微弱信号检测技术

为桂林电子科技大学研究生课程的教学大纲

《微弱信号检测技术》教学大纲

课程类别：专业任选课 课程代码：XZ8269

总 学 时：48学时 学 分：3

适用专业：电子信息科学与技术

先修课程：高等数学、模拟电子技术、信号与系统分析、高频电子线路、电子测量与仪器

一、课程的地位、性质和任务

本课程是电子信息科学与技术专业的专业限选课，其涵盖的内容是电子信息科学与技术专业本科学生所应具备的知识结构的重要组成部分。其任务是：通过本课程的学习，使学生掌握有关噪声的概念及低噪声设计方面的基本知识和基本方法，并具有初步的电磁兼容方面的知识与基本的技能，为毕业后从电子系统的设计打下基础。本课程的主要内容包括：噪声与低噪声测试系统的设计、屏蔽与接地技术、锁定放大器的工作原理、取样与取样积分原理、相关检测、自适应噪声抵消等。

二、课程教学的基本要求

要求学生掌握微弱信号的概念、噪声信号的数学分析方法、电子系统噪声的来源、锁定放大器的工作原理、屏蔽与接地技术，了解电磁兼容的概念及相关技术、取样与取样积分原理，一般了解相关检测和自适应噪声抵消。

三、理论

本科生毕业论文设计

题目 微弱信号检测方法的研究

作者姓名 田纪光_____________ 指导教师 ____________________ 所在学院 河北师范职技学院____ 专业（系）电气工程及其自动化__ 班级（届） 2012届_________

完成日期 年 月 日

目录

摘要、关键词 .......................................................................................... I 英文摘要、关键词 ................................................................................. II 第1章 引言 .............................................................................

河南理工大学电气工程与自动化学院

第5章 微弱信号检测原理5.1 5.2 5.3 5.4

微弱信号检测的基本概念 频域的窄带化检测原理 时频的取样平均检测原理——取样积分器 微弱信号检测仪器——低噪声放大器

河南理工大学电气工程与自动化学院

第5章 微弱信号检测原理5.1 微弱信号检测的基本概念

5.1.1 何谓微弱信号检测 目前，除少数基本“量”的测量方法(如时间、长度、质量), 可以用“原器”或“准原器”与被测对象作比较而得到。大量的 物理、化学、工程技术参量的测量，是利用相关的物理现象做成 的传感器，来进行测量的。如温度的测量，可用最简单的热胀冷 缩现象作的温度计，将温度的变化转换成长度变化进行。由于当 前电学及电子学技术的发展，大量的参数测量被转换成电信号的 测量。 无论是电传感器或者是其它传感器，在作信息转换时或转换后作 信息测量时，都不可避免的会带进些“噪声”。这些噪声包括： 传感器本身的噪声、测量仪表系统的噪声以及其它随机偶然误差。 此外，被测对象本身，在测量时间内的起伏也应作测量中的噪声。

河南理工大学电气工程与自动化学院

按传统观念，若信号低于噪声是不可能进行测量的。故通常讲， 各种噪声之和本质上决定了测量的精度，也就决定测量的灵

微弱电流信号的检测和放大电路

学生学号： 学生姓名： 专业班级： 指导教师： 职 称： 起止日期： 2015.6.23～2015.7.3

机电工程学院

专业模块课程设计说明书 （测控技术与仪器专业）

专业模块课程设计任务书

一、设计题目：微弱电流信号的检测和放大电路 二、设计任务及要求

任务：设计电路实现对微弱电流信号的检测与放大，将微弱电流信号转换成有用的电压信号。

要求：电路要包括电流/电压转换电路，信号放大电路，调制和解调电路，并采用multisim仿真。

三、设计时间及进度安排

设计时间共两周（2015.6.23～2015.7.3）,具体安排如下表： 周安排 设 计 内 容 设计时间 布置设计任务和具体要求及设计安排；提出设计思路和初步设计方案、根据设计方案，进行具体的设计，根据15.06.23-15.06

基于虚拟仪器的微弱信号检测处理技术研究

Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ｗｅａｋ　ｓｉｇｎａｌ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｖｉｒｔｕａｌ　ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ　

王涛陆绮荣黄媛媛孙林

ＷＡＮＧ　Ｔａｏ　ＵＮ　Ｌｉｎ　ＬＵ　Ｑｉ－ｒｏｎｇ　ＨＵＡＮＧ　Ｙｕａｎ－ｙｕａｎ　Ｓ

桂林理工大学机械与控制工程学院，桂林５４１００４

本文针对检测大气中有害气体浓度的热点问题，提出了运用相关检测技术对微弱气体浓度信号进行检测，通过可调谐半导体激光吸收光谱（ＴＤＬＡＳ）技术对大气中的有害气体浓度信号进

行初步采集，然后对采集到的信号进行除噪处理。通过理论的分析与证明，相关检测技术可有效的分析出被测信号中的有用信号，而且可以在噪声功率大于有用信号功率的情况下对有用信号进行有效识别。为了进一步验证该方案的有效性，本文还建立了ＬａｂＶＩＥＷ的仿真实验平台，结论有效地论证了通过可调谐半导体激光吸收光谱技术与相关检测技术相结合可以方便的提取噪声中的有用信号，从而检测出气体的浓度。

数据采集；相关分析；　ＬａｂＶＩＥＷ　；信号处理

ＴＨ８６５

Ａ

１００９－０１３４（２０１１　）９（　上）－００４５－０３

１０．　３９６９／ｊ．　ｉｓｓｎ．　１００

基于虚拟仪器的微弱信号检测处理技术研究

Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ｗｅａｋ　ｓｉｇｎａｌ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｖｉｒｔｕａｌ　ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ　

王涛陆绮荣黄媛媛孙林

ＷＡＮＧ　Ｔａｏ　ＵＮ　Ｌｉｎ　ＬＵ　Ｑｉ－ｒｏｎｇ　ＨＵＡＮＧ　Ｙｕａｎ－ｙｕａｎ　Ｓ

桂林理工大学机械与控制工程学院，桂林５４１００４

本文针对检测大气中有害气体浓度的热点问题，提出了运用相关检测技术对微弱气体浓度信号进行检测，通过可调谐半导体激光吸收光谱（ＴＤＬＡＳ）技术对大气中的有害气体浓度信号进

行初步采集，然后对采集到的信号进行除噪处理。通过理论的分析与证明，相关检测技术可有效的分析出被测信号中的有用信号，而且可以在噪声功率大于有用信号功率的情况下对有用信号进行有效识别。为了进一步验证该方案的有效性，本文还建立了ＬａｂＶＩＥＷ的仿真实验平台，结论有效地论证了通过可调谐半导体激光吸收光谱技术与相关检测技术相结合可以方便的提取噪声中的有用信号，从而检测出气体的浓度。

数据采集；相关分析；　ＬａｂＶＩＥＷ　；信号处理

ＴＨ８６５

Ａ

１００９－０１３４（２０１１　）９（　上）－００４５－０３

１０．　３９６９／ｊ．　ｉｓｓｎ．　１００

第1章 微弱信号检测与随机噪声1

课程名称：弱信号检测技术

教材：微弱信号检测高晋占 编著 清华大学出版社

第1章 微弱信号检测与随机噪声1

绪 论弱信号的含义： 绝对意义：信号本身非常微弱，幅度极小---放大 相对意义：相对于噪声而言，信号极其微弱，被噪声淹

没，也就是说信噪比(SNR)极低---提高信噪比单纯的幅度小而信噪比并不是很低的信号称之为小信号 弱信号检测的任务：在有效抑制噪声的条件下放大弱信 号的幅度。其中抑制噪声、提高信噪比极为关键2

第1章 微弱信号检测与随机噪声1

第1章 微弱信号检测与随机噪声 1.1 微弱信号检测概述弱信号检测的关键是抑制噪声、提高信噪比 信噪比的定义：信号的有效值与噪声的有效值之比 SNR= S/N 信噪比也可用信号与噪声的功率之比来表示，结果 为上面定义的平方3

第1章 微弱信号检测与随机噪声1

弱信号检测系统的评价指标：信噪改善比、分辨率 信噪改善比：系统输出信噪比与输入信噪比之比 SNIR= SNRo/SNRi 灵敏度：系统输出变化与输入变化之比 分辨率：系统可以响应与分辨的最小输入量的变化值

与灵敏度有关如何提高分辨率?

与噪声有关

提高灵敏度、降低噪声4

第1章 微弱信号检测与随机噪声1

1.2 常规小信号检测方法小信

第五章 微弱信号处理

5.1 微弱信号检测技术中气体浓度检测仪中的应用

微弱信号不仅意味着信号的幅度小，而且主要指被噪声淹没中的信号。为了检测被背景噪音淹没的信号，就需要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有用信号的方法。因此，微弱信号检测技术的首要任务是提高信噪比。它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。由于被测量的信号微弱，传感器的固有噪声、放大电路及测量仪器的固有噪声以及外界的干扰噪声往往比有用信号的幅度大得多，放大被测信号的过程同时也放大了噪声，而且必然还会附加一些额外的噪声，因此只靠放大是不能把微弱信号检测出来的。只有在有效地抑制噪声的条件下增大微弱信号的幅度，才能提取出有用的信号。

为了表征噪声对信号的淹没程度，引入信噪比SNR来表示，它指的是信号的有效值S与噪音的有效值N之比。

而评价一种微弱信号检测方法的优劣，经常采用两种指标：

一种是信噪改善比SNIR，它等于系统输出端的信噪比SNRo和系统输入段

SNRi之比。SNIR越大，表明系统抑制噪声的能力越强。

另一个指标是检测分辨率，指

毕 业 设 计

学院名称论文提交日期

微电流检测器设计

指导教师 讲师

工程学院 专业名称 自动化 2011年5月

论文答辩日期 2011年5月

答辩委员会主席 ____________

评 阅 人 ____________

摘 要

近年来,微弱电流信号检测技术在信号处理、电视技术、测量技术、通信技术、信息运算多媒体技术以及一般的电子电路设计等领域得到了非常广泛的应用，并极大地促进了相关技术领域的迅速发展,例如军事侦察、物理学、化学、电化学、生物医学、天文学、地学、磁学等。随着科学技术的发展，对微弱信号进行检测的需要日益迫切，微弱信号检测是发展高新技术、探索及发现新的自然规律的重要手段，对推动相关领域的发展具有重要的意义。

微弱是相对于噪声而言的，所以只靠放大并不能检测出微弱信号，只有在有效地抑制噪声的条件下增大微弱信号的幅度,才能提取出有用信号。因此,必须研究微弱信号检测的理论方法和设备,包括噪声的来源和性质,分析噪声产生的原因和规律以及噪声的传播途径,有针对性地采取有效措施抑制噪声。

本设计制作的微电流检测电路,是以AT89S52芯片为核心实现对微电流信号进行检测并显示,利用两个斩波稳零式

一. 判断题

【 】1. 磁电式速度传感器是利用电磁感应原理。对

【 】2. 测量正确度描述了测量结果中粗大误差大小的程度。错 【 】3. 确定信号中那些不具有周期重复性的信号称为非周期信号。对

【 】4. 当一个空气微粒偏离其平衡位置时，就有一个压力的临时增加，据此可描

述声强为功率面积。错

【 】5. 应变片式位移传感器是将位移量转换为应变量。对

二. 单向选择

1. 通过与国家基准对比或校准来确定量值单位的为 B 。

A.国家基准 (B) 副基准 C.计量基准 D.企业基准

2. 下列不属于量值的是 D 。

A. 2m B.30kg C.4s D. A

3. 同一量多次测量时，误差的正负号和绝对值以不可预知的方式变换称为 B 。

A.系统误差 B.随机误差 C.相对误差 D.绝对误差 4. D 中那些不具有周期重复性的信号称为非周期信号。

A.离散信号 B.阶跃信号 C.不确定信号 D.确定信号

5. 周期信号的强度可用峰值、 C 、有效值、和平均功率来描述。

A.真值