基于自动频率跟踪的虚拟数字锁相放大器

为避免传统设计中待测信号与参考信号之间的道间干扰,以及信号传输过程中引入的噪声,设计了一种基于LabVIEW开发平台的虚拟数字锁相放大器(DLIA:Digital Lock-In Amplifer)。通过引入自动频率跟踪模块,大大降低了待测信号与参考信号频率的失配程度。同时,在经典的正交相敏检波算法基础上,通过对输出信号进行优化处理,得到了良好的输出波形。实验结果显示,待测信号的信噪比RSNR可小于-20dB,可检测的最小幅值达10μV,自动频率跟踪模块的锁频误差小于0.02%,信号幅值的测量误差小于0.05%。该设计的自动频率跟踪能力的虚拟DLIA具有良好的测量稳定性。

原位海水叶绿素a含量检测系统的设计

为了检测LED激发海水浮游植物体内的叶绿素a所发出的痕量荧光信号,实现海水叶绿素a含量检测,预防赤潮等灾害,设计了基于STM32单片机和FPGA的数字锁相放大器。FPGA实现系统正交矢量数字锁相放大和LED光源调制驱动信号DDS的产生;STM32单片机主要完成数据处理、温度补偿以及通信接口等功能。试验证明,该方案不仅能在自然环境下完成海水叶绿素a的实时检测,且具有较高的测量精度。基于该方案的原位海水叶绿素a传感器,具有结构简单便携、精度高、稳定性高和抗干扰能力强等特点,具有广阔的应用前景。

双相正交数字相敏检波方案在光学监控中的应用与仿真

提出了采用双相正交数字相敏检波(DPSD)方案设计数字锁相放大器(DLIA)代替传统模拟锁相放大器,并应用到了真空镀膜光学监控系统(OMS)中。针对信噪比(SNRI)和相位延时对方案进行了仿真分析。结果证实了双相正交PSD方案的可行性。由于在输入信号采样频率一定时,OMS精度和实时性之间存在矛盾关系,所以应尽量提高输入信号采样频率以获得高的SNRI。在DLIA中采用低阶滤波器和较高截止频率还可以减轻输出波形过冲效应的影响。

自动频率跟踪数字锁相放大器设计

在光电检测系统的设计中,往往采用锁相检测系统来消除1/f噪声和其他外部的噪音。论文是在Alter公司DSP Builder基础上设计的数字锁相放大器,同时为避免待测信号与参考信号的失配,增设了频率自动跟踪模块,从而更好地实现参考信号频率的匹配,确保测量精度。经过仿真验证可行后,将编译好的程序下载到FPGA器件中,并对硬件电路进行设计和测试。实验结果表明,在待测信号的信噪比RSNR≈-10 d B时,最小检测幅值为50μV,锁频相对误差小于0.015%,待测信号幅值的测量相对误差小于0.11%。因此该自动频率跟踪数字锁相放大器可以有效实现微弱光电信号的检测。