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虚拟相敏检波器的设计

一、设计目的：

1.熟悉虚拟仪器的编程环境及数据操作中的各图标（端口）。

2、了解相敏检波器的工作原理、组成结构。

3、了解相敏检波器在微弱信号检测中的作用。

2.运用LabVIEW图形编程语言的强大功能构建虚拟仪器相敏检波器。

二、设计原理：

信号处理是信号测试的一个重要环节，尤其对于伴随高强度噪声的信号的处

理更是至关重要。无论是物理，化学，生物，还是天文，通信及电子技术等领域，

都存在亟待检测的各种微弱信号，这些信号单独存在的概率相当小，往往被噪声

深深覆盖淹没。对于伴随噪声的非周期微弱信号，通常采样滤波器减小系统的噪

声带宽，对于深埋于噪声中的周期性信号，则采取锁相放大法，即使用相敏检波

和低通滤波构筑的相敏检波器对被测信号进行相关检测。相敏检波器由移相网

络，乘法器，积分器，方波参考信号源(其频率与检测信号相同)构筑而成。移相

网络的作用是使被测信号与方波参考信号同相，两种信号经乘法器和积分器运算

后获得最大直流分量的全波整流信号，由于噪声的随机性，与参考信号同频同相

的概率极小，经低通滤波器的积分运算后，高频分量的绝大部分噪声被滤除，因

此，相敏检波器具有极强的抑制噪声的功能。相敏检波器仿真仪程序流程见图1。

图1虚拟相敏检波器程序流程

三、所用设备

计算机、LABVIEW软件

四、设计步骤

4.1前面板设计

⑴设置四个波形显示器，可同时观察方波参考信号，正弦被测信号，正弦

波和随机噪声的叠加信号波形。执行四次ControlsGraphWaveformGraph操

作，调用图形控件Graph。

⑵设置一个输出显示型数字控件，显示相位差测量结果。

⑶设置四个数字控件，用于正弦波和方波发生器设置采样频率，采样点数，

信号频率。

⑷设置一个旋钮型控件，用它来控制正弦波和方波信号的相位差。

⑸设置一个开关型控件，控制仪器的运行或关闭。

4.2虚拟相敏检波器的运行

随机噪声图标首先与巴特沃斯高通滤波器连接，滤波器的LowcutoffFreq预

设值为100，即滤除随机噪声中频率小于100的低频分量，生成高频噪声，尔后

与正弦信号叠加，如图3(a)所示，叠加后的信号已不见正弦波的踪影，它完全被

随机噪声笼罩。此时运用巴特沃斯低通滤波器对叠加信号进行预处理，低通滤波

器的LowcutoffFreq预设值为20，即滤除频率大于20Hz的信号，由于随机噪声

频率是大于100的高频信号，而正弦波的频率是5Hz，所以叠加信号通过该级低

通滤波器后，随机噪声基本滤除殆尽，正弦波清晰可见，它与方波信号进行模拟

乘法运算，得到输入信号与参考信号的和频分量和差频分量。最后还须连接一个

巴特沃斯低通滤波器，通过两次互相关运算，滤除信号的和频分量，相敏检波器

最后检测的信号是正弦波和方波信号的差频电压。由于两种信号的振幅均为1，

则方波参考信号展开为傅氏级数:

41





Usin{(2n1)(2ft)}(1)

r22

2n1

n0

设正弦波信号的数学表达式为:



Usin(2f)⑵

s11

则相敏检波器的输出电压为：

22

