多通道微弱信号的多频定位数字锁相方法及放大器系统技术方案

本发明专利技术公开了多通道微弱信号的多频定位数字锁相方法及放大器系统，系统包括：待检信号输入模块、参考信号模块，相敏检波模块和检测结果显示模块；锁相方法为：首先输入多通道待检信号，对其进行求和合并为一个信号；然后根据待检信号的频率，设置参考信号的频率；之后将合并的待检信号分别与不同的参考信号输入相敏检波器中，将相敏检波器得到的信号计算得到对应频率信号的幅值和相位；最后将计算出的信号幅值输入显示模块进行锁相放大的结果显示。本发明专利技术能够有效地对多通道微弱信号进行多频定位，并有效地检出信号的幅值和相位，具有较高的计算效率。有较高的计算效率。有较高的计算效率。

【技术实现步骤摘要】
多通道微弱信号的多频定位数字锁相方法及放大器系统


[0001]本专利技术属于多频微弱信号检测设备
，特别涉及一种多通道微弱信号的多频定位数字锁相放大器。

技术介绍

[0002]锁相放大器作为一种在微弱信号领域常用的微弱信号检测手段得到了研究人员的大量关注，并在微弱信号检测、微弱损伤检测等领域具有广泛的应用，针对锁相放大器的改进也有许多尝试。其中，锁相放大器由于受限于信号于信号之间的相关性关系，其针对多频微弱信号的检测无法达到很好的效果。
[0003]目前广泛采用数字锁相放大器进行单频微弱信号的检测，其中，双通道的正交矢量型数字锁相放大器应用广泛，如中国地质大学(武汉)申请的专利“基于FPGA的精准自动频率跟踪的数字锁相放大处理方法”，申请号：CN201810717251.X；湖南五凌电力科技有限公司、五凌电力有限公司申请的专利“一种基于插值DFT信号同步的数字锁相放大处理方法”，申请号：CN202111408144.7等；这些方法只能检测单频微弱信号。也有针对多通道的数字锁相放大器，如广州赛恩科学仪器有限公司申请的专利“一种同步多通道数字锁相放大器”，申请号：202010678683.1，采用多通道输入，单一参考信号对多个通道的待检信号依次进行相敏检波，虽然节省了仪器体积，降低了仪器制造成本，但时间成本大大增加，其不仅体现在参考信号的频率匹配，还体现在滤波器在进行多次滤波时产生的时间成本上。

技术实现思路

[0004]针对数字锁相放大器无法快速高效地对多通道微弱的多频信号进行幅值和相位的有效检测，本专利技术提供一种多通道微弱信号的多频定位数字锁相放大器，数字锁相放大技术作为进行微弱信号检测的基本方法，多通道的参考信号和多个相敏检波器作为多通道的微弱多频信号的快速检测方法，示波器作为幅值、相位及检测结果的最终显示手段，确保多通道微弱的多频信号能被检出。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0006]一种多通道微弱信号的多频定位数字锁相方法，包括以下步骤：
[0007]步骤1、将L个待测信号和一个白噪声信号相加求和，合并为一个输入信号，将所述输入信号分别输入到L个相敏检波器中；
[0008]步骤2、为每个待测信号设置1个参考信号，所述参考信号分别对应一个待测信号的频率，将L个参考信号分别与一个输入信号输入到一个相敏检波器中进行检测；
[0009]步骤3、经过在相敏检波器中对参考信号和原信号进行处理后，将结果输出到显示模块观察待测信号的幅值、相位的检测结果。
[0010]进一步的，所述步骤1中将L个待测信号和一个白噪声信号相加求和包括下述具体步骤：
[0011]步骤11、将L个待测信号与一个随机产生的白噪声同步输入到求和器中进行相加
合成为一个输入信号；
[0012]步骤12、将经过求和器处理后的输入信号分为若干路相同的信号，分别输入到相敏检波器中进行数字锁相放大，以及输入到示波器中与检测结果进行对比。
[0013]进一步的，所述步骤2包括以下过程：
[0014]步骤21、为每个待测信号设置1个幅值为一个单位的参考信号，产生L个参考信号，每个参考信号的频率分别与其对应的待测信号的频率相同，针对L个不同频率的参考信号，每个参考信号分别构造两个同相的正交参考信号；
[0015]步骤22、将产生的两个参考信号分别与输入信号输入到同一个相敏检波器中；
[0016]步骤23、将上述两路参考信号分别与待检信号经相关运算后的结果进行低通滤波，得到两路直流信号；
[0017]步骤24、将所述两路直流信号分别平方后相加，再将相加的结果开方，得到待测信号的幅值曲线；
[0018]步骤25、对所述两路直流信号的商求反正切函数值，得到待测信号的相位曲线；
[0019]步骤26、用所述幅值检测结果与一路参考信号相乘，得到信号检测结果。
[0020]进一步的，所述步骤3经过在相敏检波器中对参考信号和原信号进行处理后，将结果输出到显示模块进行幅值、相位、检测结果的显示，包括以下具体步骤：
[0021]步骤31、将上述得到的待检信号的L个幅值和相位分别输入到示波器中进行结果的显示；
[0022]步骤32、将上述得到的待检信号的L个信号处理结果相加，合并成一个信号，输入到示波器中，与输入到示波器中的原信号进行对比显示。
[0023]本申请还提供一种多通道微弱信号的多频定位数字锁相放大器系统，所述放大器系统包含：
[0024]输入信号模块，所述输入信号模块将L个待测信号和一个白噪声信号相加求和，合并为一个输入信号；
[0025]参考信号模块，所述参考信号模块为每个待测信号设置1个参考信号，所述参考信号与其对应的待测信号频率相同；
[0026]相敏检波器模块，所述相敏检波器模块用于接收所述输入信号以及参考信号生成模块，得到待测信号的幅值、相位的检测结果；
[0027]结果显示模块，所述结果显示模块用于观察待测信号的幅值、相位的检测结果。
[0028]本专利技术与现有相比，具有以下有益效果：
[0029]本专利技术利用多通道参考信号同时对多通道待检信号进行检测，采用多个相敏检波器和多个低通滤波，使多频信号的多个频率成分的幅值和相位同时检出，提高了多通道微弱信号检测的效率；将多通道的信号相加后合并为一个信号，减少了输入锁相放大器的接口数量，使其也适用于单通道的微弱多频信号，增加了其适用范围。本专利技术可以有效地对多通道微弱信号的多个频率进行检测，并有效地检测到每个频率信号的幅值和相位。
附图说明
[0030]图1是本专利技术的原理框架示意图；
[0031]图2是本专利技术中检测出的混频信号对应频率的幅值；
[0032]图3是本专利技术中检测出的混频信号对应频率的相位；
[0033]图4是本专利技术中检测结果与原始输入信号的对比图；
[0034]图5是相敏检波模块的电路结构示意图。
具体实施方式
[0035]下面结合实施例对本专利技术作更进一步的说明。
[0036]实施例1
[0037]本实施例为一种多通道微弱信号的多频定位数字锁相放大器系统，如图1所示，该系统包括待检信号输入模块、参考信号模块，相敏检波模块和检测结果显示模块。所述放大器系统包含：
[0038]输入信号模块，所述输入信号模块将L个待测信号和一个白噪声信号相加求和，合并为一个输入信号；
[0039]参考信号模块，所述参考信号模块为每个待测信号设置1个参考信号，所述参考信号与其对应的待测信号频率相同；
[0040]相敏检波器模块，所述相敏检波器模块用于接收所述输入信号以及参考信号生成模块，得到待测信号的幅值、相位的检测结果；
[0041]结果显示模块，所述结果显示模块用于观察待测信号的幅值、相位的检测结果。
[0042]实施例2
[0043]基于上述多通道微弱信号的多频定位数字锁相放大器系统，本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多通道微弱信号的多频定位数字锁相方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、将L个待测信号和一个白噪声信号相加求和，合并为一个输入信号，将所述输入信号分别输入到L个相敏检波器中；步骤2、为每个待测信号设置1个参考信号，所述参考信号分别对应一个待测信号的频率，将L个参考信号分别与一个输入信号输入到一个相敏检波器中进行检测；步骤3、经过在相敏检波器中对参考信号和原信号进行处理后，将结果输出到显示模块观察待测信号的幅值、相位的检测结果。2.根据权利要求1所述的一种多通道微弱信号的多频定位数字锁相放大器，其特征在于，所述步骤1中将L个待测信号和一个白噪声信号相加求和包括下述具体步骤：步骤11、将L个待测信号与一个随机产生的白噪声同步输入到求和器中进行相加合成为一个输入信号；步骤12、将经过求和器处理后的输入信号分为若干路相同的信号，分别输入到相敏检波器中进行数字锁相放大，以及输入到示波器中与检测结果进行对比。3.根据权利要求2所述的一种多通道微弱信号的多频定位数字锁相放大器，其特征在于，所述步骤2包括以下过程：步骤21、为每个待测信号设置1个幅值为一个单位的参考信号，产生L个参考信号，每个参考信号的频率分别与其对应的待测信号的频率相同，针对L个不同频率的参考信号，每个参考信号分别构造两个同相的正交参考信号；步骤22、将产生的两个参考信号分别与输入信号输入到同一个相敏检波器中；步骤23、将...

【专利技术属性】
技术研发人员：李舜酩，龚思琪，陈凯，魏民祥，陈信达，裴宇航，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：