抗干扰性强的微弱信号检测装置.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201911330978.3 (22)申请日 2019.12.21 (71)申请人 中国电波传播研究所 （中国电子科 技集团公司第二十二研究所） 地址 266107 山东省青岛市城阳区仙山东 路36号 (72)发明人 张庆乐李智强林鹏李凡贡 (74)专利代理机构 北京中济纬天专利代理有限 公司 11429 代理人 张晓 (51)Int.Cl. G05B 19/042(2006.01) (54)发明名称 一种抗干扰性强的微弱信号检测装置 (57)摘要 本发明公开了一种抗干扰性强的微。

2、弱信号 检测装置， 包括依次电连接在一起的滤波电路、 前置放大电路、 锁定放大器、 多通道放大电路、 多 通道AD采集电路、 DSP、 CAN盒和上位机， 其中滤波 电路接收信号， 锁定放大器包括调制模块。 本发 明所公开的装置对于幅度较小的直流信号或慢 变信号， 为了防止1/f噪声和直流放大的直流漂 移(例加运算放大器输入失调电压的温度漂移) 的不利影响， 一般都使用调制器或斩波器将其变 换成交流信号后， 再进行放大和处理， 之后再进 行解调和低通滤波， 以得到放大了的被测信号。 基于锁定放大器设计的微弱信号检测装置， 在微 弱信号检测方面显示出优秀的性能。 权利要求书1页 说明书3页 附图。

3、3页 CN 111025983 A 2020.04.17 CN 111025983 A 1.一种抗干扰性强的微弱信号检测装置， 其特征在于： 包括依次电连接在一起的滤波 电路、 前置放大电路、 锁定放大器、 多通道放大电路、 多通道AD采集电路、 DSP、 CAN盒和上位 机， 其中滤波电路接收信号， 锁定放大器包括调制模块， 该调制模块的一个输入端与前置放 大电路电连接， 另一个输入端与方波产生电路电连接， 调制模块的输出端依次通过高通滤 波模块和放大电路与解调模块电连接， 此外方波产生电路还通过移相电路与解调模块电连 接， 解调模块的输出端分别与多通道放大电路中的各通道电连接， 每一通道均。

4、包括依次电 连接在一起的放大电路和低通滤波模块， 各通道的低通滤波模块均电连接至多通道AD采集 电路。 2.根据权利要求1所述抗干扰性强的微弱信号检测装置， 其特征在于： 多通道AD采集电 路与DSP之间通过SPI接口通信。 3.根据权利要求1所述抗干扰性强的微弱信号检测装置， 其特征在于： DSP与CAN盒之间 通过CAN总线通信。 4.根据权利要求1所述抗干扰性强的微弱信号检测装置， 其特征在于： CAN盒与上位机 之间通过CAN总线通信。 5.根据权利要求1所述抗干扰性强的微弱信号检测装置， 其特征在于： 多通道放大电路 中的放大电路均为程控放大电路。 权利要求书 1/1 页 2 CN 。

5、111025983 A 2 一种抗干扰性强的微弱信号检测装置 技术领域 0001 本发明属于油田测井领域， 特别涉及该领域中的一种抗干扰性强的微弱信号检测 装置。 背景技术 0002 在油气评价中， 微弱信号不仅意味着信号的幅度很小， 而且主要指的是被噪声淹 没的信号。 对于各种微弱的信号被测量， 例如， 弱光、 弱磁、 微压力、 微振动、 微温差等， 一般 都通过相应的传感器将其转换为微电流或低电压， 再经过放大器放大幅度， 以指示被测量 的大小。 但是， 由于被测量的信号微弱， 传感器的本底噪声、 放大电路及测量仪器的固有噪 声以及外界的干扰噪声往往要比有用信号的幅度大的多， 放大被测信号。

6、的过程同时也放大 了噪声， 而且必然还会附加一些额外的噪声， 例如放大器的内部固有噪声和外部干扰噪声， 因此只靠放大是不能把微弱信号检测出来的。 只有在有效地抑制噪声的条件下增大微弱信 号的幅度， 才能提取出有用信号。 发明内容 0003 本发明所要解决的技术问题就是提供一种抗干扰性强的微弱信号检测装置。 0004 本发明采用如下技术方案： 一种抗干扰性强的微弱信号检测装置， 其改进之处在于： 包括依次电连接在一起的滤 波电路、 前置放大电路、 锁定放大器、 多通道放大电路、 多通道AD采集电路、 DSP、 CAN盒和上 位机， 其中滤波电路接收信号， 锁定放大器包括调制模块， 该调制模块的一。

7、个输入端与前置 放大电路电连接， 另一个输入端与方波产生电路电连接， 调制模块的输出端依次通过高通 滤波模块和放大电路与解调模块电连接， 此外方波产生电路还通过移相电路与解调模块电 连接， 解调模块的输出端分别与多通道放大电路中的各通道电连接， 每一通道均包括依次 电连接在一起的放大电路和低通滤波模块， 各通道的低通滤波模块均电连接至多通道AD采 集电路。 0005 进一步的， 多通道AD采集电路与DSP之间通过SPI接口通信。 0006 进一步的， DSP与CAN盒之间通过CAN总线通信。 0007 进一步的， CAN盒与上位机之间通过CAN总线通信。 0008 进一步的， 多通道放大电路中。

8、的放大电路均为程控放大电路。 0009 本发明的有益效果是： 本发明所公开的装置对于幅度较小的直流信号或慢变信号， 为了防止1/f噪声和直流 放大的直流漂移(例加运算放大器输入失调电压的温度漂移)的不利影响， 一般都使用调制 器或斩波器将其变换成交流信号后， 再进行放大和处理， 之后再进行解调和低通滤波， 以得 到放大了的被测信号。 基于锁定放大器设计的微弱信号检测装置， 在微弱信号检测方面显 示出优秀的性能。 0010 用调制器将直流或慢变信号的频谐迁移到调制频率的w0处， 再进行放大， 以避开 说明书 1/3 页 3 CN 111025983 A 3 1/f噪声的不利影响。 0011 利用。

9、相敏检测器实现调制信号的解调过程， 可以同时利用频率和相角进行检测， 噪声与信号同频又同相的概率很低。 0012 用低通滤波器而不是用带通滤波器来抑制宽带噪声。 低通滤波器的频带很窄， 而 且其频带宽度不受调制频率的影响， 稳定性也远远优于带通滤波器。 0013 AD采集后， 在DSP内部加入软件滤波有利于对白噪声的抑制， 在数据处理过程中， 设置不同带宽的数字带通滤波器， 能够较大程度抑制带外信号。 0014 根据不同采样样本量， 选择不同阶数的数字滤波器。 在实际使用过程中， 可根据不 同的情况， 选择相应的滤波算法， 提高运算速度， 最大限度增大信噪比。 0015 通过上位机软件可以发送。

10、不同的指令， 来控制不同通道放大倍数、 采样点数等， 能 够实现显示各通道曲线， 方便进行曲线处理和组合。 附图说明 0016 图1a是锁定放大器对信号频谱进行调制过程的示意图； 图1b是锁定放大器对信号频谱进行相敏检测过程的示意图； 图2是本发明实施例1所公开检测装置的组成框图； 图3是本发明实施例2所公开检测装置的组成框图。 具体实施方式 0017 为了使本发明的目的、 技术方案及优点更加清楚明白， 以下结合附图和实施例， 对 本发明进行进一步详细说明。 应当理解， 此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明， 并 不用于限定本发明。 0018 对于一些被测信号频率很低， 接近直流信号的极微。

11、弱信号， 低频处的1/f噪声对接 收到信号产生很大干扰， 如果直接选用低噪声前置放大器， 电路设计简单， 但接收电路自身 噪声以及1/f噪声经过放大后， 会以很大的幅度出现在后级放大器的输出端， 当有用信号幅 度很小时， 根本检测不出来。 本实施例提出了一种抗干扰性强的微弱信号检测装置， 能够有 效解决以上问题。 0019 本实施例的目的为了降低接收信号中的噪声干扰， 提高对噪声的抑制能力， 增强 对接收有用微弱信号的放大程度， 达到提高接收信号信噪比的目的， 设计了一种抗干扰性 强的微弱信号检测装置。 0020 本实施例所公开检测装置的工作原理是： 锁定放大器对信号频谱进行迁移的过程 示于图。

12、1a， 1b。 调制过程将低频信号Vs乘以频率为w0的方波载波， 从而将其频谱迁移到调制 频率w0处， 之后进行选频放大， 这样就不会把1/f噪声和低频漂移也放大了， 如图1(a)所示， 图中的虚线表示1/f噪声和白噪声的功率谱密度。 经交流放大后， 再用相敏检测器(PSD)将 其频谱迁移到直流(w=0)处， 用低通滤波器(LPF)滤除噪声， 就得到高信噪比的放大信号， 如 图1(b)所示。 0021 实施例1， 如图2所示， 本实施例公开的检测装置， 经过转换器转换后的接收信号首 先经过第一级低通滤波电路再通过前置低噪声放大电路进行放大， 然后经过锁定放大器， 将放大后的信号进行斩波调制， 。

13、调制到一定频率 （此频率根据方波产生电路来定） 后进行高 说明书 2/3 页 4 CN 111025983 A 4 通滤波， 此时可以再次去除直流电压偏置， 然后通过解调器将信号恢复出来， 再经过多通道 放大电路， 将信号放大不同倍数， 通过低通滤波电路后进入AD采集电路， AD采集电路可针对 各不同通道的信号进行同时采集， 最后， 通过DSP进行处理， DSP内部增加软件滤波功能， 对 信号进行数字滤波， 最终采用CAN通讯协议， 通过CAN盒传送到上位机软件， 并实时显示各通 道曲线。 上位机通过软件控制发送采集命令、 采样点数和停止命令等不同指令控制电路。 0022 实施例2， 如图3所示， 实施例1中的放大电路倍数一旦确定， 只能通过改变电路电 阻来改变。 实施例2是将实施例1中的放大电路换成程控放大电路， 方便通过上位机发送命 令来实时改变放大倍数。 说明书 3/3 页 5 CN 111025983 A 5 图1a 图1b 说明书附图 1/3 页 6 CN 111025983 A 6 图2 说明书附图 2/3 页 7 CN 111025983 A 7 图3 说明书附图 3/3 页 8 CN 111025983 A 8 。