智能检测仪中微弱信号处理方法的研究

摘要

本文对智能检测仪中微弱信号处理方法进行研究，分别从近红外采样系统电路的改进设计、电磁噪声抑制、微弱信号处理方法的仿真分析和数字锁相放大器的设计等角度进行展开。
　　 针对微弱光信号检测的特点，设计智能多波长近红外采样系统。采样系统使用高精度数控恒流源和TSL245光频转换器的设计，分别实现对近红外LED光强的高精度控制和对微弱光信号的有效检测。
　　 采用有限元法对智能检测仪的抗电磁噪声设计进行研究。从电磁抗干扰和电磁屏蔽两个角度对其进行分析，仿真得到的结论有利于提高智能检测仪的电磁噪声抑制能力。
　　 采用自相关检测、自适应噪声抵消对微弱信号处理方法进行仿真研究。自相关检测采用自相关函数和数字式平均相结合的方法检测微弱信号。自适应噪声抵消分别使用最小均方误差算法和BP神经网络算法实现对微弱信号的检测。仿真结果显示，基于BP神经网络算法的自适应去噪效果优于最小均方误差算法。
　　 最后研究数字锁相放大器对微弱信号进行检测。通过使用DSP Builder对数字锁相放大器的各个子模块进行建模与代码转换，通过与自编的VHDL代码相结合，完成数字锁相放大器的设计。
　　 综上所述:使用以上微弱信号处理方法，能够实现对强噪声背景下微弱信号的检测，从而可以提高智能检测仪的微弱信号检测能力。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 选题背景

1．2 国内外研究概况

1．3 论文的主要内容及章节安排

2 微弱信号采样系统的设计

2．1 传统近红外采样系统

2．1．1 系统工作原理

2．1．2 采样系统组成

2．2 智能多波长采样系统的设计

2．2．1 智能多波长采样系统的整体设计

2．2．2 高精度数控恒流源的设计

2．2．3 光频转换模块的设计

2．2．4 频率计的设计

2．2．5 PCB的设计与制作

2．3 小结

3 基于有限元法的微弱信号处理方法研究

3．1 微弱信号检测电路PCB的电磁抗干扰仿真研究

3．1．1 PCB中电磁干扰源

3．1．2 PCB的抗干扰设计措施

3．1．3 微弱信号检测电路PCB的电磁场仿真

3．2 基于电磁屏蔽的微弱信号处理方法研究

3．2．1 屏蔽原理

3．2．2 屏蔽效能

3．2．3 孔缝对屏蔽效能的影响

3．2．4 Ansoft HFSS中屏蔽效能仿真分析

3．3 小结

4 微弱信号处理方法的仿真研究

4．1 基于自相关检测的微弱信号检测研究

4．1．1 自相关检测

4．1．2 数字式平均

4．1．3 仿真分析

4．2 基于LMS算法的自适应去噪声研究

4．2．1 自适应噪声抵消原理

4．2．2 自适应滤波器结构以及LMS算法

4．2．3 仿真分析

4．3 基于BP神经网络的自适应去噪声研究

4．3．1 基于BP神经网络的自适应滤波器设计

4．3．2 仿真分析

4．4 两种自适应算法的去噪效果比较

4．5 小结

5 基于锁相放大器的微弱信号检测研究

5．1 锁相放大器

5．1．1 锁相放大器的组成

5．1．2 相敏检测原理

5．2 输入信号通道的设计与仿真

5．2．1 低噪声放大器的噪声源分析

5．2．2 低噪声放大电路的设计与仿真

5．2．3 带通滤波器的设计与仿真

5．3 锁相放大器的仿真分析

5．3．1 单相锁相放大器的仿真分析

5．3．2 双相锁相放大器的仿真分析

5．3．3 两种锁相放大器的比较

5．4 基于FPGA的双相锁相放大器的设计

5．4．1 双相锁相放大器的总体设计

5．4．2 DDS信号发生器的设计

5．4．3 频率跟踪模块的设计

5．4．4 FIR数字低通滤波器的设计

5．4．5 矢量运算模块的设计

5．5 系统验证

5．5．1 仿真验证

5．5．2 板级验证

5．6 小结

6 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

致谢

参考文献

附录