微弱信号检测与噪声(有补充).ppt

微弱信号放大与处理 北京信息科技大学 光电信息与通信工程学院 刘 南 liunan@ 教学课件邮箱: tongxi163.com *****: 课 程 简 介 微弱信号是淹没在噪声中的信号、微弱信号检测的主要目的是提高信噪比。课程内容中主要研究微弱信号特性、噪声的来源和统计特性，分析噪声产生的原因和规律，运用电子学和信号处理方法检测被噪声覆盖的微弱信号，并介绍几种行之有效的微弱信号检测方法和放大技术。 课程分以下几个部分，主要内容有：微弱信号放大与检测、放大器噪声、噪声特性、干扰噪声及其抑制、锁定放大、相关检测、自适应噪声抵消。 课 程 结 构 基本概念 课程背景 教 学 要 求 授课内容:教材+参考书=课件 考核方法:平时50%+期末(开卷)50% 平时记录包括: 出勤情况/作业(课上/课下)/笔记/问答抽查等 什么是“微弱信号” “微弱信号”不仅意味着信号的幅度很小，而且主要指的是被噪声淹没的信号，“微弱”是相对于噪声而言的。为了检测被背景噪声覆盖着的微弱信号，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、相关性以及噪声的统计特性，以寻找出从背景噪声中检测出有用信号的方法。 微弱信号检测技术 微弱信号检测技术的首要任务是提高信噪比，这就需要采用电子学、信息论、计算机和物理学的方法，以便从强噪声中检测出有用的微弱信号，从而满足现代科学研究很技术开发的需要。微弱信号检测技术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，因此可以说，微弱信号检测是一门专门抑制噪声的技术。 4.接触式测量和非接触式测量 根据测量时是否与被测对象相互接触而划分为接触式测量和非接触式测量。 【例】某温度计的量程范围为0～500℃，校验时该表的最大绝对误差为6℃，试确定该仪表的精度等级。 解：根据题意知 6℃， 500℃，代入式中 该温度计的基本误差介于1.0%与1.5%之间， 从表1.1中可知，因此该表的精度等级应定为1.5级。 1.1.3 测量误差的分类及来源 1.系统误差： 对同一被测量进行多次重复测量时，若误差固定不变或者按照一定规律变化，这种误差称为系统误差。系统误差主要是由于所使用仪器仪表误差、测量方法不完善、各种环境因素波动以及测量者个体差异等原因造成的。 （1）系统误差的分类 按照所表现出来的规律，通常把系统误差划分为四类。 ① 固定不变的系统误差：指在重复测量中，数值大小和符号均不变的系统误差。 ② 线性变化的系统误差：是指随着测量次数或时间的增加，数值按照一定比例而不断增加（或减少）的系统误差。 ③ 周期性变化的系统误差：是指数值和符号循环交替、重复变化的系统误差。 ④ 复杂规律变化的系统误差：是指既不随时间做线性变化，也不做周期性变化，而是按照复杂规律变化的系统误差。 线性、周期性或复杂规律变化的系统误差统称为变值系统误差。 （2）系统误差的发现 ① 实验比对法。 用多台同类或相近的仪表对同一被测量进行测量，通过分析测量结果的差异来判断系统误差是否存在。 ② 残余误差观察法。 将一个测量列的残余误差（测量值与测量值平均值之差）在pi—n坐标中依次连接后，通过观察误差曲线即可以判断有无系统误差的存在。 ③ 准则判别法。 有许多准则可以方便地判断出系统误差的存在，如马利科夫准则可以判断测量列中是否存在线性变化系统误差；阿贝-赫梅特准则可以判断测量列中是否存在周期性变化系统误差等。 （3）系统误差的减小和消除方法 ① 替代法。在测量条件不变的基础上，用标准量替代被测量，实现相同的测量效果，从而用标准量确定被测量。此法能有效地消除检测装置的系统误差。 ② 零位式测量法。测量时将被测量x与其已知的标准量A进行比较，调节标准量使两者的效应相抵消，系统达到平衡时，被测量等于标准量。 ③ 补偿法。在传感器的结构设计中，常选用在同一干扰变量作用下所产生的误差数值相等而符号相反的零部件或元器件作为补偿元件。例如热电偶冷端温度补偿器的铜电阻。 ④ 修正法。仪表的修正值已知时，将测量结果的指示值加上修正值，就可以得到被测量的实际值。此法可削弱测量中的系统误差。 ⑤ 对称观测法（交叉读数法）。许