[发明专利]数字锁相放大实验装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种实验装置，特别是一种数字锁相放大实验装置。

背景技术

锁相放大器是一种高性能的通用测量仪器，它能精确地测量被掩埋在噪声中的微弱信号。随着科学技术的飞速发展，在电子学、信息科学、光学、磁学、力学、低温物理、声学、生物学等许多领域，越来越需要测量深埋在噪声中的微弱信号。

锁相技术测量微弱信号的基本思想主要有两点。第一点是利用参考信号对慢变或者直流信号进行调制，实现频率迁移；第二点是根据待测信号与噪声互不相关的性质，利用信号相关和低通滤波把待测微弱信号提取出来，测量出信号的幅值和相位信息。

利用上述基本思想的锁相放大器以模拟的方法实现的较多。由于其模拟部分有直流放大器等的模拟器件存在，所以模拟锁相放大器的工作特性随时间变化的不稳定性和温度变化而引起的温漂带来的干扰，会相应影响锁相放大器的部分指标。

发明内容

针对上述技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种数字锁相放大实验装置，将模拟锁相放大器的一些模拟模块改进为数字模块，以利于克服模拟锁相放大器技术结构的弊病，实现测量低信噪比微弱信号的功能。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是提供一种数字锁相放大实验装置，其中：该实验装置包括有电源模块、数字模块、发生器模块、模拟模块和前面板模块；电源模块依次连接数字模块、模拟模块、前面板模块和发生器模块，数字模块分别与模拟模块、前面板模块、发生器模块相连接；

通过前面板模块控制的键盘，将发生器模块的控制信号和配置信号输入传入到数字模块中，经过数字模块上的FPGA的处理，控制发生器模块产生相应的正弦波，将控制模拟模块的信号前级；

外部需要测量的微弱信号，通过前面板模块的BNC接口进入模拟模块的前级整形的处理，进入数字模块，经过模拟模块的FPGA的运算模拟处理，将相应的最终模拟信号传入到前面板模块的显示屏引脚上，并显示到前面板的液晶屏幕上。

本发明的效果是：

(1)由于数字锁相放大器在输出通道中没有直流放大器，可以避免直流放大器的工作特性随时间变化的不稳定性和由于温度变化引起的温度漂移带来的干扰，这是模拟锁相放大器不可解决的问题之一；

(2)数字锁相放大器的内部晶振时钟源随时间和温度变化小，用这种稳定性高的时钟源来做调制信号和参考信号能降低参考信号的不稳定所带来的误差，同时在内部参考模式中，数字信号处理单元能在最短时间甚至能不需要延时就能完成锁相功能，尤其在频率扫描测量中有其明显的优点；

(3)如果被测信号有较强的正交性，采用数字锁相放大器的高性能的正交解调技术，使微弱信号检测精度能得到很大程度上的提高；

(4)随着技术的发展，数字信号处理单元的性价比提高，使数字锁相放大器的性价比也得到相应的提高，数字锁相技术将会更深入地影响未来的测量技术。

附图说明

图1是本发明的数字锁相放大器的五大基础模块；

图2是本发明的数字锁相放大器的数字核心计算基本原理框图；

图3是本发明的数字锁相放大器的功能示意图。

具体实施方式

结合附图对本发明的数字锁相放大实验装置结构加以说明。

本发明的数字锁相放大实验装置，该实验装置包括有电源模块，数字模块、发生器模块、模拟模块和前面板模块；电源模块依次连接数字模块、模拟模块、前面板模块和发生器模块，数字模块分别与模拟模块、前面板模块、发生器模块相连接。

通过前面板模块控制的键盘，将发生器模块的控制信号和配置信号输入传入到数字模块中，经过数字模块上的FPGA的处理，控制发生器模块产生相应的正弦波，将控制模拟模块的信号前级。

外部需要测量的微弱信号，通过前面板模块的BNC接口进入模拟模块的前级整形的处理，进入数字模块，经过模拟模块的FPGA的运算模拟处理，将相应的最终模拟信号传入到前面板模块的显示屏引脚上，并显示到前面板的液晶屏幕上。

所述电源模块中包括有用来产生+5V电压的LM317稳压器和作为反馈来产生比较稳定的±15V电压的TL082C芯片；所述数字模块主要由XC28200芯片构成；所述发生器模块主要由DDS芯片AD9850构成；所述模拟模块主要由OMRON的继电器和UAF42AU芯片构成；前面板模块主要由液晶显示屏CM320240-3E构成。