本实用新型专利技术公开了一种基于多维随机共振系统级联的微弱信号放大与降噪装置，该装置主要由四维单势阱随机共振电路、模式选择与显示电路、三维双势阱随机共振电路组成。使用四维单势阱随机共振电路作为电路的第一级，降低了系统电路对输入信号的幅值要求。使用三维双势阱随机共振电路作为电路的第二级，可在第一级电路的基础上，对信号进行进一步降噪和放大。两级电路可以分开使用，通过模式选择按键可使两级电路级联或者只选用单独的任意一级电路。调节装置中的滑动调节器可以对两级的输出信号进行微调。装置内部电路易于实现，对输入信号的幅值要求极低，且降噪和放大效果好，同时具有多维输出，使用灵活，可处理的信号类型和范围广。范围广。范围广。
【技术实现步骤摘要】
一种基于多维随机共振系统级联的微弱信号放大与降噪装置
[0001]本技术属于微弱信号处理领域，提供了一种基于多维随机共振系统级联的微弱信号放大与降噪装置，可用于对含噪声的微弱信号进行多级放大与降噪。
技术介绍
[0002]强噪声背景下的微弱特征信号检测在电子工程、自动化、机械等许多领域中的具有广泛应用，对推动相关领域的研究具有重要意义。传统的处理方法是首先抑制信号中的噪声，再进行信号的放大，进而提取有用的微弱信号。这样的处理方式使得信号降噪和放大的要分开进行，其步骤繁琐。而且传统方法在降噪的同时，可能会削弱特征信号。
[0003]随机共振方法通过一个非线性系统，利用将噪声的部分能量转化为信号的机制在抑制噪声的同时增强检测微弱特征信号。传统的随机共振系统如Langevin随机共振系统属于一维双势阱随机共振系统。其具有两个稳态，对输入信号具有幅值要求，只有信号幅值达到其阈值才会产生随机共振效应。且系统只有一维的输出，对于输出信号的可调性较小。
[0004]因此本技术阐述了一种基于多维随机共振系统级联的微弱信号放大与降噪装置，该装置的主要电路包含由一个四维单势阱随机共振电路和一个三维双势阱随机共振电路级联构成。其中第一级的四维单势阱随机共振电路发生随机共振效应的阈值非常小，可对极为微弱的输入信号进行放大和降噪；第二级的三维双势阱随机共振电路发生随机共振效应的阈值相对较高，但是降噪能力较好，其在第一级处理的基础上，进一步对信号进行降噪和放大。输入信号经过两级随机共振电路，将会去除信号中的大部分噪声，且在降噪的同时信号幅值也会相应放大。该装置结构简单，对输入信号的幅值要求低，可处理幅值极为微弱的输入信号。且装置具有多维输出，对输入信号的放大效果可调，适用范围广，具有较好的应用价值。
技术实现思路
[0005]本技术目的在于提供一种基于多维随机共振系统级联的微弱信号放大与降噪装置，旨在降低随机共振电路对输入信号的幅值要求，同时对含噪声的微弱信号进行降噪和放大处理。输入信号由第一级信号输入端口输入电路，首先经第一级四维单势阱随机共振电路的处理，并将信号从第一级输出端口进行输出，再根据模式选择按键选择第一级四个输出端口中的一个与第二级输入端口相连，最后第一级处理后的信号输入至第二级三维双势阱随机共振电路进行处理并从第二级输出端口输出。装置的两级电路均能单独处理信号，可通过模式选择按键选择是否进行级联处理，并可使用滑动调节器对输出信号进行调整。
[0006]为了实现上述目标，本技术提供如下技术方案：一种基于多维随机共振系统级联的微弱信号放大与降噪电路，其特征在于，所述装置包括第一级四维单势阱随机共振电路、模式选择与显示电路、第二级三维双势阱随机共振电路。
[0007]所述第一级四维单势阱随机共振电路包括第一级信号输入端口、第一级处理电
路、第一级信号输出端口A1、第一级信号输出端口A2、第一级信号输出端口A3、第一级信号输出端口A4、第一级滑动调节器。第一级的四个输出端口均可输出降噪放大后的信号，且每个输出端口的输出信号的幅值和波形有所不同。第一级四个信号输出端口所输出信号的幅值和波形可由第一级滑动调节器进行调节。
[0008]所述模式选择与显示电路包括AT89C52单片机最小系统电路、LM016L显示电路、按键控制电路。通过按键控制电路中的5个按键可以选择装置的使用模式，可选择两级电路不级联，仅进行一级电路的处理。也可选择第一级信号输出端口A1与第二级级联或选择第一级信号输出端口A2与第二级级联或选择第一级信号输出端口A3与第二级级联或选择第一级信号输出端口A4与第二级级联。LM016L显示电路可显示当前所使用的模式。
[0009]所述第二级三维双势阱随机共振电路包括第二级输入端口、第二级处理电路、第二级输出端口B1、第二级输出端口B2、第二级输出端口B3、第二级滑动调节器。第二级的三个输出端口均可输出降噪放大后的信号，且每个输出端口的输出信号的幅值和波形也有所不同。第二级三个信号输出端口所输出信号的幅值和波形可由第二级滑动调节器进行调节。
[0010]本技术的有益效果：
[0011]（1）本技术中的一种基于多维随机共振系统级联的微弱信号放大与降噪装置，运用系统电路的随机共振效应同时对含噪声的微弱信号进行降噪和放大。其内部电路结构简单，易于实现，且每级电路可以单独使用，通过模式选择按键可同时使用两级电路或者只选用单独的任意一级电路，可处理的信号类型和范围广。
[0012]（2）本技术中的一种基于多维随机共振系统级联的微弱信号放大与降噪装置，构建并使用四维单势阱随机共振电路作为电路的第一级，降低了系统电路对输入信号的幅值要求。使电路在输入信号幅值非常小时也可以发生随机共振效应，进行信号的降噪和放大。构建并使用三维双势阱随机共振电路作为电路的第二级，相对第一级其放大效果较差，但降噪效果更好，可在第一级电路的基础上，对信号进行进一步降噪和放大。
附图说明
[0013]图1为本技术一种基于多维随机共振系统级联的微弱信号放大与降噪装置的结构图；
[0014]图2为本技术的第一级四维单势阱随机共振电路图；
[0015]图3为本技术的第二级三维双势阱随机共振电路图；
[0016]图4为本技术的模式控制与显示电路图。
具体实施方式
[0017]如图1所示，一种基于多维随机共振系统级联的微弱信号放大与降噪装置的结构图，图中:1
‑
第一级信号输入端口、2
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第一级滑动调节器、3
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第一级信号输出端口（共四个，分别为A1、A2、A3、A4）、4
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显示屏幕、5
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模式选择按键（共五个，分别为K0、K1、K2、K3、K4）、6
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第二级信号输入端口、7
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第二级滑动调节器、8
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第二级信号输出端口（共三个，分别为B1、B2、B3）、9
‑
装置电源开关、10
‑
外部电源接入端（为装置提供电源和接地端）。
[0018]原信号由第一级信号输入端口输入至第一级四维单势阱随机共振电路进行第一
级信号降噪放大。第一级四维单势阱随机共振电路通过第一级信号输出端口A1、A2、A3、A4将处理后的信号进行输出。第一级滑动调节器通过改变自身阻值调节第一级四维单势阱随机共振电路对信号的处理效果。模式选择按键控制是否进行级联，并选择第一级输出端口A1、A2、A3、A4与第二级信号输入端口连接。当按下模式选择按键K0，进入模式0时，原信号也可通过第二级信号输入端口直接输入至第二级三维双势阱随机共振电路进行第二级信号降噪放大。当按下模式选择按键K1\K2\K3\K4，进入模式1\2\3\4时，第一级四维输出信号通过第二级信号输入端口输入至第二级三维双势阱随机共振电路进行第二级信号降噪放大。第二级三维双势阱随机共振电路通过第二级信号本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于多维随机共振系统级联的微弱信号放大与降噪装置，其特征在于，所述装置由第一级四维单势阱随机共振电路、模式选择与显示电路、第二级三维双势阱随机共振电路组成，含噪声的微弱信号可通过第一级信号输入端口或第二级信号输入端口来输入装置，第一级四维单势阱随机共振电路和第二级三维双势阱随机共振电路可以单独使用，当按下模式选择按键K0时，信号只经其中一级随机共振电路处理，当信号从第一级信号输入端口输入且按下模式选择按键K1\K2\K3\K4时，可从第二级信号输出端口输出经第一级四维单势阱随机共振电路和第二级三维双势阱随机共振电路共同处理的信号。2.根据权利要求1所述的一种基于多维随机共振系统级联的微弱信号放大与降噪装置，其特征是所述第一级四维单势阱随机共振电路包括第一级信号输入端口、第一级处理电路、第一级信号输出端口A1、第一级信号输出端口A2、第一级信号输出端口A3、第一级信号输出端口A4、第一级滑...
【专利技术属性】
技术研发人员：肖求美，于文新，李目，刘美婷，周躜波，钟广林，宋磊，赵启政，
申请(专利权)人：湖南科技大学，
类型：新型
国别省市：
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