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多通道锁相放大器的基本原理

时间:2022-05-06 点击次数:16
   多通道锁相放大器技术于20世纪30年代问世,并于20世纪中期进入商业化应用阶段,这种电子仪器能够在JI强噪声环境中提取信号幅值和相位信息。锁相放大器采用零差检测方法和低通滤波技术,测量相对于周期性参考信号的信号幅值和相位。锁相测量方法可提取以参考频率为中心的指定频带内的信号,有效滤除所有其他频率分量。如今,市面上好的锁相放大器具有高达120dB的动态储备,意味着这些放大器可以在噪声幅值超过期望信号幅值百万倍的情况下实现精准测量。几十年来,随着科技的不断发展,研究人员已经针对锁相放大器研发出诸多不同的应用方法。如今的锁相放大器主要用作精密交流电压仪和交流相位计、噪声测量单元、阻抗谱仪、网络分析仪、频谱分析仪以及锁相环中的鉴相器。相关研究领域几乎覆盖了所有波长范围和温度条件,例如全日光条件下的日冕观测、分数量子霍尔效应的测量或者分子中原子间键合特性的直接成像。锁相放大器的功能极其丰富多样。与频谱分析仪和示波器一样,锁相放大器不可或缺,已经成各种实验室装备中的核心工具,比如物理、工程和生命科学等。
  锁相放大器(也称为相位检测器)是一种可以从干扰大的环境(信噪比可低至-60dB,甚至更低)中分离出特定载波频率信号的放大器。Lock-in放大器是由普林斯顿大学的物理学家罗伯特·H·迪克发明的。
  信噪比
  信噪比(英语:Signal-to-noiseratio,缩写为SNR或S/N)是科学和工程中所用的一种度量,用于比较所需信号的强度与背景噪声的强度。其定义为信号功率与噪声功率的比率,以分贝(dB)为单位表示。大于比率1:1(高于0分贝)表示信号多于噪声。信噪比通常用于描述电子信号,也可以应用在各种形式的信号,比如冰芯内的同位素量,或细胞间的生物化学信号。
  基本原理
  锁相放大器是根据正弦函数的正交性原理工作的。具体来说,就是当一个频率为的正弦函数与另一个频率为的正弦函数相乘,然后对乘积进行积分(积分时间远大于两个函数的周期),其结果为零。如果相等,并且两个函数是同相位的,则平均值等于幅值乘积的一半。

 

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