[发明专利]一种微弱信号计量标准方法和装置

说明书

技术领域  本发明涉及检测技术领域，具体的讲，是涉及一种微弱信号检测方法和装置。

背景技术  微弱信号不仅是指信号的幅度很小，而且主要是指被噪声的信号，微弱是相对于噪声而言的，为了检测微弱信号，人们进行了长期的研究工作，分析噪声产生的原因和规律，研究被测信号的特点、相关性及统计特性，以寻求从背景噪声中检测出微弱信号的方法和技术。

微弱信号检测方法的首要任务是提高信号的信噪比，这就要综合运用计算机技术、制动控制技术、通信技术、电子技术以及物理技术等相关技术，以便从强干扰噪声中检测出微弱信号，从而满足科研和技术开发的需要；微弱信号检测方法不同于一般的检测技术，它注重的不是传感器的物理模型和传感原理、相应的信号转换电路和仪表实现方法，而是如何抑制噪声和提高信噪比，微弱信号检测方法是一门专门的检测方法。

对于各种微弱信号的检测，如弱光、微流量、弱电压等，一般都是通过相应的传感器将其转换为微电流或低电压，再经放大器放大其幅度以期指示被测量的大小。但是，由于被测信号微弱，床感器的本身噪声、放大电路及测量仪器的固有噪声以及外界的干扰噪声会比有用微弱信号的幅度要大，放大微弱信号的同时噪声信号的幅度也同时放大，例如放大器的内部固有噪声和外界各种干扰的影响单凭放大时不能把微弱信号检测出来，只有在有效的抑制干扰信号的同时增大微弱信号幅度，这样才能提取出有用信号。为了提取出微弱信号，科研工作者必须研究微弱信号的理论、方法、设备。

发明内容  为了达到上述目的，本发明的目的在于提供一种微弱信号检测方法；本发明针对低频微弱信号检测困难、准确度不高等问题综合多种相关检测与滤波技术，创造性的采用嵌入式系统设计方法以及精密仪器设计技术研制出微弱信号计量标准检测方法，实现了在强噪音和干扰条件下对低频纳伏级电压信号的精确测量方法，为建立国内低频段微弱信号检测提供了技术支撑。

本发明一种微弱信号计量标准装置，其特征在于：由直流电源，超低噪声前置放大电路，基于DSP的微弱信号相关检测电路，基于CPLD逻辑控制电路，24位A/D转换与数据采集电路，内置校准信号源，精密衰减器，嵌入式系统软件组成；

本发明的硬件控制机制：本仪器的硬件控制机制分两部分一部分是模拟电路，一部份是数字电路；数字电路和模拟电路采用各自独立设计，两部分用25芯连接线连接；通过控制与采集模块完成对程控放大器与滤波器、参考信号通道、信号处理通道、校准信号源、数据采集卡、液晶显示屏、功能控制键盘的制动控制。为减少各部间内部相互干扰和各部件之间的相互干扰，本仪器进行了合理设计，对各组件进行了严格的屏蔽。

仪器功能：(1)电压测量：测量量程范围内的交流电压。(2)自动控制：仪器的各项功能与操作均能实现计算机内部和外部控制，能够与其它设备一起组成自动测量系统。(3)校准：信号提供仪器本身所带的高精度衰减器进行衰减后分别输给仪器和被检测仪器，实现对仪表的计量校准。(4)自校：通过对校准信号的校准，对各量程自动产生校准因子，并按照实验所得数学模型对测量结果进行自动修正。

自动材测量的功能：(1)两路正交交流信号的高精度A/D转换及测量：被测微弱正弦波信号由相关检测电路检测出的同相分量和正交分量幅度范围是--5V-5V。(2)32路开关控制输出：4路增益控制，1路放大器接入控制，4路高通滤波器控制，4路低通滤波器控制，5路时间常数控制，8路校准信号幅度控制，1路校准输入控制，3路衰减器选择控制。(3)面板显示测试数据，测试结果机工作状态等。

总体硬件设计：根据整机设计要求以及本仪器对数据处理要求高、需要完成的功能多和控制关系复杂等特点，数字部分硬件设计方案原理完成对模拟信号进行放大，衰减，滤波及相关检测功能的实现，数字与模拟电路的接口信号由左边的输出或输入信号组成，完成整机的通讯，键盘输入，控制，数据处理和结果显示功能。

硬件设计是基于DSP的嵌入式系统平台，基于CPLD的逻辑控制模块，A/D转换电路，开关量输入测量电路，开关量输出控制电路，信号调整电路，液晶平板显示，功能控制键和复位键八大功能部分组成。

逻辑控制模块主要完成对DSP系统发出指令的译码，产生各种控制信号和片选信号，转换数据线，以及读取开关量。

A/D转换部分完成对所需测量的电压信号的信号调理，模/数转换盒数据锁存功能，供计算机对采集的数据进行读取。

液晶平板显示器完成数据，测试结果和各种状态等的面板显示。

复位键实现整个系统的强制复位。