微弱信號檢測處理模塊的電路設計
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摘要:本文首先簡單說明了系統(tǒng)總體設計、具體設計情況等微弱信號檢測前置處理模塊電路設計的相關內容。再具體分析了針對所設計的微弱信號檢測前置處理模塊電路的實驗測試，并得出了相應的結論。
關鍵詞:微弱信號檢測;前置處理模塊;電路設計
1微弱信號檢測前置處理模塊電路設計具體情況簡介
1．1微弱信號測量系統(tǒng)總體設計簡介在進行微弱信號檢測操作的時候，常常會遇到環(huán)境振動過強、信噪比低等困難。針對于此，所設計的微弱信號測量系統(tǒng)就應當具有以下兩樣性能。其一，要能夠有效對如測量環(huán)境等的干擾進行抑制，因此需要有較高的共模抑制比。其二，要能夠對微弱信號源內阻的影響進行控制與減弱，這需要有較高的輸入阻抗，這樣才能達到低噪聲、低漂移的目的。則最終所設計的微弱信號測量系統(tǒng)主要由PD光電、前置處理模塊等三個部分構成。1．2如何設計微弱信號檢測前置處理模塊電路
作為前置處理模塊中最重要的組成部分之一，此處所設計的前置放大電路為了能夠有效降低信號放大時引入的噪聲和漂移，因此重點考慮了共模抑制比、輸入阻抗等方面的情況。也就主要由輸入緩沖、高頻濾波和增益放大等三個部分組成了設計電路。其中的最前級電路主要采取了電壓跟隨器的設計方法，能夠有效地對信號源進行隔離操作、對處理電路系統(tǒng)進行放大操作。而能夠有效去除高頻干擾的低通濾波網(wǎng)絡則由R1、R2、C1、C2、C3構成。為了有效地將輸入阻抗和共模抑制比提高增大，并且考慮到經濟等方面的問題，此處所設計的前置放大電路采用的是三運放的經典結構。同時為了有效控制噪聲，此處就采用了高精度的繞線、金屬膜、硅碳膜、碳膜等類型的電阻和云母、瓷介電容器分別作為所設計的前置放大器的電阻和電容。其二，此處所設計的帶通濾波電路主要是基于帶寬窄、Q值高等方面的考慮，采用了雙T帶阻網(wǎng)絡帶通濾波器。其具體設計思路為:先構成一個帶阻電路，其主要是運放電路和帶阻電路一起組成，再借助適當?shù)腞C網(wǎng)絡反饋回路來進行帶通選頻。其三，差分式減法電路是此處所設計的電平抬升電路采用的主要電路形式，并同時進行了抬升3V的操作。這主要是為了后續(xù)能夠更好地進行A/D轉化操作。
2針對所設計微弱信號檢測前置處理模塊電路的實驗測試
首先使用信號發(fā)生器將需要的正弦信號產生出來，此項實驗中所產生的正弦信號多為2kHz、1mV幅值，再將其使用前置模塊處理后就可以得到相應的波形圖。其中所設計的電路的放大器、濾波分別放大為五十一倍和六十二倍。其實際的幅值為2．6V，則其前置、濾波、增益，在實際上，分別放大了五十倍、五十二倍和兩千六百倍。然后給出500Hz、700Hz、1000Hz、2000Hz、5000Hz等五個不同的頻率條件，并通過實驗測試最終得到了相應的結果。五個不同信號頻率的輸入級、前置輸出、濾波器輸出、總增益分別為1mV、48．3mV、2．60V、2604。1mV、49.5mV、2．68V、2680。1mV、48mV、2.58V、2580。1mV、50mV、2．60V、2600。1mV、47．4mV、2．52V、2520。再使用信號發(fā)生器產生1kHz、500μV幅值的正弦波、三角波和鋸齒波。其相應放大后的幅值為1．25V，并得出相應的波形圖。接下來就要進行帶通濾波電路特性測試，其具體操作過程為:先確定一個信號發(fā)生器所產生正弦信號的幅值條件，再對輸出頻率進行改變，如此就能夠得到在不同頻率條件下，前置模塊的輸出信號。此項帶通濾波電路特性測試中所給出的輸出頻率分別為950Hz、1000Hz、1050Hz，其相應的幅值分別為1.5V、3V、2V。最終通過計算，可以知道此處所設計的微弱信號檢測前置處理模塊電路的帶通濾波帶寬為50Hz。最終可以得知，要想能夠較好地進行后續(xù)的A/D采集工作，就需要滿足將波形抬升3V，且在0V之上的前提條件。
3針對所設計微弱信號檢測前置處理模塊電路的實驗測試的結論
對于經PD轉換后五百的微弱電信號，此處所設計的微弱信號檢測前置處理模塊電路能夠有效地進行放大、濾波、去噪乃至電平抬升等操作，同時也能較好地滿足后續(xù)進行A/D轉換和DSP數(shù)據(jù)處理分析操作等的需要。換而言之，此處所設計的微弱信號檢測前置處理模塊電路不但能夠有效較好的抑制噪聲、抗干擾等能力，更能夠放大信號，且具有很高的帶通濾波效能。因此在運用基于Y光纖所構建的斐索型激光干涉微振動測量儀器進行微弱信號檢測處理工作時，就可以使用此處所設計的微弱信號檢測前置處理模塊電路，并取得較好的效果。同時也可知，此處所設計的微弱信號檢測前置處理模塊電路具有較好的切實可行性，而且使用起來十分方便高效。
4結語
針對目前技術存在的不足，此處設計了一種能全新的微弱信號檢測前置處理模塊電路，主要由電壓跟隨器、雙T帶阻網(wǎng)絡帶通濾波器和差分式減法電路等部分構成。并且由相應的實驗測試可知，該電路具有十分優(yōu)越的性能，能夠有效滿足各大領域對微弱信號檢測處理的現(xiàn)實需求。
參考文獻:
［1］許江淳，李瑞，趙燁．高精度微弱信號檢測裝置設計［J］．傳感器與微系統(tǒng)，2017，36(02):94～96．
作者:陳樹貴 單位:東莞博識生物科技有限公司