基于小信号检测技术的电路设计与仿真研究

针对小信号采集电路设计过程中存在的问题,提出一种电路设计与仿真相结合的研究方式。首先,采用自顶而下、模块化设计、定制化研究的思路制定小信号采集方案;然后根据实际使用工况确定小信号的特征,通过理论计算得到适用于信号放大、滤波的电路参数;接着结合性能参数、市场价格等因素合理选用放大滤波、模数转换、微控制器等芯片;最后,将电路Layout形成PCB提取关键参数,通过仿真来评估电路的设计质量。通过理论计算电路增益、滤波参数等指标进行电路设计,再结合时钟、电源等电路仿真,结果表明此电路设计达到了预期指标,缩短了研发周期。通过此电路设计与仿真研究,期望为小信号检测技术发展提供一种合理的、适用于工程设计的解决方案。

小信号检测中的自适应随机共振技术

就双稳态非线性系统的结构参数和弱信号及噪声之间的关系进行了仿真 ,对随机共振技术运用于强噪声背景下的弱信号检测进行了研究。首先研究了双稳态非线性系统的方程式 ,并指出影响随机共振的三个要素是 :系统两稳态之间存在势垒 (阈值 ) ;低于势垒的小信号和噪声。提出了一种随机共振自适应算法 ,并运用于中频电源故障信号检测 。

小信号检测中间歇混沌运动的机理

讨论了小信号摄动的受迫Duffing振子在非平衡相变临界点附近的行为,推导出振子发生相变的相位条件,得出在该临界点附近相变对小信号敏感的结论.推导出系统发生间歇混沌现象的频差条件,该临界点附近的微小频差是产生间歇混沌的原因,这是与切分岔概念不同的产生间歇混沌的又一机理.

小信号检测中的自适应随机共振技术

论文就双稳态非线性系统的结构参数和弱信号及噪声之间的关系进行了仿真,对随机共振技术运用于强噪声背景下的弱信号检测进行了研究。提出了一种随机共振自适应算法,并运用于中频电源的故障信号检测,取得了较好结果。

微波功率测量中的小信号检测

现代微波功率测量仪器大多采用基于微波二极管检波方式的微波功率传感器进行功率测量。二极管功率传感器具有功率测量动态范围大、灵敏度高的优点,但在进行微波小信号检测时输出电压非常小,受噪声影响大,非常难以检测。分析了微波功率传感器中影响小信号检测的噪声来源,针对这些影响小信号功率测量的噪声,从检波电路、斩波电路以及数据采集电路等方面综合进行设计,有效地提高了微波小信号的功率测量灵敏度和准确度。应用于新型微波功率测量仪器中,取得了很好的效果。

基于递推最小二乘算法的小信号检测

受到强干扰影响的小信号通常难于有效检测。在分析递推最小二乘算法(RLS)原理及其几种改进形式的基础上,采用自适应方法将已检测出的大信号与原混叠信号对消,降低大信号对小信号的遮蔽作用,再进行小信号的检测。最后通过仿真证明,该方法能够在较小失真的情况下,有效检测出被大调幅信号干扰下的小调频信号;同时分别比较了各种算法的优劣,得出基于可变遗忘因子的RLS(VFF-RLS)算法不仅具有较快的收敛速度,而且收敛之后具有很好的平稳性能。

一种适用于低频小信号检测的放大电路

针对微传感器输出的低频小信号,提出了一种基于"调制-放大-解调"思路的放大电路。该电路利用乘法器将输入信号调制至高频段放大,可以显著降低电路的低频噪声影响。相较于目前常用的斩波放大器,该电路可以克服时钟同步困难以及低频谐波分量干扰较大的缺点。该电路基于CSMC 0.5μm Mixed Signal工艺设计,仿真结果显示,在5V的工作电压下,可实现100倍以上放大,1/f噪声得到有效抑制。

适用于煤矿井下EM-MWD的小信号检测技术

电磁波随钻测量(EM-MWD)通过低频电磁波信号将钻孔内近钻头处的测量数据传输至孔口,可用于煤矿井下钻探施工,是一种先进的无线随钻测量技术。基于三维地质模型研究电磁波在煤矿井下地层中传输损耗特性,利用噪声频谱分析、变频通信等技术手段,开发了适用于煤矿井下EM-MWD的小信号检测技术。测试结果表明,使用该技术可在井下环境噪声中检测到10μV的微弱信号,输入信号动态范围达100 dB,小信号增益最高可达到120 dB,该技术满足中深钻孔钻进对EM-MWD系统的要求。

基于非线性系统的小信号检测算法研究

本文研究了通信数据链系统的微弱小信号增强与接收检测算法。为了提升通信数据链系统中信号的接收性能,在低信噪比条件下,提出基于非线性系统的小信号检测算法。在非线性系统中,适当强度的噪声在一定程度上会增强输出信号的幅值,从而实现在强大的噪声背景环境下对微弱小信号的增强和检测功能。本文着重研究了非线性系统中的双稳态系统,分析了通信数据链系统中的MSK信号输入到双稳态系统中,利用Matlab仿真出输入非线性系统前后的信号时域频域波形图,进而分析了基于通信数据链系统的小信号增强与检测算法性能。Matlab仿真结果表明,本文提出的算法可以有效改善低信噪比条件下的通信信号接收性能,在信号处理与接收领域有着重大的应用前景。

低信噪比下基于频域滑动滤波算法的DS／BPSK信号检测

提出了一种低信噪比下DS/BPSK小信号检测方法,该方法根据相关器输出信号在载频上功率的大小来检测有无信号。为了克服载频估计误差的影响,提出了"频域滑动滤波"算法计算载频上的信号功率。仿真结果验证了该方法的有效性。该方法完全以软件方式实现,可以借助计算机或DSP达到快速检测的目的。文中分析了检测原理,给出了工程技术实现。文中所提的小信号可以作为标识信号线性加入到通信信号中,通过检测该小信号的有无可以快速识别通信信号的某种属性。

电压幅值可达毫伏数量级的小信号峰值检测电路的设计

讨论了一般峰值检测电路的缺陷,提供了检测信号电压幅值可达毫伏数量级的小信号峰值检测的电路,并对其应用给出了例子。在实际工作中往往只需对波形的正向峰值进行检测,故只对正峰值检测电路进行讨论。由于小信号检测存在噪声干扰的问题,最后还对噪声处理进行了讨论。

高精度微弱脑电检测数模混合控制芯片系统

针对脑电检测的研究需要,研发了微弱EEG脑电信号采集专用芯片系统。该芯片使用斩波稳定去噪声技术,首先利用2 k Hz的斩波频率对100 Hz以下的EEG信号进行频域隔离,然后利用RRL纹波抑制环路反馈进行调制后位于chopper频率处的主要由失调与低频1/f闪烁噪声引起的纹波电压的抑制;单级斩波放大使用电流复用、亚阈值跨导增强技术对来自EEG传感器的低频（〈100 Hz）小信号（5~100μV）进行40 d B增益的稳定中频放大;级联S/H电路进行去累积毛刺滤波,配合前面斩波技术,达到整体低噪声性能;VGA/LPF通过改变输入、反馈/负载电容,分别进行增益/带宽的数字调整。EEG-DSP加速芯片实现对多通道采集的控制以及信号处理编码。设计使用SMICRF 180 nm混合工艺,使用Cadence的Spectre软件进行功能前/后仿真,使用Caliber工具进行DRC/LVS的版图验收。最后,对设计芯片进行实际测试,结果表明放大芯片关键性能为：8.1μW/通道、面积6.3 mm2/8通道、0.8μVrms（BW=100 Hz）等效输入噪声;该款自主研发的脑电斩波放大芯片性能达到国内外前列的水平,可进行正确的脑电EEG采集,可应用于可穿戴领域、对后续脑电数据分析具有重要的使用价值。

基于平稳小波变换的毛刺检测算法

核爆炸地震监测技术研究中,数据质量检测是地震数据自动处理的基本内容,毛刺是影响数据质量的主要问题数据。基于平稳小波变换和非线性能量检测算法,给出一种毛刺自动检测算法。平稳小波变换弥补了正交小波变换存在的不足,可以使尺度分解结果的长度和原始数据保持一致,具备时移不变性。非线性能量检测算法可以增强记录中的高频信号,对平稳小波变换的结果应用非线性能量检测算法,提高了记录中毛刺检测的准确性,非常适合连续地震监测数据自动处理的需要。实验结果表明,给出的这种算法特别有利于记录中小毛刺的检测,从而能够减小信号检测的误检率。

基于成像对消的抗压制干扰新方法

为了解决雷达抗压制干扰难题,提出了一种基于干扰成像对消的抗压制干扰新方法。基于虚拟透镜成像技术,采用和/差波束成像精确测定干扰角度坐标。根据测定的干扰坐标,采用点目标拟合压制干扰源,生成对应的阵列接收信号。通过对拟合的干扰及阵列信号进行干扰成像重建和对消,进而消除或降低压制干扰对目标检测的影响。最后进行了抗干扰仿真,仿真结果表明,所提方法能够有效对抗副瓣干扰和近主瓣干扰,同时对主瓣干扰也具有一定的对抗效果。

变电站同段直流母线寄生回路查找仪设计

针对变电站同段直流母线寄生回路不易查找的问题,设计一种基于特征信号的手持式直流寄生回路查找仪。该查找仪基于基尔霍夫定律检测同段直流母线正负极的漏电流不为零时,判断存在寄生回路,通过检测支路是否存在特征信号,能够迅速缩小寄生回路查找范围,精准定位寄生回路位置,该变电站同段直流母线寄生回路查找仪能够在各个电压等级变电站进行带电查找寄生回路。

矿用电磁波随钻方位伽马测井系统的研究与实现

煤矿井下定向钻进是在螺杆马达和随钻测斜仪的配合下,按照预先设计轨迹进行钻进,不能根据实际的地层情况进行实时调整钻孔轨迹。矿用随钻方位伽马测井仪可实时测量地层放射性,实时依据地层放射性的变化判断钻孔轨迹是否在目的层中,为实时调整钻孔轨迹提供依据。从矿用电磁波随钻方位伽马测井系统(安标名称为YSDGC)的基本原理、关键技术设计、研制、试验设计等几个方面论述了该系统的研究与实现。该系统在煤矿井下的实际应用显示,系统在地层分界面处具有很好的方位伽马方位特性,为煤矿井下定向钻进根据地质情况调整钻进轨迹提供了依据。

自动变光焊接护目镜响应特性测试仪研究

为制定变光焊接护目镜新产品专业标准提供支撑,进行了焊接弧光特性和变光焊接护目镜响应特性研究,解决了焊接弧光模拟、弧光信号检测、时间小信号检测等技术关键,研制了响应特性测试系统,并进行实测分析。便携式测试仪采用暗箱全封闭结构,能产生模拟的交直流弧焊信号,能检测10 -1～10 4lx照度的光信号并保持线性,能检测弧光作用下护目镜可见光透射比的整个变化过程,最大采样频率达30kHz,确保测试精度,能按响应时间定义进行记录和运算。

基于非色散红外吸收原理的可燃气体浓度探测仪研制

该文设计了一种基于非色散红外吸收原理(NDIR)的可燃气体浓度探测仪。设计了针对可燃气体特性的气体检测室,针对红外热释电探测器输出的特性设计了微弱信号放大电路,使用前端放大器对红外热释电探测器输出的微弱信号进行前端放大,然后对滤波放大后的信号进行采样转换。通过对不同浓度范围的标准可燃气体进行实验测量,拟合得到探测器输出的电压值之比和气体浓度之间的关系,并对可燃气体进行实时测量试验。验证了该检测仪在测量精度、范围等方面的优势。

矿用电磁波随钻测量系统孔口接收机的设计与应用

我国煤炭勘探开发的需求量日益增加,在煤矿井下钻探施工时,使用随钻测量技术可实时获取钻孔内信息,准确地判断勘探区块的工况,施工效率高。使用电磁波将钻孔内近钻头处的测量数据传输至孔口,是煤矿井下勘探信息获取的重要手段之一。针对煤矿井下电磁波随钻测量系统的使用要求,基于小信号检测技术设计完成了该孔口接收机,通过在煤矿井下现场的工业性试验,测得该接收机可以在深500 m以内的钻孔中接收近钻头处传输的微弱信号,满足煤矿使用要求。

用于窄带OFDM电力线通信的完全集成模拟前端IC

MAX2991具有一路发送通道和一路接收通道。发送通道包括数字IIR滤波器及后续的10位DAC、低通滤波器和前置驱动器。接收通道包括低通滤波器、高通滤波器、两级自动增益控制（AGC）和10位ADC。集成AGC可将信号的动态范围最大提高至60dB，以实现长距离通信应用中的小信号检测，并使信号能够通过中压至低压变压器。