CN106405171A

CN106405171A - 一种信号检测系统

Info

Publication number: CN106405171A
Application number: CN201610755821.5A
Authority: CN
Inventors: 孙嵩
Original assignee: Shanghai Feixun Data Communication Technology Co Ltd
Current assignee: Shanghai Feixun Data Communication Technology Co Ltd
Priority date: 2016-08-29
Filing date: 2016-08-29
Publication date: 2017-02-15

Abstract

本发明公开了一种信号检测系统，包括前端处理模块，用于接收一待检测信号，并对该待检测信号进行分压、放大、滤波处理后输出；参考信号处理模块，用于接收一参考信号，并对该参考信号进行整形、移相、比较后产生一方波信号输出；相敏检波模块，用于接收该前端处理模块输出的待检测信号及该参考信号处理模块输出的方波信号，并依据该方波信号对该待检测信号进行相敏检波处理以产生相敏检波信号输出；后端处理模块，用于接收该相敏检波信号，并对其进滤波、放大处理后输出；以及采样模块，用于对经该后端处理模块处理后输出的相敏检波信号进行采样量化以获取该相敏检波信号的幅度值。

Description

一种信号检测系统

技术领域

本发明涉及信号检测技术领域，特别是涉及一种基于模拟乘法器以针对微弱信号进行检测的技术。

背景技术

自然界中的信号大多都是模拟的信号量，包括光、声、压力、热等等，此类信号要想被处理器进行运算处理，是不可能的，必须通过传感器进行转换，将其转换为易于分析处理的电信号进行处理，那么原始信号如果非常微弱的话，产生的电信号也就是非常微弱的，一般都在微伏级别。为检测此种级别的微弱信号，现有技术大多采用高精度高位的模数转换器(Analog To Digital Converter,ADC)芯片进行直接采样，这种检测手段对于设备的精密程度和成本要求相对较高，必须要用到精密的检测仪器才能采集到如此微弱的电信号。

因此，有必要发明一种新的针对微弱信号的检测技术以克服上述现有采用高精度高位的模数转换芯片检测带来的诸多缺失，实已成为目前业界亟待克服之难题。

发明内容

鉴于上述现有技术的缺失，本发明之目的在于提出一种信号检测系统，其无需使用高精度高位的模数转换器芯片亦可实现微弱信号测量，在保持高测量精度的基础上还可有效降低系统成本。

为达上述及其他目的，本发明提出一种信号检测系统，包括：前端处理模块，用于接收一待检测信号，并对该待检测信号进行分压、放大、滤波处理后输出；参考信号处理模块，用于接收一参考信号，并对该参考信号进行整形、移相、比较后产生一方波信号输出；相敏检波模块，用于接收该前端处理模块输出的待检测信号及该参考信号处理模块输出的方波信号，并依据该方波信号对该待检测信号进行相敏检波处理以产生相敏检波信号输出；后端处理模块，用于接收该相敏检波信号，并对其进滤波、放大处理后输出；以及采样模块，用于对经该后端处理模块处理后输出的相敏检波信号进行采样量化以获取该相敏检波信号的幅度值。

较佳地，该相敏检波模块为乘法器，用于将经该前端处理模块处理后的待检测信号与该方波信号进行相乘处理。。

较佳地，该前端处理模块包括：电阻网络分压单元，用于对该待检测信号进行分压处理后输出；放大单元，与该电阻网络分压单元连接，用于对该电阻网络分压单元输出的待检测信号进行放大处理后输出；以及滤波单元，与该放大单元连接，用于对该放大单元输出的待检测信号进行滤波处理后输出。该滤波单元为带通滤波器。

较佳地，该参考信号处理模块包括：整形单元，用于对该参考信号进行整形处理后输出；移相单元，用于对该整形单元输出的参考信号进行移相处理以使其与该待检测信号的相位一致，并将移相后的待检测信号输出；以及比较单元，用于将该移相单元输出的待检测信号与一比较信号进行比较运算以产生方波信号输出。

较佳地，该后端处理模块包括：滤波单元，用于对该相敏检测信号进行滤波处理后输出；以及放大单元，用于对该滤波单元输出的相敏检测信号进行信号放大处理后输出。进一步地，该滤波单元为低通滤波器。

较佳地，该采样模块为微处理器，其具有第一、第二采样量程以对该相敏检测信号进行双通道采样测量。其中，该第一、第二采样量程分别为0.03v-0.3v及0.3v-3v。

较佳地，本发明还包括显示单元，用于显示该采样模块所获得的相敏检测信号的幅度值。

与现有技术相比，本发明以相敏检波为核心，把参考信号经移相及比较单元产生的方波信号，与经放大滤波后的待检测信号进行相敏检波，相敏检波信号经滤波放大处理后由采样模块进行采样量化以获取相敏检波信号的幅度值，进而完成对待检测信号的检测。本发明利用相敏检波技术代替现有技术采用的高精度高位模数转换器芯片执行微弱信号测量，不仅可以高精度检测微弱电信号，还可以克服现有采用高精度模数转换器芯片导致的测量装置成本高之问题。

附图说明

下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对一种信号检测系统的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。

图1、图2是本发明之信号检测系统第一实施例之基本架构图；

图3为本发明之模拟乘法器的乘法过程图；以及

图4是本发明之信号检测系统第二实施例之基本架构图。

附图标号说明：

10.前端处理模块，11.参考信号处理模块，12.相敏检波模块，13.后端处理模块，14.采样模块，15.显示模块，100.电阻网络分压单元，101.放大单元，102.滤波单元，110.整形单元，111.移相单元，112.比较单元，130.滤波单元，131.放大单元。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。

本发明之信号检测系统主要结合相敏检波技术对微弱电信号进行检测。如图1所示，该信号检测系统包括：前端处理模块10、参考信号处理模块11、相敏检波模块12、后端处理模块13以及采样模块14。以下即对该些模块之间的逻辑关系及运作机理进行详细说明。

前端处理模块10，用于对以初始待检测信号S(t)进行分压、放大、滤波处理形成待检测信号X(t)，并将该经处理的待检测信号X(t)输出给相敏检波模块12。

参考信号处理模块11，用于接收一参考信号R(t)，并对该参考信号R(t)进行整形、移相处理后与一比较信号比较以产生一方波信号r(t)输出给相敏检波模块12。

相敏检波模块12与上述前端处理模块10及参考信号处理模块11连接，用于接收上述待检测信号X(t)及方波信号r(t)，并根据该方波信号r(t)对该待检测信号X(t)进行相敏检波以产生相敏检波信号输出给后端处理模块13。

后端处理模块13与上述相敏检波模块12连接，接收其所输出的相敏检波信号，并对该相敏检波信号进行滤波放大处理后输出给采样模块14。

采样模块14与后端处理模块13连接，接收其所输出的经滤波放大处理后的相敏检波信号，并对该相敏检波信号进行采样量化处理以获取该相敏检波信号的幅度值。至此，透过本发明完成对初始输入的待检测信号进行幅度检测。

请一并参与图2，其显示图1所示的各模块的内部组成图。如图2所示，上述前端处理模块10进一步包括电阻网络分压单元100、放大单元101以及滤波单元102。本发明中，上述初始输入的待检测信号S(t)为一交流信号，该交流信号经由电阻网络分压单元100分压处理后输出给放大单元101。本发明之放大单元101采用以交流放大器对经由分压后的交流信号进行放大处理后输出给滤波单元102。而本发明之滤波单元102采用带通滤波器，用于对经分压、放大处理后的交流信号进行滤波处理以滤除交流信号中的噪声干扰。

需特别说明的是，上述放大单元101所采用的交流放大器由运算放大器来实现，考虑到运放器的内部噪声包括白噪声和1/f噪声，此处选择的运算放大器必须是低噪声的运算放大器，这样才会使系统噪声达到最小，本发明选择的是一个三级级联的运算放大器作为信号放大部分。而上述滤波单元102所采用的带通滤波器由一个运算放大器组合一个窄带滤波器来实现。

请继续参阅图2，上述参考信号处理模块11包括整形单元110、移相单元111以及比较单元112。其中，整形单元110接收上述参考信号R(t)，并对该参考信号进行整形处理后输出给移相单元111；移相单元111对该经整形的参考信号进行移相处理以使其相位与上述待检测信号相位一致，并将移相处理后的参考信号输出至比较单元112；比较单元112将该经整形移相处理后的参考信号一比较信号进行比较以产生上述方波信号r(t)，并将该方波信号r(t)输出至上述相敏检波模块12。

由于要获得待检测信号的幅度信息，需要用乘法器将处理过的微弱信号和方波进行相乘，因此，本发明之相敏检波模块12采用模拟乘法器设计，对输入的信号X(t)及方波信号r(t)进行乘法运算，由于乘法器的两个输入端信号X(t)及r(t)的相位与频率一致，经乘法器处理后可得到一个直流信号。请参阅图3，其显示乘法器的乘法运行过程，设X(t)＝U1(t)，R(t)＝U2(t),选择模拟乘法器对他们进行相乘得到幅度信息。计算过程如下：

u₁(t)＝u₁(m)cos(ω₁t+φ₁)

(1)

u₂(t)＝u₂(m)cos(ω₂t+φ₂)

(2)

(1)*(2)得

当ω₁＝ω₂＝ω时

(3)式为

过一个低通滤波器将(4)式中的二倍频滤掉可得

当φ₁＝φ₂时

(5)式为即为一个直流信号

其傅里叶公式为：

其中

接下来对全波整流信号进行傅里叶计算

带入傅里叶展开式可得

全波整流信号的傅里叶展开式为：

ω₀为原信号的角频率。

请继续参阅图2，上述后端处理模块13包括滤波单元130以及放大单元131。本发明之滤波单元130采用低通滤波器，上述相敏检波信号经由该低通滤波器滤波后可以产生理想的直流电压信号；而放大单元131采用直流放大器设置，用于对该直流电压信号作放大处理后输出给采用模块14进行采用量化处理以获取相敏检波信号的幅度值信息。

需特别说的是，采用模块14采用微处理器设置，由于我们测量的信号微弱(微伏级别的信号)，所以分压比放大后仍有小范围的信号无法准确测量，所以微处理器采用双通道来对信号进行采样测量，将其按比例分为0.03v—0.3v和0.3v—3v两个量程，当信号为小量程时，对其进行适当的放大再进行采集，在程序里面只需把放大的倍数出去就好。大部分微处理器的采样峰值电压值为3.3V，所以我们要在放大信号后面加上限幅电路以保护微处理器。

图4所示者为本发明之信号检测系统第二实施例之示意图，本实施例所示之检测系统与图1所示的检测系统不同之处在于，本实施还包括显示模块15，显示模块15用于显示采样模块14所获得的相敏检测信号的幅度值信息，进而便于检测人员快速直观获得针对上述待检测信号的检测结果。

应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种信号检测系统，其特征在于，包括：

前端处理模块，用于接收一待检测信号，并对该待检测信号进行分压、放大、滤波处理后输出；

参考信号处理模块，用于接收一参考信号，并对该参考信号进行整形、移相、比较后产生一方波信号输出；

相敏检波模块，用于接收该前端处理模块输出的待检测信号及该参考信号处理模块输出的方波信号，并依据该方波信号对该待检测信号进行相敏检波处理以产生相敏检波信号输出；

后端处理模块，用于接收该相敏检波信号，并对其进滤波、放大处理后输出；以及

采样模块，用于对经该后端处理模块处理后输出的相敏检波信号进行采样量化以获取该相敏检波信号的幅度值。

2.如权利要求1所述的信号检测系统，其特征在于：该相敏检波模块为乘法器，用于将经该前端处理模块处理后的待检测信号与该方波信号相乘。

3.如权利要求1所述的信号检测系统，其特征在于：该前端处理模块包括：

电阻网络分压单元，用于对该待检测信号进行分压处理后输出；

放大单元，与该电阻网络分压单元连接，用于对该电阻网络分压单元输出的待检测信号进行放大处理后输出；以及

滤波单元，与该放大单元连接，用于对该放大单元输出的待检测信号进行滤波处理后输出。

4.如权利要求3所述的信号检测系统，其特征在于：该滤波单元为带通滤波器。

5.如权利要求1所述的信号检测系统，其特征在于：该参考信号处理模块包括：

整形单元，用于对该参考信号进行整形处理后输出；

移相单元，用于对该整形单元输出的参考信号进行移相处理以使其与该待检测信号的相位一致，并将移相后的待检测信号输出；以及

比较单元，用于将该移相单元输出的待检测信号与一比较信号进行比较运算以产生方波信号输出。

6.如权利要求1所述的信号检测系统，其特征在于：该后端处理模块包括：

滤波单元，用于对该相敏检测信号进行滤波处理后输出；以及

放大单元，用于对该滤波单元输出的相敏检测信号进行信号放大处理后输出。

7.如权利要求6所述的信号检测系统，其特征在于：该滤波单元为低通滤波器。

8.如权利要求1所述的信号检测系统，其特征在于：该采样模块为微处理器，其具有第一、第二采样量程以对该相敏检测信号进行双通道采样测量。

9.如权利要求8所述信号检测系统，其特征在于：该第一、第二采样量程分别为0.03v-0.3v及0.3v-3v。

10.如权利要求1所述的信号检测系统包括，其特征在于还包括显示单元，用于显示该采样模块所获得的相敏检测信号的幅度值。