CN106817129A - 一种基于c8051f020的微弱信号检测装置 - Google Patents

一种基于c8051f020的微弱信号检测装置 Download PDF

Info

Publication number
CN106817129A
CN106817129A CN201510871758.7A CN201510871758A CN106817129A CN 106817129 A CN106817129 A CN 106817129A CN 201510871758 A CN201510871758 A CN 201510871758A CN 106817129 A CN106817129 A CN 106817129A
Authority
CN
China
Prior art keywords
signal
circuit
phase
small
output
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201510871758.7A
Other languages
English (en)
Inventor
富强
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to CN201510871758.7A priority Critical patent/CN106817129A/zh
Publication of CN106817129A publication Critical patent/CN106817129A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00—Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/06—Continuously compensating for, or preventing, undesired influence of physical parameters
    • H03M1/08—Continuously compensating for, or preventing, undesired influence of physical parameters of noise
    • H03M1/0827—Continuously compensating for, or preventing, undesired influence of physical parameters of noise of electromagnetic or electrostatic field noise, e.g. preventing crosstalk by shielding or optical isolation
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00—Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/12—Analogue/digital converters
    • H03M1/124—Sampling or signal conditioning arrangements specially adapted for A/D converters
    • H03M1/1245—Details of sampling arrangements or methods

Abstract

一种基于C8051F020的微弱信号检测装置，由加法器、纯电阻分压网络、微弱信号检测电路及显示电路等部分构成。加法器是为了使正弦信号与噪声叠加在一起，然后通过纯电阻分压网络来模拟强噪声背景下的微弱信号，模拟出来的微弱信号经过前置放大滤波送人AD630锁相放大器检测。本发明用于检测强噪声背景下已知频率的微弱正弦信号的幅值，采用C8051F020为控制核心，并将采集的数据在LcDl602上显示。实践表明，该系统性能好，精确度高，能较好地完成微弱信号的检测。

Description

一种基于C8051F020的微弱信号检测装置
技术领域
本发明涉及一种检测装置，尤其涉及一种基于C8051F020的微弱信号检测装置。
背景技术
随着时代的发展，人们会经常遇到毫伏甚至是微伏量级的这种微弱信号检测问题。比如说接收到的卫星信号、荧光光强的测量、地震波形及波速的测定、生物电信号及红外探测的测量等等。微弱信号也不一定就是微小信号，它只是相对噪声而言的，这些微弱信号通常都淹没在强噪声之中，如何对这些噪声中的有用信号进行有效提取并加以利用，成为目前人们关注的重点。随着人们关注度的提高，检测技术也在不断提高，从传统的频谱分析到混沌振子、小波变换、锁相放大器技术等等，微弱信号检测技术逐步发展上一个新台阶。
C8051F020/1/2/3单片机所有模拟和数字外设均可由用户固件使能/禁止和配置。FLASH 存储器还具有在系统重新编程能力，可用于非易失性数据存储，并允许现场更新8051固件。片内JTAG调试电路允许使用安装在最终应用系统上的产品MCU 进行非侵入式（不占用片内资源）、全速、在系统调试。该调试系统支持观察和修改存储器和寄存器，支持断点、观察点、单步及运行和停机命令。在使用JTAG调试时，所有的模拟和数字外设都可全功能运行。
发明内容
本发明的目的是为了实现对微弱信号的检测，设计了一种基于C8051F020的微弱信号检测装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：基于C8051F020的微弱信号检测装置由加法器、纯电阻分压网络、微弱信号检测电路及显示电路等部分构成。加法器是为了使正弦信号与噪声叠加在一起，然后通过纯电阻分压网络来模拟强噪声背景下的微弱信号，模拟出来的微弱信号经过前置放大滤波送人AD630锁相放大器检测，AD630是将输人信号与参考信号比较，利用输入信号与参考信号的互相关特性，当输入信号与参考信号同频时，锁相放大器输出直流量，并且输出信号与输入信号及参考信号的相位差存在一定关系，当输入信号与参考信号同相时，输出直流量最大，然后通过低通滤波将输出来的直流信号送单片机采集处理并在LCDl602上显示出来，从而实现微弱信号的检测。
所述的加法器采用OPA2134芯片，采用200kΩ的电阻R4及2kΩ的电阻R9分压将信号衰减101倍从而模拟了原始的带噪声的微弱信号。
所述的前置放大电路的运算放大器采用OP07，每级分别放大11倍，2级共放大121倍。
所述的滤波采用切比雪夫滤波器，采用OP07放大器组成的二阶有源滤波。
所述的锁相放大器电路由信号通道、参考通道、相敏检波器以及输出电路组成，本设计采用AD630芯片。
所述的移相电路采用模拟移相电路，采用2阶全通滤波器串联，每一阶滤波器都可以通过调节滑动变阻器实现0°～180°的移相，2阶电路从而可以实现0°～360°的移相。
所述的输出端低通滤波器采用OP07构成的低通滤波器，其中R5=500kΩ，C4=10nF，其截至频率约为32Hz，同时，低通滤波电路也可以对信号进行一定的放大，从而使输出幅度与原信号幅度一致。
本发明的有益效果是：基于C8051F020的微弱信号检测装置对不同频率、不同幅度峰峰值的微弱信号进行检测，其检测结果都非常精确。当微弱信号在10mV附近时会出现误差出现大于5％的情况，这是由于信号非常小时放大器的线性误差及零漂，C8051F020的AD采样的非线性误差等导致的，可以考虑使用精度更高的芯片。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是系统整体框图。
图2是加法器与电阻分压网络电路。
图3是锁相放大器电路。
图4是低通滤波电路。
图5是系统流程图。
具体实施方式
如图1所示，基于C8051F020的微弱信号检测装置由加法器、纯电阻分压网络、微弱信号检测电路及显示电路等部分构成。加法器是为了使正弦信号与噪声叠加在一起，然后通过纯电阻分压网络来模拟强噪声背景下的微弱信号，模拟出来的微弱信号经过前置放大滤波送人AD630锁相放大器检测，AD630是将输人信号与参考信号比较，利用输入信号与参考信号的互相关特性，当输入信号与参考信号同频时，锁相放大器输出直流量，并且输出信号与输入信号及参考信号的相位差存在一定关系，当输入信号与参考信号同相时，输出直流量最大，然后通过低通滤波将输出来的直流信号送单片机采集处理并在LCDl602上显示出来，从而实现微弱信号的检测。本文设计一个用于检测强噪声背景下已知频率的微弱信号装置，该系统由加法器、纯电阻分压网络、微弱信号检测电路及显示电路组成。其系统框图如图1所示，加法器是为了使正弦信号与噪声叠加在一起，然后通过纯电阻分压网络来模拟强噪声背景下的微弱信号，模拟出来的微弱信号经过前置放大滤波送人AD630锁相放大器检测，AD630是将输人信号与参考信号比较，利用输入信号与参考信号的互相关特性，当输入信号与参考信号同频时，锁相放大器输出直流量，并且输出信号与输入信号及参考信号的相位差存在一定关系，当输入信号与参考信号同相时，输出直流量最大，然后通过低通滤波将输出来的直流信号送单片机采集处理并在LCDl602上显示出来，从而实现微弱信号的检测。
如图2所示，加法器采用OPA2134芯片，该芯片带宽为8M，满足设计对带宽大于1MHz的要求，可以很好实现噪声与正弦信号的叠加。再通过纯电阻分压网络，采用200kΩ的电阻R4及2kΩ的电阻R9分压将信号衰减101倍从而模拟了原始的带噪声的微弱信号。
要想有效地对微弱信号进行检测，首先需要通过放大电路对微弱信号进行放大预处理，以满足后级采样要求，该放大电路采用2级同相放大电路，由于同相放大器输入阻抗高，可以满足微弱检测电路的输入阻抗1MHz的要求，运算放大器采用OP07，其外围电路简单，可以有效抑制共模干扰，每级分别放大11倍，2级共放大121倍。
如图3所示，锁相放大器电路是微弱信号检测的核心，它是由信号通道、参考通道、相敏检波器以及输出电路组成，是一种对交变信号进行相敏检波的放大器。它利用与被测信号与参考信号比较，只有与参考信号同频及相位关系的信号才会有响应，输出直流信号。这样便可以大幅度抑制噪声信号，从而提取出有用信号。基于此特性本设计采用AD630芯片，AD630内部包含两路放大器、一路比较器和一路滤波用放大器，外围电路只需要配合简单的电阻及电容便可实现锁相放大器的功能。并且AD630具有极高并且稳定的放大倍数，增益最大可达220dB，此处我们设计选择其2倍的放大倍数，能检测极微弱交流输入信号，其直流输出电压与输入信号幅度、被测信号与参考信号相位差成正比。使用本芯片可以减少相敏检波器与噪声方面的许多考虑，外围电路结构简单，从带通滤波器输出输入到锁相放大器AD630；然后另一路将参考信号VREF经过移相网络，输入到AD630参考端。
由以上可知，锁相放大器输出信号的大小与信号通道及参考通道之间的相位差有关，所以要经过移相网络对参考信号进行移相。移相的方法很多，比如说有模拟移相、数字移相等。本设计采用模拟移相电路，模拟移相电路实际上就是一个全通滤波电路，它的放大倍数Au=(-1+jwRC)/(1+jwRC)，写成模及相角的形式为：丨Au丨=1，φ=180°-2arctan(f／fO)，其中f0=1/(2ππR)。本设计采用2阶全通滤波器串联，每一阶滤波器都可以通过调节滑动变阻器实现0°～180°的移相，2阶电路从而可以实现0°～360°的移相。
如图4所示，从锁相放大器输出的信号还要进一步滤波处理，因为只有与参考信号同频率的信号经过锁相放大器才输出的是直流分量，而与参考信号不同频率的信号输出还是交流量。通过设计一个低通滤波器，将相敏检波器的输出端的所有交流信号分量全部滤掉，这样使得输出的信号就是正比于输入想好中的特定频率的信号的幅值。滤波器采用OP07构成的低通滤波器，其中R5=500kΩ，C4=10nF，其截至频率约为32Hz，同时，低通滤波电路也可以对信号进行一定的放大，从而使输出幅度与原信号幅度一致。
如图5所示，本发明采用C8051F020单片机完成对锁相放大器输出的直流信号进行采集处理，该单片机自带12位A/D转换器，分辨率高，使用方便，满足设计要求，将输出的直流信号送入单片机A/D转换采集数据，并对采集的数据经过算法加权处理，将结果在LCDl602上显示。

Claims (7)

1.一种基于C8051F020的微弱信号检测装置，由加法器、纯电阻分压网络、微弱信号检测电路及显示电路等部分构成；加法器是为了使正弦信号与噪声叠加在一起，然后通过纯电阻分压网络来模拟强噪声背景下的微弱信号，模拟出来的微弱信号经过前置放大滤波送人AD630锁相放大器检测，AD630是将输人信号与参考信号比较，利用输入信号与参考信号的互相关特性，当输入信号与参考信号同频时，锁相放大器输出直流量，并且输出信号与输入信号及参考信号的相位差存在一定关系，当输入信号与参考信号同相时，输出直流量最大，然后通过低通滤波将输出来的直流信号送单片机采集处理并在LCDl602上显示出来，从而实现微弱信号的检测。
2.根据权利要求1所述的基于C8051F020的微弱信号检测装置，其特征是所述的加法器采用OPA2134芯片，采用200kΩ的电阻R4及2kΩ的电阻R9分压将信号衰减101倍从而模拟了原始的带噪声的微弱信号。
3.根据权利要求1所述的基于C8051F020的微弱信号检测装置，其特征是所述的前置放大电路的运算放大器采用OP07，每级分别放大11倍，2级共放大121倍。
4.根据权利要求1所述的基于C8051F020的微弱信号检测装置，其特征是所述的滤波采用切比雪夫滤波器，采用OP07放大器组成的二阶有源滤波。
5.根据权利要求1所述的基于C8051F020的微弱信号检测装置，其特征是所述的锁相放大器电路由信号通道、参考通道、相敏检波器以及输出电路组成，本设计采用AD630芯片。
6.根据权利要求1所述的基于C8051F020的微弱信号检测装置，其特征是所述的移相电路采用模拟移相电路，采用2阶全通滤波器串联，每一阶滤波器都可以通过调节滑动变阻器实现0°～180°的移相，2阶电路从而可以实现0°～360°的移相。
7.根据权利要求1所述的基于C8051F020的微弱信号检测装置，其特征是所述的输出端低通滤波器采用OP07构成的低通滤波器，其中R5=500kΩ，C4=10nF，其截至频率约为32Hz，同时，低通滤波电路也可以对信号进行一定的放大，从而使输出幅度与原信号幅度一致。
CN201510871758.7A 2015-12-02 2015-12-02 一种基于c8051f020的微弱信号检测装置 Pending CN106817129A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510871758.7A CN106817129A (zh) 2015-12-02 2015-12-02 一种基于c8051f020的微弱信号检测装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510871758.7A CN106817129A (zh) 2015-12-02 2015-12-02 一种基于c8051f020的微弱信号检测装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN106817129A true CN106817129A (zh) 2017-06-09

Family

ID=59108718

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510871758.7A Pending CN106817129A (zh) 2015-12-02 2015-12-02 一种基于c8051f020的微弱信号检测装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106817129A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109166387A (zh) * 2018-05-07 2019-01-08 南京信息工程大学 一种基于频域信号窄带化的uV级微弱信号检测教学箱
CN111090006A (zh) * 2018-10-23 2020-05-01 深圳市茁壮网络股份有限公司 一种基于微弱信号的小电阻测量装置
CN113532492A (zh) * 2021-07-16 2021-10-22 合肥工业大学 一种光纤布拉格光栅位移输出信号的静态锁相放大电路

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109166387A (zh) * 2018-05-07 2019-01-08 南京信息工程大学 一种基于频域信号窄带化的uV级微弱信号检测教学箱
CN109166387B (zh) * 2018-05-07 2024-01-30 南京信息工程大学 一种基于频域信号窄带化的uV级微弱信号检测教学箱
CN111090006A (zh) * 2018-10-23 2020-05-01 深圳市茁壮网络股份有限公司 一种基于微弱信号的小电阻测量装置
CN113532492A (zh) * 2021-07-16 2021-10-22 合肥工业大学 一种光纤布拉格光栅位移输出信号的静态锁相放大电路

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101893465B (zh) 一种基于dsp的电磁流量计信号处理系统
CN105486225B (zh) 一种抑制光强波动噪声的相位解调装置及解调方法
CN104898172B (zh) 一种基于互相关的核磁共振全波信号噪声滤除方法
CN107144719A (zh) 一种高精度微弱信号测试仪及测试方法
CN106992818B (zh) 一种基于相位程控的相位生成载波解调装置及方法
CN106817129A (zh) 一种基于c8051f020的微弱信号检测装置
CN206099914U (zh) 一种锁定放大器
CN202886471U (zh) 多通道泄露电流相位差检测设备
CN104897946A (zh) 一种电流检测装置及系统
CN210400477U (zh) 一种旋进旋涡流量计
CN104688241A (zh) 用于石英晶体微天平血糖监测系统的监测电路
CN104062004B (zh) 一种极弱光信号探测装置及方法
CN205484672U (zh) 一种用于gis局部放电检测的超高频传感器
CN203859727U (zh) 检测微弱信号的装置
CN110768661A (zh) 一种基于神经网络的锁相放大器
CN105629059A (zh) 一种信号检测方法
CN110187176A (zh) 一种电网谐波测量装置及方法
CN205484673U (zh) 一种用于gis局部放电检测的装置
CN103353320B (zh) 基于混频算法的科氏质量流量计信号处理方法
CN108008323A (zh) 一种基于低通滤波的磁信号测量装置与方法
CN203908675U (zh) 一种极弱光信号探测装置
CN108333420A (zh) 一种低频正弦信号峰值检测装置和峰值检测方法
CN111220846B (zh) 一种高速采样全数字化频率稳定度的测试设备及方法
CN108983065A (zh) 一种电压放大电路、检测电路及其电路检测方法
CN203054128U (zh) 电力参数检测系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20170609