基于虚拟仪器技术的弱信号测试系统的研究

论文摘要

随着科学技术的发展,在各个领域遇到了越来越多的微弱信号检测问题,对微弱信号进行检测的需要日益迫切。微弱信号不仅意味着信号的幅度小,还主要指被噪声淹没的信号,对它们的检测往往比较困难。微弱信号检测就是利用近代电子学和信号处理方法从噪声中提取有用信号的一门新兴技术学科,具有重要的研究意义。本文简要分析了几种常用的微弱信号检测理论的特点,在此基础上,对数字平均法检测微弱信号的原理进行了较为深入的探讨,并针对数字平均法需要外部触发信号支持的局限性,提出了不需要外部触发信号支持的样点筛选算法,设计了基于虚拟仪器技术的弱信号检测系统。其主要研究内容如下:分析对比了几种常用的微弱信号检测理论的优缺点;对数字平均法进行了探讨,并利用在没有外部触发信号的情况下各周期相同序号抽样点具有相同相位的情况,来模拟有外部触发信号、各周期相同序号抽样点具有相同相位的情况,进行仿真研究。针对数字平均法的局限性,本文提出了样点筛选算法。使用样点筛选算法进行数字平均,不需要外部触发信号支持。通过样点筛选算法得到每周期相同的抽样点数,然后再进行叠加平均。通过误差分析、仿真验证了此方法有效可行。采用样点筛选算法的数字平均法原理,设计了微弱信号检测系统。采用低噪声放大芯片AD8221、OP27设计了信号调理电路。信号调理电路主要实现微弱信号的放大、滤波和隔离。该电路可调增益,能够有效地抑制共模干扰、滤除50Hz工频干扰。完成了弱信号测试系统的软件设计。编写了数据采集程序和算法程序,并对系统作了测试实验。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的意义
• 1.2 微弱信号检测技术的国内外研究现状
• 1.3 本文研究的主要内容
• 第二章 噪声的特点及常用微弱信号检测理论
• 2.1 噪声的统计特性
• 2.1.1 噪声的概率分布
• 2.1.2 噪声的概率分布均值、方差和均方值
• 2.1.3 相关函数
• 2.2 电子系统内部的固有噪声源
• 2.3 白噪声
• 2.4 信噪比及信噪改善比
• 2.5 常用的微弱信号检测理论
• 2.5.1 相干检测法
• 2.5.2 基于混沌振子的微弱信号检测
• 2.5.3 窄带滤波法
• 2.5.4 双路消噪法
• 第三章 基于数字平均法的样点筛选算法研究
• 3.1 数字平均法的原理
• 3.2 样点筛选算法
• 3.3 使用抽样算法进行数字平均的误差分析
• 3.4 两种方法的仿真对比
• 3.4.1 h=0时的情况
• 3.4.2 0
• 第四章 系统总体结构及硬件电路设计
• 4.1 系统总体结构设计
• 4.2 信号调理电路设计
• 4.2.1 电源电路设计
• 4.2.2 前置放大电路设计
• 4.2.3 二级放大电路设计
• 4.2.4 50Hz陷波器设计
• 4.2.5 光电隔离模块设计
• 4.2.6 电路设计与PCB板设计中的特殊处理
• 第五章 软件设计及算法实现
• 5.1 LabVIEW图形化编程语言与NI-DAQmx
• 5.2 数据采集模块
• 5.3 数据处理模块
• 第六章 系统测试
• 6.1 测试源
• 6.2 测试实验
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及参加的科研实践
• 附录一 信号调理电路原理图
• 附录二 信号调理电路板
• 附录三 程序总框图
• 附录四 程序前面板