CN203965503U - 一种多通道nV级交流电压检测设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多通道nV级交流电压检测设备，该检测设备包括放大滤波单元、多通道同步数据采集卡和控制单元；放大滤波单元与多通道同步数据采集卡之间通过屏蔽电缆相连，放大滤波单元用于将被测信号经过放大和滤波处理后输出至多通道同步数据采集卡；放大滤波单元包括至少一级放大滤波电路，每一级放大滤波电路均包括放大器和与放大器通过屏蔽电缆相连的滤波器；若放大滤波单元包括二级或二级以上放大滤波电路，则各级放大滤波电路之间通过屏蔽电缆相连；多通道同步数据采集卡将接收到的信号发送至控制单元。本实用新型具有不易受外界干扰、测试精度高、测试灵活性高等特点，本实用新型对微弱信号测试技术的研究更具有指导意义。

Description

一种多通道nV级交流电压检测设备

技术领域

本实用新型涉及微弱信号检测技术领域，具体涉及一种多通道nV级交流电压检测设备。 

背景技术

在工程技术、科学研究和生产实践的各种活动中，nV级交流电压信号检测在石油测井、光分析、超导材料评价、金属材料张力试验、俄歇电子能谱、金属探测、涡流探伤、电子束测量等领域都有着广泛的应用。由于这些领域的背景噪声很强，而被测信号又非常微弱，因此从中检测出有效信号非常困难。针对nV级交流电压信号检测进行研究，探索新的检测方法，研制新的检测设备是目前微弱信号检测技术领域的一个热点和难点。 

在现有技术中，锁相放大器是微弱信号检测的主要手段，其基本类似于一个带有放大功能的高Q值滤波器，但又不存在一般滤波器的中心频率漂移问题。其利用相关检测技术，极大地提高信噪比，能把淹没在噪声中的信号提取出来。但是目前的提取方法误差较大，精度较低，且极易受到外界噪声的干扰，影响信号的提取质量。锁相放大器一般为单通道或双通道输入，很难满足一些多通道同步并行测试的需要，且无法对测试结果和数据进行后续分析，应用灵活性较差。 

在传统测量方法中，有关微弱信号的检测方法很多，如自谱估计方法、信号模型参数辨识法、噪声模型假设法、高阶累积测量方法等。这些方法主要是通过去除和抑制噪声来实现信号检测的，在去除噪声的同时对信号本身也造成了损失，同时由于受到各种因素的限制，其工作信噪比下限的降低很难，无法测量nV级信号。对nV级信号而言，由于测量系统引入的各种噪声及外界干扰使噪声高出有用信号几十倍，一些传统的电压测量方法对于这种淹没在强噪声中的nV级电压测量无能为力。至今为止，对这种nV级交流电压的测量大量采用基于互相关运算的锁相放大技术。 

使用锁相放大技术测量信号，特别是在测量nV级交流电压时，乘法器输出电压很小，使后接的直流放大器零漂严重，不利于nV电压的测量。现有锁相放大器中普遍使用数字相敏检波器(DPSD)的检波算法，对输入信号进行幅度与相位的提取，目前的提取方法误差较大，精度较低，且极易受到外界噪声的干扰，影响信号的提取质量。锁相放大器一般为单通道或双通道输入，很难满足一些多通道同步并行测试的需要，且无法对测试结果和数据进行后续分析，应用灵活性较差。 

实用新型内容

针对现有锁相放大器易受外界干扰影响、测试精度低、无法多通道并行测试、测试灵活性差的不足，本实用新型提供一种多通道nV级交流电压检测设备。 

本实用新型的第一种技术解决方案： 

一种多通道nV级交流电压检测设备，其特殊之处： 

包括放大滤波单元、多通道同步数据采集卡和控制单元； 

所述放大滤波单元与多通道同步数据采集卡之间通过屏蔽电缆相连，放大滤波单元用于将被测信号经过放大和滤波处理后输出至多通道同步数据采集卡； 

放大滤波单元包括至少一级放大滤波电路，每一级放大滤波电路均包括放大器和与放大器通过屏蔽电缆相连的滤波器；若放大滤波单元包括二级或二级以上放大滤波电路，则各级放大滤波电路之间通过屏蔽电缆相连； 

所述放大器为放大倍数可调的多通道低噪声放大器；滤波器为截止频率可调的多通道带通滤波器；放大器与滤波器的通道数均为n，其中n均不小于2，多通道同步数据采集卡的通道数为m，m＝n+1； 

多通道同步数据采集卡是不低于24位的多通道同步数据采集卡，多通道同步数据采集卡上设有抗混淆滤波器； 

所述控制单元分别与放大器和滤波器相互通信连接； 

多通道同步数据采集卡通过外挂式零槽控制器与控制单元相互通信连接； 

多通道同步数据采集卡的其中一个通道用于接收参考信号，参考信号与被测信号的频率相同，多通道同步数据采集卡将接收到的被测信号和参考信号均发送至控制单元。 

本实用新型的第二种技术解决方案： 

一种多通道nV级交流电压检测设备，其特殊之处在于： 

包括放大滤波单元、多通道同步数据采集卡和控制单元； 

所述放大滤波单元与多通道同步数据采集卡之间通过屏蔽电缆相连，放大滤波单元用于将被测信号经过放大和滤波处理后输出至多通道同步数据采集卡； 

放大滤波单元包括至少一级放大滤波电路，放大滤波电路包括放大器和与放大器通过屏蔽电缆相连的滤波器；若放大滤波单元包括二级或二级以上放大滤波电路，则各级放大滤波电路之间通过屏蔽电缆相连； 

所述放大器为放大倍数可调的多通道低噪声放大器；滤波器为截止频率可调的多通道带通滤波器；放大器与滤波器的通道数均为n，其中n均不小于2，多通道同步数据采集卡的通道数为m，m＝n+1； 

多通道同步数据采集卡是不低于24位的多通道同步数据采集卡，多通道同步数据采集卡上设有抗混淆滤波器； 

控制单元是嵌入式零槽控制器，控制单元分别与放大器、滤波器和多通道同步数据采集卡相互通信连接； 

多通道同步数据采集卡的其中一个通道用于接收参考信号，参考信号与被测信号的频率相同，多通道同步数据采集卡将接收到的被测信号和参考信号均发送至控制单元。 

基于上述技术方案，本实用新型还做出以下优化和限定： 

上述放大器的等效输入噪声电压小于是指在被测信号的频率为1kHz时，放大器的等效输入噪声电压小于

放大滤波单元包括二级放大滤波电路。 

上述放大器包括信号放大板，滤波器包括低通滤波板和高通滤波板； 

信号放大板的输出端接低通滤波板的输入端，低通滤波板的输出端接高 通滤波板的输入端。 

上述低通滤波板包括依次相连的第一16选1模拟开关、16路低通滤波电路和第二16选1模拟开关，高通滤波板包括依次相连的第三16选1模拟开关、16路高通滤波电路和第四16选1模拟开关； 

低通滤波板为多通道低通滤波板，高通滤波板为多通道高通滤波板，低通滤波板和高通滤波板的通道数均相等。 

上述检测设备还包括机箱，所述多通道同步数据采集卡是24位多通道同步PXI数据采集卡，多通道同步数据采集卡安装在机箱上。 

本实用新型的有益效果： 

1、本实用新型克服了现有设备易受外界干扰、测试精度低、无法进行数据分析、测试灵活性差的不足； 

2、本实用新型能够实现更多通道nV级交流电压信号的并行测量，使用软件锁相放大算法，可抑制因硬件锁相放大电路引入的噪声干扰，提高测试精度，提高了设备的抗干扰能力。 

3、本实用新型对信号的处理过程更加透明，参数配置更加方便灵活，测试数据保存更加完整，更有利于数据的共享，为实验数据的处理带来了极大地方便。 

4、本实用新型作为一种nV级交流电压信号检测的设备，对微弱信号测试技术的研究更具有指导意义。 

附图说明

图1是本实用新型的设备组成框图； 

图2是本实用新型放大滤波电路的原理框图； 

图3是本实用新型单通道程控滤波电路的原理框图； 

图4是本实用新型测试软件功能框图； 

图5是本实用新型的软件锁相放大算法原理图； 

图6是本实用新型的测试原理框图； 

图7是本实用新型测试信号处理流程图。 

具体实施方式

本实用新型提供一种多通道nV级交流电压检测设备，如图1和图7所示，包括放大滤波单元、多通道同步数据采集卡和控制单元；多通道同步数据采集卡可完成模拟信号的数字化，控制单元可采用计算机，实现数据的存储及处理分析。 

放大滤波单元与多通道同步数据采集卡之间通过屏蔽电缆相连，放大滤波单元用于将被测信号经过放大和滤波处理后输出至多通道同步数据采集卡。 

放大滤波单元包括至少一级放大滤波电路，每一级放大滤波电路均包括放大器和与放大器通过屏蔽电缆相连的滤波器；若放大滤波单元包括二级或二级以上放大滤波电路，则各级放大滤波电路之间通过屏蔽电缆相连；如图7所示，本实用新型的放大滤波单元可以包括二级放大滤波电路，可以进一步放大被测信号，使得放大后被测信号的幅值达到多通道同步数据采集卡的动态范围以内；也可进一步改善被测信号的信噪比。本实用新型的放大滤波电路能使被测信号的幅值达到采集卡的动态范围之内且有效抑制和滤除部分干扰噪声，从而改善信噪比，扩大仪器的动态范围。 

放大器为放大倍数可调的多通道低噪声放大器，可以是1台多通道的前置放大器，也可以是由多台单通道的前置放大器组成多通道前置放大器，其通道数与被测信号通道数一致；前置放大器的增益至少60dB，在有效放大nV级信号的同时引入较小的噪声，放大器的增益程控可调。放大器的等效输入噪声电压小于

滤波器为截止频率可调的多通道带通滤波器，该滤波器具有可程控接口，能通过计算机软件编程进行滤波参数设置；且滤波器截至频率步进可调； 

放大器与滤波器的通道数均为n，其中n均不小于2，多通道同步数据采集卡的通道数为m，m＝n+1； 

多通道同步数据采集卡是不低于24位的多通道同步数据采集卡；具有较大的动态范围、较高的采样率以及好的同步特性，并且输入端有抗混淆滤波器；具体可以采用低噪声高精度的24位多通道同步PXI数据采集卡； 

控制单元分别与放大器和滤波器相互通信连接；多通道同步数据采集卡通过外挂式零槽控制器与控制单元相互通信连接；多通道同步数据采集卡和外挂式零槽控制器均可采用标准PXI模块，安装在PXI机箱中，控制单元通过外挂式零槽控制器控制多通道同步数据采集卡对被测信号的采集和存储。 

多通道同步数据采集卡的其中一个通道用于接收参考信号，参考信号与被测信号的频率相同，多通道同步数据采集卡将接收到的被测信号和参考信号均发送至控制单元。 

控制单元可以采用嵌入式零槽控制器，若控制单元采用嵌入式零槽控制器，控制单元分别与放大器、滤波器和多通道同步数据采集卡相互通信连接。 

如图2所示，本实用新型的放大器包括信号放大板，滤波器包括低通滤波板和高通滤波板；低通滤波板和高通滤波板组成信号滤波电路。信号放大板的输出端接低通滤波板的输入端，低通滤波板的输出端接高通滤波板的输入端。 

电源板对信号放大板和信号滤波电路供电，信号放大板对被测信号进行放大后传送给信号滤波电路，信号滤波电路对信号进行滤波后把放大、滤波后的信号传送到多通道同步数据采集卡。 

其中，电源板用于对信号放大板和信号滤波电路供电，使用线性电源以获得最为理想的噪声特性。线性电源的纹波频率为100Hz，在这个频点上，运放的PSR(电源抑制比)可以达到100dB以上，假设电源纹波为1mVRMS，对运放的影响仅为1nV以下，电源噪声可以忽略。该电源采用整流、滤波、LDO稳压电路的处理方法，其中稳压电路使用运放做反馈以降低波纹和噪声，获得优异的电路性能。电源板为多块印制板供电，为尽可能的降低各个印制板噪声的串扰，给每个印制板的供电电源使用单独的LDO稳压、在LDO稳压之后加入π型滤波器，使用共模磁环和差模磁环，降低共模噪声和差模噪声，使得电源板工作时的波纹噪声峰值小于3mV。 

信号放大板实现被测信号的放大功能，可通过RS485接口进行程控，具有4个并行通道，每通道带宽3MHz，增益1～10000步进可程控，步进10倍。 放大电路采用不带增益电阻的集成仪表放大电路，使用AD8429芯片。该芯片凭借的电压噪声水平，具有优良的噪声特性。在放大电路后端加入可选的20kHz低通滤波电路，在进行低频测试时，通过降低带宽来降低噪声；为避免接地不当引入的噪声，单板设计为浮地电路，并对RS485通讯接口进行隔离。 

信号滤波电路用于对放大后信号的滤波，改善信噪比。该滤波电路有4个独立的滤波通道，由4个低通滤波板和4块高通滤波板组成，可通过RS485接口进行程控。低通滤波和高通滤波分开，既可以单独使用，也可以组合成一个带通滤波，使用方便、灵活。 

低通滤波板包括依次相连的第一16选1模拟开关、16路低通滤波电路和第二16选1模拟开关，高通滤波板包括依次相连的第三16选1模拟开关、16路高通滤波电路和第四16选1模拟开关；低通滤波板为多通道低通滤波板，高通滤波板为多通道高通滤波板，低通滤波板和高通滤波板的通道数均相等。 

低通滤波板和高通滤波板的具体连接关系如图3所示，为单通道滤波电路功能结构图，包含1块低通滤波板和1块高通滤波板，两块电路板串联组成1个通道的带通滤波电路。其中的低通滤波板和高通滤波板的滤波电路均使用4阶巴特沃斯滤波电路，通带内平坦，阻带内衰减特性较为理想。滤波器带宽为3MHz，在带宽范围内划分为64个频段，每个频段的滤波器相互独立。滤波电路前后端各加入4个16选1的模拟开关组成64选1的开关，来对64个频段的滤波器进行选择。如图3，16选1的模拟开关分别为第一16选1模拟开关、第二16选1模拟开关、第三16选1模拟开关和第四16选1模拟开关，滤波器设置时可按照如下条件进行程控设置： 

a)频率范围DC～1kHz时，100Hz步进； 

b)频率范围1kHz～20kHz时，1kHz步进； 

c)频率范围20kHz～100kHz时，5kHz步进； 

d)频率范围100kHz～1MHz时，100kHz步进； 

e)频率范围1MHz～3MHz时，200kHz步进。 

本实用新型的检测设备还包括机箱，多通道同步数据采集卡是多通道同 步PXI数据采集卡，多通道同步数据采集卡安装在机箱上。 

本实用新型的放大滤波电路可安装在机箱内，机箱面板安装BNC绝缘隔板插座用于信号的输入，面板和内部电路板之间的连接采用BNC-SMB屏蔽同轴电缆连接，内部电路板之间采用SMB-SMB同轴屏蔽电缆连接，此方法可有效地降低静电耦合和电磁干扰产生的噪声，解决连接电缆产生的干扰。对关键的信号放大板使用金属屏蔽壳体进行屏蔽处理，有效避免周围环境的辐射干扰影响设备的性能。 

本实施方案中的PXI机箱使用海泰电子的HTPXI1008标准PXI机箱，零槽控制器使用海泰电子的HTPXI4900外挂式零槽控制器，计算机使用研华的2U工控机IPC-2320。24位高精度数据采集卡选用NI公司的PXI-4472数据采集卡，动态范围110dB，102.4kS/S采样率，8通道同步采集，内部有抗混淆滤波器。 

本实用新型的控制单元可以采用计算机，在计算机上安装测试软件，如图4，软件中包含数据采集模块、锁相放大算法模块、数据管理模块、数据回放模块、设备测试管理模块、设备自检模块、设备校准模块、设备配置模块、测试分析模块、报告生成模块和设备帮助模块等。 

数据采集模块配合采集卡的驱动软件对采集卡各通道的输入信号进行实时采集，并将采集的数据进行保存；锁相放大算法模块根据测试数据通过算法解算被测信号的幅值和相位参数；数据管理模块对各次的测试数据进行管理，包括数据的浏览、查找、删除等操作，每次试验生成单独的数据和配置文件；数据回放模块完成测试数据的事后重现。 

设备测试管理模块是整个软件的支撑部分，完成整个设备资源的调度和管理。设备测试管理模块实现了大部分人机交互的功能，包括主控程序、各个应用程序的图形用户界面，通过不同的窗口和对话框实现各种运行参数的设置和运行中的图形显示，并提供灵活、友好的人机交互方式。设备运行时，首先运行设备测试管理模块调用各个功能模块，各个功能模块运行完毕后或由设备测试管理模块调度自动执行下一个功能模块或直接返回主界面，由用户进行交互式操作。 

设备自检模块完成设备各部分的自检并给出自检结果。设备开始每次测试任务前对前端信号调理箱中的电路模块以及PXI数据采集系统中的模块进行自检，以保证测试前模块处于正常状态。 

设备校准模块主要负责对测试设备输入通道的信号校准。随着环境，温度的变化，这些都影响测试设备的测试精度和准确度，设备校准模块配合外部标准仪器可实现对设备的校准，保证测试设备在任何情况下的测试精度和准确度。 

设备配置模块对设备的各种运行参数进行设置，主要包括数据采集参数设置、调理电路参数设置等。采集参数主要设置采样率和采样点数等，在触发方式上，可以设置通道触发、外触发或自由采集，在信号触发时，可设置触发电平、触发沿等触发参数。调理电路参数设置主要是根据被测信号的特性设置放大器的增益和滤波器的滤波参数。 

测试分析模块通过调用驱动函数完成对数据采集卡和前端调理电路的控制，实现数据采集，然后采用软件锁相放大算法对采集的信号进行分析，从而得到被测信号的幅值和相位信息。该模块可以根据实际需要，采用多种数据分析方法，对测试数据进行分析，从而获取感兴趣和有价值的信息。该模块也可以根据采集到的数据，按照设定的回放参数进行数据的事后回放，再现测试时的情形。 

报告生成模块根据测试数据和测试方法，生成定制格式的图文并茂的测试报告。 

设备帮助模块为用户提供了帮助信息，它包括测试过程中的设置参数帮助和操作步骤、操作方法的使用指南等，帮助用户快速熟悉和配置使用设备。 

锁相放大算法模块采用是基于双相位锁相放大器的原理来实现，在测试信号幅值时不需要对信号及参考信号的相位进行调整，该软件锁相算法通过对同参考信号频率和相位相同的输入信号进行傅里叶变换来消除噪声，相当于一个以参考信号频率为中心的窄带带通滤波器；使用软件锁相放大算法，可抑制因硬件锁相放大电路引入的噪声干扰，提高测试精度，且对信号的处理过程更加透明，参数配置更加方便灵活，测试数据保存更加完整，更有利 于数据的共享，为实验数据的处理带来了极大地方便。 

参照图1～3，详细说明本实用新型。 

本实用新型方法测试原理框图如图1所示，前端采用二级放大滤波电路级联的形式对所测信号进行调理，在对信号进行放大的同时提高信噪比，该调理部分采用硬件电路来实现，后端采用24位低噪声高精度的多通道同步数据采集卡对各通道调理电路的输出信号进行实时采集，然后在计算机中通过软件锁相放大算法对各通道的数据进行实时计算，提取被测信号的幅值和相位参数。除此之外，在计算机中还可以通过软件实现数据存储、数据分析、数据回放及生成测试报告等多种功能。 

基于本实用新型的监测设备，本实用新型还提供了一种多通道nV级交流电压检测方法，在本实用新型检测设备的基础上采用软件锁相放大算法检测nV级交流电压，如图6和图7所示，包括以下步骤： 

1)将被测信号接入一级放大滤波电路，由一级放大滤波电路的放大器对被测信号进行放大，将放大后的被测信号接入至一级放大滤波电路的滤波器进行滤波； 

1.1)采用二级放大滤波电路的放大器对经过一级放大滤波电路滤波后的被测信号再次进行放大； 

1.2)采用二级放大滤波电路的滤波器对经过步骤1.1)放大后的被测信号再次进行滤波，进一步改善信噪比； 

2)将滤波后的被测信号接入多通道同步数据采集卡；将参考信号接入多通道同步数据采集卡的一个通道； 

3)通过控制单元实时采集输入至多通道同步数据采集卡各输入通道的信号，并将测试数据保存在计算机上； 

4)计算被测信号的幅值和相位。如需要，可通过计算机上的测试软件对保存的数据进行管理，包括浏览、查找、删除等操作，也可以通过数据回放软件对测试数据进行回放。 

本方法使用24位多通道同步数据采集模块，可实现更多通道nV级交流电压信号的并行测量。 

经二级放大滤波电路处理后的被测信号的幅值A、角频率ω₀、相位φ满足公式：s(t)＝Asin(ω₀t+φ)，经二级放大滤波电路处理后的被测信号的频率为f₀； 

设多通道同步数据采集卡的采样频率为f_s，采样长度为N，则多通道同步数据采集卡采样的周期数为其中，T₀＝2π/ω₀，为经二级放大滤波电路处理后的被测信号的周期；T_s＝1/f_s，为多通道同步数据采集卡的采样间隔； 

步骤4)按照以下过程计算被测信号的幅值和相位，在以下计算过程的各个公式中，n＝0，1……N-1；以下的计算可以通过包含锁相放大算法的应用软件实现； 

多通道同步数据采集卡的采样率和采样长度选择被测信号的整周期采样，则采样后的被测信号为： 

$s\left(n\right)=A\sin ({\text{\ω}}_{0}n{T}_s+\mathrm{\φ})=A\sin (2\mathrm{\π}\frac{f_0}{f_s}n+\mathrm{\φ}),...\left(1\right)$

根据参考信号的频率，由软件产生以下两种标准波形序列，具体可以通道如下方式实现：参考信号进入内部参考信号生成器(参考信号生成器是一个软件模块，专门来测量参考信号的频率和相位，产生用于算法计算的标准波形。)由该生成器来提取参考信号的频率和相位信息，并产生两种没有噪声的标准波形序列： 

$\cos \left(n\right)=\cos \left({\text{\ω}}_{0}n{T}_s\right)=\cos \left({\mathrm{\ω}}_0\frac{n}{f_s}\right)=\cos \left(2\mathrm{\π}\frac{f_0}{f_s}n\right)...\left(2\right)$

$\sin \left(n\right)=\sin \left({\text{\ω}}_{0}n{T}_s\right)=\sin \left({\mathrm{\ω}}_0\frac{n}{f_s}\right)=\sin \left(2\mathrm{\π}\frac{f_0}{f_s}n\right)...\left(3\right)$

则根据(1)、(2)可得： 

$\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}s\left(n\right)\cos \left(n\right)=\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}A\sin (2\mathrm{\π}\frac{f_0}{f_s}n+\mathrm{\φ})\cos \left(2\mathrm{\π}\frac{f_0}{f_s}n\right)$

$\begin{array}{c}=A\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{2}[\sin (4\mathrm{\π}\frac{f_0}{f_s}n+\mathrm{\φ})+\sin \left(\mathrm{\φ}\right)]\\ =A\frac{N}{2}\sin \mathrm{\φ}\end{array}...\left(4\right)$

同理，根据(1)、(3)可得： 

$\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}s\left(n\right)\sin \left(n\right)=A\frac{N}{2}\cos \mathrm{\φ}...\left(5\right)$

则由(4)、(5)可得： 

$P=A\sin \mathrm{\φ}=\frac{2}{N}\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}s\left(n\right)\cos \left(n\right)...\left(6\right)$

$Q=A\cos \mathrm{\φ}=\frac{2}{N}\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}s\left(n\right)\sin \left(n\right)...\left(7\right)$

根据(6)、(7)，可得被测信号的幅值和相位分别为： 

$A=\sqrt{{\left(A\sin \mathrm{\φ}\right)}^2+{\left(A\cos \right)}^2}=\sqrt{P^2+Q^2}$

$\mathrm{\φ}=\arctan \frac{P}{Q}.$

本实用新型检测设备的被测信号为nV级信号，在测试过程中容易受到干扰，包括电噪声和来自发射系统的传导和辐射干扰等，设备综合运用接地、屏蔽和滤波等措施，对电磁兼容性进行了特别考虑，主要有以下几个方面： 

a)对测试信号选用同轴电缆对信号进行传输，减小外界噪声的引入； 

b)前端调理使用了低输入噪声的放大器，并通过设置灵活的带通滤波器滤除带外噪声，在软件中采用了数字滤波算法，并使用抗干扰能力强的软件锁相放大算法对信号的幅度和相位进行分析； 

c)交流电源输入设置交流滤波器，减弱外部电气对设备的传导干扰；滤波器安装在供电单元交流电源线入口处，不让输入交流电源线在机箱内绕行很长距离后再接滤波器，以免该线在机箱内产生辐射噪声；滤波器的输入/输出线分开布置，不平行走线或捆扎在一起，避免输入线中的噪声不经过滤波器直接耦合到输出线上；滤波器的输出线采用双绞线，加强抗磁场干扰能力。 

Claims (7)

1.一种多通道nV级交流电压检测设备，其特征在于： 

包括放大滤波单元、多通道同步数据采集卡和控制单元； 

所述放大滤波单元与多通道同步数据采集卡之间通过屏蔽电缆相连，放大滤波单元用于将被测信号经过放大和滤波处理后输出至多通道同步数据采集卡； 

放大滤波单元包括至少一级放大滤波电路，每一级放大滤波电路均包括放大器和与放大器通过屏蔽电缆相连的滤波器；若放大滤波单元包括二级或二级以上放大滤波电路，则各级放大滤波电路之间通过屏蔽电缆相连； 

所述放大器为放大倍数可调的多通道低噪声放大器；滤波器为截止频率可调的多通道带通滤波器；放大器与滤波器的通道数均为n，其中n均不小于2，多通道同步数据采集卡的通道数为m，m＝n+1； 

多通道同步数据采集卡是不低于24位的多通道同步数据采集卡，多通道同步数据采集卡上设有抗混淆滤波器； 

所述控制单元分别与放大器和滤波器相互通信连接； 

多通道同步数据采集卡通过外挂式零槽控制器与控制单元相互通信连接； 

多通道同步数据采集卡的其中一个通道用于接收参考信号，参考信号与被测信号的频率相同，多通道同步数据采集卡将接收到的被测信号和参考信号均发送至控制单元。 

2.一种多通道nV级交流电压检测设备，其特征在于： 

包括放大滤波单元、多通道同步数据采集卡和控制单元； 

所述放大滤波单元与多通道同步数据采集卡之间通过屏蔽电缆相连，放大滤波单元用于将被测信号经过放大和滤波处理后输出至多通道同步数据采集卡； 

放大滤波单元包括至少一级放大滤波电路，放大滤波电路包括放大器和与放大器通过屏蔽电缆相连的滤波器；若放大滤波单元包括二级或二级以上放大滤波电路，则各级放大滤波电路之间通过屏蔽电缆相连； 

所述放大器为放大倍数可调的多通道低噪声放大器；滤波器为截止频率可调的多通道带通滤波器；放大器与滤波器的通道数均为n，其中n均不小于2，多通道同步数据采集卡的通道数为m，m＝n+1； 

多通道同步数据采集卡是不低于24位的多通道同步数据采集卡，多通道同步数据采集卡上设有抗混淆滤波器； 

控制单元是嵌入式零槽控制器，控制单元分别与放大器、滤波器和多通道同步数据采集卡相互通信连接； 

多通道同步数据采集卡的其中一个通道用于接收参考信号，参考信号与被测信号的频率相同，多通道同步数据采集卡将接收到的被测信号和参考信号均发送至控制单元。 

3.根据权利要求1或2所述的多通道nV级交流电压检测设备，其特征在于：所述放大器的等效输入噪声电压小于

4.根据权利要求3所述的多通道nV级交流电压检测设备，其特征在于：放大滤波单元包括二级放大滤波电路。 

5.根据权利要求4所述的多通道nV级交流电压检测设备，其特征在于：所述放大器包括信号放大板，滤波器包括低通滤波板和高通滤波板； 

信号放大板的输出端接低通滤波板的输入端，低通滤波板的输出端接高通滤波板的输入端。 

6.根据权利要求5所述的多通道nV级交流电压检测设备，其特征在于：所述低通滤波板包括依次相连的第一16选1模拟开关、16路低通滤波电路和第二16选1模拟开关，高通滤波板包括依次相连的第三16选1模拟开关、16路高通滤波电路和第四16选1模拟开关； 

低通滤波板为多通道低通滤波板，高通滤波板为多通道高通滤波板，低通滤波板和高通滤波板的通道数均相等。 

7.根据权利要求6所述的多通道nV级交流电压检测设备，其特征在于：所述检测设备还包括机箱，所述多通道同步数据采集卡是24位多通道同步PXI数据采集卡，多通道同步数据采集卡安装在机箱上。