大很多,没办法进行测量。
(3) 在放大器后加一个相敏检测器(PSD)。PSD可在带宽仅为0.01Hz的情况下检测到10kHz的信号。在此带宽下,输出信号仍为10µV,噪声只有0.5µV (5 nV/√Hz x √.01Hz x 1000)。
          信噪比为20,可以对信号进行准确的测量。

锁相放大器主要是基于互相关方法的微弱信号检测技术,其核心是相敏检测技术,利用与待测信号具有相同频率和固定相位关系的参考信号为基准,滤除与参考频率不同的噪声,从而提取出有用的信号组分。

此外,通常情况下,如果测量的有用信号的幅值在几个纳伏到几个毫伏的话,对于周期性的电信号,使用锁相放大器检测会得到比较好的结果。如果被测信号的占空比小于15%(占空比是指一个信号周期中有用信号长度与信号周期的比值),那么需要使用Boxcar平均器测量。如果所测量的信号是几个到几千个光子的数量,那么需要使用单光子计数方法。

那么,锁相放大器工作原理是什么呢?通过本文中的视频介绍,您可以详细的了解到锁相放大器的工作原理及关键的调节参数。

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