Измерение крошечных сигналов, скрытых в шуме, на вашем осциллографе (фазочувствительное обнаружение): 3 шага

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:52

Представьте, что вы хотите измерить крошечный сигнал, скрытый в гораздо более сильном шуме. Посмотрите видео, чтобы узнать, как это сделать, или продолжайте читать, чтобы узнать подробности.

Шаг 1: пример

Представьте, что вы хотите измерить свет, отраженный от лазерного пятна, используя только фотодиод без оптики и грубый усилитель.

Вы можете видеть, что в сигнале, который мы получаем, преобладает комнатное освещение, а также шум 50 Гц, улавливаемый усилителем.

Простое усреднение вашего сигнала здесь не сработает, поскольку изменение фона (скажем, вы переместили руку) гораздо более значимо, чем эффект блокировки лазера для измерения разницы.

Это ужасная установка, потому что вы пытаетесь измерить сигнал на постоянном токе, а это очень шумная область спектра. Но по мере того, как вы углубляетесь в AC, шум обычно уменьшается, потому что основной источник шума называется розовым шумом: www.wikipedia.org/wiki/Pink_noise

Таким образом, решение состоит в том, чтобы переместить наш сигнал в переменный ток, подальше от источников шума.

Шаг 2: решение

Вы можете подавать сигнал в переменный ток, импульсируя лазер, и я сделал это здесь, запитав его от цифрового вывода на Arduino. Arduino запускает скетч мигания, который создает прямоугольную волну 5 кГц для непосредственного питания лазера.

Затем вы можете подключить к этому контакту еще один пробник, чтобы сообщить осциллографу точную частоту лазера.

Теперь, когда сигнал находится в переменном токе, вы можете подключить канал 1 по переменному току, чтобы избавиться от смещения постоянного тока и максимизировать динамический диапазон АЦП.

Затем вы хотите установить триггер для канала 2, так как это будет та же самая частота, что и свет, излучаемый лазером.

Теперь мы видим, что в шуме есть крошечная прямоугольная волна. Это свет от лазера!

И поскольку мы запускаем на одной и той же частоте, мы можем усреднить сигнал: все, что не совпадает с частотой нашего сигнала, или случайный шум, будет усреднен до 0.

Наш сигнал, который всегда находится в фазе с опорным каналом, будет усреднен до постоянной формы волны.

Шаг 3: результаты

Как видите, из всего этого шума мы выкопали наш сигнал! это очень важно для создания полосового фильтра, который становится уже по мере того, как вы включаете больше средних значений.

Сигнал составляет около 50 мВ, и он был погребен в 1 В (от пика до пика) шума! удивительно, что мы все еще можем это измерить!

Результат может быть оправдан блокировкой лазера, который заставляет сигнал исчезать.

Этот метод называется фазочувствительным детектированием и имеет множество применений, во-первых, он в значительной степени является основой всей радиочастотной связи в мире!

Есть инструменты, называемые синхронными усилителями, которые могут извлекать нВ-сигналы, скрытые в V шума, используя этот метод. Для более полного объяснения и способов построения схем с использованием этого взгляните на эту статью об аналоговых устройствах:

www.analog.com/en/analog-dialogue/articles…

Надеюсь, вам понравился этот быстрый совет, если у вас есть какие-либо вопросы, я буду рад ответить на них в комментариях.

Если вы нашли это полезным, вы можете проголосовать:)