第三章微弱信號檢測.ppt

1、微弱信號檢測是從數(shù)千到數(shù)十萬倍強的噪聲背景中提取實驗中測定的微弱物理量。 第3章微弱信號檢測技術、相干檢測是頻率域信號的窄帶化處理方法，利用信號和施加參照信號的相干特性，相干性不是隨機噪聲。 典型設備：鎖相放大器。 關于重復信號的時域平均值，適于測量波形恢復。 采樣技術允許在重復信號出現(xiàn)的時候?qū)ζ溥M行采樣并重復n次，從而將測量結(jié)果的信噪比提高兩倍。 典型的儀器： BOXCAR均值、離散信號的統(tǒng)一校正處理、極弱光、光子流具有離散信號特征，采用離散信息處理方法檢測極弱光信號. 分為單個通道和多個通道進行檢查。 前者的典型設備是單光子計數(shù)器，后者的典型設備是光學多通道分析器。 第一節(jié)信號和噪聲、第一

2、節(jié)信號和噪聲、第一節(jié)信號和噪聲的概念、以及第一節(jié)信號是具有給定測量信息的給定物理量。 光譜測量可以是電流、電壓、光波的殘奧儀表等等。 一般來說，一個信號除了有用的信號外，還總是帶有噪聲。 噪音是隨機的隨機波動。 除了噪音，也可能是環(huán)境引起的噪音。 在光譜檢查的情況下，信號被噪聲掩蓋的情況較多。為了做評估有用信號占一個總信號的份額，信噪比SNR :S/N越高，檢驗誤差越小。 通常，將信號通過一個系統(tǒng)(放大器、濾波器網(wǎng)絡等)來提高信噪比，信噪比改善SNIR(Signal to Noise Improvememnt ) :2噪聲的統(tǒng)一校正特性、(1)概率分布、隨機噪聲是前后獨立的平滑的過程噪聲功率譜

3、密度S(f) 3:是在頻率f處的一個電阻上的噪聲平均功率，并且噪聲平均功率3360通常將在寬頻率范圍內(nèi)具有恒定噪聲功率譜密度的噪聲稱為hoto噪聲(2)，自相關函數(shù)，隨機變量x(t ) 的自相關函數(shù)、和合十禮噪聲功率譜密度與自相關函數(shù)、自相關函數(shù)、3噪聲源，(1)熱噪聲起因于導體內(nèi)的自由電子的隨機運動。 運動電荷的隨機運動表現(xiàn)為電流的波動。 屬于合十禮噪聲。 電阻值r的電阻的均方根值是，(2)散粒噪聲(shot noise )，在晶體管中載流子超過PN結(jié)電容時，或者在真空去老虎鉗中電子超過陰極表面的勢壘時，根據(jù)各個載流子的運動速度的不同，電流發(fā)生變動，形成散粒噪聲。 屬于合十禮噪聲。 此外，散

4、粒噪聲電流的均方根值需要壓縮系統(tǒng)帶寬以減少散粒噪聲并且降低生物電流，其中(3)主要存在于電子老虎鉗中，這與零配件的制造過程相關聯(lián)，尤其是與表面處理相關聯(lián)。 特點：由于其隨頻率的降低而增加，也稱為低頻噪聲，第二節(jié)鎖相環(huán)、鎖相環(huán)是一種高性能的通用量測儀器，可準確測量噪聲嵌入微弱的信號。 隨著科學技術的飛速發(fā)展，越來越需要在電子、信息科學、光學、磁學、力學、低溫物理、聲學、生物科學等多個領域?qū)η度朐肼曋械奈⑷跣盘栠M行測量。 另外，第一模擬計程儀相關器、鎖相放大器利用信號與噪聲的互不相關來抑制噪聲。 核心零配件是安娜計程儀相關器。 相關器由乘法器和積分儀構(gòu)成，乘法器也稱為相敏檢波器。 鎖相放大器通常有

5、兩個相關器，分別輸出/2個不同的兩個正交參考信號和輸入信號之間的相關，以便在鎖相放大器配置、信號信道、參考信道和相關器的三個部分是恒定幅度的方形波中云同步測量輸入信號的幅度和相位然而，RC越大，對信號的反應速度越慢，幅度變化快的信號的測量受到影響。3相同步放大器的性能指標、最小可分辨信號電平(MDS ) :輸出端可辯論其他無最小輸入噪聲的信號電壓。最大過載電平(OVL ) :不引起設備過載的最大輸入噪聲電壓、總動態(tài)范圍：反映整個鎖相放大器性能的重要指標被定義為不引起設備過載的最大輸入噪聲電壓與最小分辨率的信號電壓之比，四調(diào)制技術在頻譜測量中， 為了進行使被測量信號成為鎖相放大器能夠測量的交替信

6、號的光信號的調(diào)制，一般利用隨機的光斷續(xù)器附件。 機內(nèi)有一組小光源，它們合在一起照射光電管，斬波盤斬波小光源的光束，光電管的輸出信號通過整形輸出0-5V的TTL信號，把它們用作參考信號。 第三節(jié)為采樣平均值(BOXCAR )，所述采樣也稱為采樣，其中采樣平均值以平均方式對取出的樣本去除噪聲和干擾作用，從而得到有用信息，所述一個采樣原理、采樣基本過程是：個被測量信號f(t ) 當施加到場效應管理器電路的輸入端的男同性戀脈沖到達時，增強型場效應晶體管接通，被測量信號通過男同性戀端的持續(xù)時間，并且在增強型場效應晶體管的輸出端出現(xiàn)該信號的采樣脈沖。 如果連續(xù)地變更男同性戀脈沖和被測定信號的相對時間，則能

7、夠完成被測定信號整體的采樣。 在頻譜測定中需要測定非常微弱的重復的短脈沖信號，不趕趟多次采樣脈沖寬度越短。 利用變換抽樣方法完成短脈沖信號的采樣和處理。 另外，變換采樣、再組合的新脈沖在時間上擴大，如果采樣男同性戀的寬度不窄，則采樣男同性戀的移動慢，上次采樣區(qū)域和下一個采樣區(qū)域重疊，對信號脈沖上的相同點進行多次采樣，有用的信號被多次采樣有噪聲增加的2 BOXCAR平均器、將微弱的重復脈沖信號按每個點與采樣同步積分的頻譜量測儀器、單點和掃描兩種動作方式，單點動作方式、特征：采樣點相對于信號開始時刻固定延遲，男同性戀寬度不變，從原點開始固定延遲的重復信號的在激光誘導熒光光譜中，將激光脈沖作為box

8、car的外部觸發(fā)器，以便改變相對于激光觸發(fā)器時間節(jié)點的延遲時間，并且將該延遲時間積分某一次數(shù)從而輸出，以及與某一波長相對應的熒光信號上的其固定位置的值。 在波長掃描中，以預定的延遲時間獲得待測量的熒光信號的發(fā)射譜線。 掃描動作方式、時間軸電路產(chǎn)生緩慢的斜波，Tb=T。 掃描時間是Ts。 采樣男同性戀脈沖相對于觸發(fā)脈沖的延遲增大，實現(xiàn)了輸入信號波形上的采樣部位從前向后的掃描過程。 恢復后的信號波形的寬度是掃描時間Ts .轉(zhuǎn)換抽樣方法。3、確定boxcar殘奧儀表的選擇、門幅度、boxcar的時間分解能力，門幅度有利于改善信噪比，但影響了時間分解能力，即，影響了重現(xiàn)源信號的細微部分。 時間軸寬度T

9、b :必須比被測定信號寬度(信號周期t )稍大。 積分時間：在SR250中，有效采樣次數(shù)m、掃描時間ts :必須選擇完成一個波形恢復的實測時間，光電子倍增管的輸出變?yōu)閱为毜拿}沖，而不是連續(xù)信號。1、原理、了解光陰極在入射光波長下的量子效率，可以用計數(shù)電脈沖數(shù)的方法來估計光子流的強度，當一個光子入射時，光電子倍增管輸出一個電脈沖，對于PMT中的噪聲：(1)產(chǎn)生熱噪聲光陰極和倍增極熱電子發(fā)射。 光陰極引起的熱噪聲脈沖的振幅相當于單光電子脈沖，倍增極小于單光電子脈沖，(2)內(nèi)部的殘留佝僂瓦斯氣體電離形成的噪聲脈沖的振幅大于單光電子脈沖的2倍。 (3)宇宙射線等放射脈沖寬度大于5倍的單色光電子脈沖，山

10、谷比：分辨率：山谷比越大，分辨率越小的PMT越適合光子計數(shù)。 E1或EV可以將第一瓢別寬度E2設為第二瓢別寬度。 光電子倍增管輸出脈沖寬度分布(微分)曲線，測定弱光時的光電子倍增管的輸出特性：雙光子修正數(shù)系統(tǒng)，瓢別器的作用是除去低寬度的高寬度的噪聲脈沖，降低背景修正數(shù)率，提高檢測信噪比。 瓢別器一般有兩個瓢別電平，分別稱為第一瓢別電平(下閾值)和第二鑒別電平(上閾值)，分別抑制由脈沖寬度低的暗噪聲和脈沖寬度高的宇宙射線和天電干擾作用等引起的外來干擾作用脈沖。 3、光子校正數(shù)的噪聲和校正誤差(1)統(tǒng)一校正波動噪聲(4)為了提高信噪比校正數(shù)小時(2)暗校正數(shù)(3)應該增大脈沖堆積和校正數(shù)誤差第五節(jié)光學多通道分析校正、1光學多通道分析校正的結(jié)構(gòu)、光學多通道分析校正由光學多通道檢測器、探頭控制器支重輪和數(shù)據(jù)處理器等部分構(gòu)成，多色修正通過分散將復合光排列在空間上，聚光，成像在多通道檢測器的受光面上。 半導體光檢測器是光信道分析器的核心零配件，現(xiàn)在主要是CCD或擴展CCD。 通過進行時間分解光譜測定的男同性戀動作方式，將信號入射到檢測器的受光面后，在營銷對象面中積蓄信號的光電信息，并通過讀取被