專利名稱：一種頻率域有源正交矢量型檢測系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是一種正交檢測系統(tǒng)，尤其是一種頻率域有源正交矢量型檢測系統(tǒng)，也可稱為有源實虛分量頻譜檢測系統(tǒng)，是一種寬頻范圍內用于檢測各種線性時不變的待測系統(tǒng)的電子儀器。

背景技術：
目前國內外市場上的相似產品是正交矢量型鎖相放大器(LIA)，LIA的核心部件是相敏檢波器(PSD)，從廣義的角度來看是屬于一種相關檢測，最大的特點是檢測出與參考信號的頻率和相位相關的微弱信號，具有強大的壓制干擾能力。正交矢量型鎖相放大器必須引入外參考信號，經過鎖相環(huán)(PLL)，提取出兩路正交信號(相位差為90°)，分別作為參考信號送到兩個相同的PSD。PLL在工作過程中會受到種種干擾，產生相位鎖定誤差，直接影響到LIA的檢測精度，這是LIA的突出缺點；另一個缺點是，對于一個待測系統(tǒng)，最經典的測量方法是以正弦波點頻測量方法為基礎的，故必須有一個激勵信號源，而LIA不包括信號源部分。


發(fā)明內容
本發(fā)明的目的涉及一種頻率域有源正交矢量型檢測系統(tǒng)，也可稱為有源實虛分量頻譜檢測系統(tǒng)，是一種寬頻范圍內用于檢測各種線形時不變待測系統(tǒng)的電子儀器。具備一定功率的信號源，可以實現(xiàn)對各種待測系統(tǒng)的激勵；實現(xiàn)對待測系統(tǒng)輸出的微弱信號進行正交矢量型檢測，即實現(xiàn)對待測系統(tǒng)的實虛分量的頻譜檢測。
本發(fā)明的目的是通過以下技術方案來實現(xiàn) 一種頻率域有源正交矢量型檢測系統(tǒng)，包括信號源部分和正交矢量檢測部分，其中所述信號源部分由振蕩器和功率放大器組成，其中振蕩器輸出的第一路信號為正弦波信號sinωt，第二路信號是與sin2ωt同相位的方波信號fr，其中正弦信號單向送到功率放大器并放大到Asinωt后再送到待測系統(tǒng)；所述正交矢量檢測部分由分頻電路、超低噪聲前置放大器、兩個相敏檢波器、兩個低通濾波器和兩個直流放大器組成；振蕩器的第二路輸出信號fr經過分頻電路轉換成為兩種參考信號，其中一種參考信號是與sinωt的同相的方波信號fr1，另一種參考信號是與sinωt的相位差為90°的方波信號fr2，所述fr1和fr2分別送到兩個并列的相敏檢波器，與此同時，待測系統(tǒng)的輸出經過同一個超低噪聲放大器，再分別送到這兩個并列的相敏檢波器，相敏檢波器單向連接到低通濾波器，再單向連接到直流放大器，從而實現(xiàn)正交矢量型檢測(即實現(xiàn)實虛分量的分離)；這是正交矢量檢測的一個通道，必要時可用相同的結構組成多個通道。上述方案為模擬類型正交矢量檢測系統(tǒng)的結構，此結構也可用于數字類型的結構。
本發(fā)明的有益效果為本發(fā)明的頻率域有源正交矢量型檢測系統(tǒng)，也可稱為頻率域有源實虛分量檢測系統(tǒng)，是一種寬頻范圍內用于檢測各種線性時不變的待測系統(tǒng)的科學儀器，換言之，它是一個性能優(yōu)越的平臺，由此可以派生出多種探測、檢測與檢驗等儀器設備；自備一定功率輸出的正弦波信號源，可以直接實現(xiàn)對待測系統(tǒng)的正交矢量檢測，在保證檢測靈敏度和測量精度的前提下，可最大限度地減小對待測系統(tǒng)激勵信號源的功耗，從微弱信號提取有用信號；可應用于物理(力學、光學、電磁學等)、化學(包括電化學等)、生物醫(yī)學等眾多學科，配備相應的傳感器，則可應用于工程及產品的檢驗及檢測，功能全、用途廣。



圖1是本發(fā)明所述的頻率域有源正交矢量型檢測系統(tǒng)的結構框圖； 圖2是本發(fā)明所述頻率域有源正交矢量型檢測系統(tǒng)的相敏檢波器電路圖。
圖中1、信號源部分；11、振蕩器；12、功率放大器；2、正交矢量檢測部分；21、分頻電路；22、超低噪聲放大器；23、相敏檢波器；24、低通濾波器；25、放大器；3、待測系統(tǒng)。

具體實施例方式 如圖1-2所示，本發(fā)明實施例所述的頻率域有源正交矢量型檢測系統(tǒng)，包括信號源部分1、正交矢量檢測部分2，信號源1由振蕩器11和功率放大器12組成；振蕩器11輸出的第一路信號為正弦波信號sinωt，第二路信號是與sin2ωt同相位的方波信號fr，其中正弦信號單向送到功率放大器12，放大到Asinωt后再送到待測系統(tǒng)；正交矢量檢測部分2由分頻電路21、超低噪聲前置放大器22、兩個相敏檢波器23、兩個低通濾波器24和兩個直流放大器25組成；信號源部分1中的振蕩器11的第二路輸出信號fr經過分頻電路21轉換成為兩種參考信號，一種是與sinωt的同相的方波信號fr1，另一種是與sinωt的相位差為90°的方波信號fr2，fr1和fr2分別送到兩個并列的相敏檢波器23；與此同時，待測系統(tǒng)3的輸出經過同一個超低噪聲放大器22，再分別送到這兩個并列的相敏檢波器23，相敏檢波器23單向連接到低通濾波器24，再單向連接到直流放大器25，從而實現(xiàn)正交矢量型檢測(即實現(xiàn)實虛分量的分離)。這是正交矢量檢測的一個通道，必要時可用相同的結構組成多個通道。上述方案為模擬類型正交矢量檢測系統(tǒng)的結構，此結構也可用于數字類型的結構。
如圖2所示，電路選用型號為74HC4053的高速一刀雙擲模擬開關(SW)，A1、A2、A3組成高輸入阻抗、高共模抑制比的差分放大電路。相敏檢波器23具有良好的線性和超過120dB的動態(tài)范圍，可檢測出1微伏到幾伏的信號；從廣義的角度來說相敏檢波器23屬于一種相關處理部件，因為干擾信號與參考信號(fr1和fr2)同頻率又同相位的幾率很小，因而有良好的壓制干擾的能力，可以從被噪聲干擾的信號中提取有用信號。
本發(fā)明所述的頻率域有源正交矢量型檢測系統(tǒng)的工作原理為信號源部分1的振蕩器11通過直接數字頻率合成技術產生一路正弦波信號和一路參考信號fr，參考信號fr的頻率是正弦波信號的頻率的兩倍；所述正弦波信號經功率放大器12放大到Asinωt后傳輸到待測系統(tǒng)3，作為待測系統(tǒng)3的激勵的信號源，待測系統(tǒng)3的輸出信號經過超低噪聲放大器22放大K倍后，同時送到兩并列的相敏檢波器23；另一路參考信號fr直接傳輸到正交矢量檢測部分2的分頻電路21，并經過分頻電路模塊21轉換成與sinωt同相以及相位差為90°的兩個信號fr1、fr2，之后再分別送到這兩個并列的相敏檢波器23，fr1、和fr2分別作為兩并列的相敏檢波器23的參考信號；所述相敏檢波器23的輸出信號分別經過兩個相同的低通濾波器24濾除交流信號后，其輸出的直流信號經放大器25放大后就是待測信號的實分量

和虛分量

權利要求
1、一種頻率域有源正交矢量型檢測系統(tǒng)，包括信號源部分(1)、正交矢量檢測部分(2)，其特征在于信號源(1)由振蕩器(11)和功率放大器(12)組成，振蕩器(11)輸出的第一路信號為正弦波信號sinωt，第二路信號是與sin2ωt同相位的方波信號fr，其中正弦信號單向送到功率放大器(12)，放大到Asinωt后再送到待測系統(tǒng)；正交矢量檢測部分(2)由分頻電路(21)、超低噪聲前置放大器(22)、兩個相敏檢波器(23)、兩個低通濾波器(24)和兩個直流放大器(25)組成；振蕩器(11)的第二路輸出信號fr經過分頻電路(21)轉換成為兩種參考信號，其中一種參考信號是與sinωt的同相的方波信號fr1，另一種參考信號是與sinωt的相位差為90°的方波信號fr2，所述fr1和fr2分別送到兩個并列的相敏檢波器(23)，同時待測系統(tǒng)(3)的輸出經過同一個超低噪聲放大器(22)，再分別送到兩個并列的相敏檢波器(23)，相敏檢波器(23)單向連接到低通濾波器(24)，再單向連接到直流放大器(25)，從而實現(xiàn)正交矢量型檢測。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種頻率域有源正交矢量型檢測系統(tǒng)，其主要包括信號源部分和正交矢量檢測兩部分，所述信號源包括振蕩器和功率放大兩部分，振蕩器中方波信號連接到正交矢量檢測部分的分頻電路，它轉換為相位差為90°的兩路信號，作為參考信號分別送到兩個相同的相敏檢波器；振蕩器中正弦信號經過功率放大后去激勵待測系統(tǒng)，待測系統(tǒng)的輸出連接到正交矢量檢測部分的超低噪聲放大器，其輸出同時送到上述兩個相敏檢波器。本發(fā)明有益效果實現(xiàn)對多種待測系統(tǒng)的激勵，并對其輸出信號進行正交矢量型檢測，在保證檢測靈敏度及精度的前提下，最大限度地減小激勵源的功耗，從微弱信號中提取有用信號。本檢測系統(tǒng)信號傳遞關系簡捷，功能全，用途廣。
文檔編號G01R23/00GK101303378SQ20081011041
公開日2008年11月12日 申請日期2008年6月2日 優(yōu)先權日2008年6月2日
發(fā)明者魯永康, 張曉飛, 耿麗霞 申請人:魯永康