Mål små signaler begravet i støj på dit oscilloskop (fasefølsom detektion): 3 trin

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:28

Forestil dig, at du vil måle et lille signal begravet i støj, der er meget stærkere. Tjek videoen for en hurtig gennemgang af, hvordan du gør det, eller fortsæt med at læse for detaljerne.

Trin 1: Eksempel

Forestil dig, at du vil måle lyset, der reflekteres fra et laserpunkt, ved kun at bruge en fotodiode uden optik og en rå forstærker.

Du kan se det signal, vi får, domineret af rumlyset samt den 50 Hz støj, som forstærkeren opfanger.

Blot gennemsnit af dit signal vil ikke fungere her, da baggrunden ændres (siger du flyttede din hånd) er langt mere signifikant, effekten af at blokere laseren for at måle forskellen.

Dette er en forfærdelig opsætning, fordi du forsøger at måle et signal ved DC, og dette er et meget støjende område af spektret. Men når du går længere ind i AC'en, falder støjen generelt, fordi hovedkilden til støj kaldes lyserød støj: www.wikipedia.org/wiki/Pink_noise

Så løsningen er at flytte vores signal ind i vekselstrømmen, væk fra støjkilderne.

Trin 2: Løsning

Du kan flytte signalet ind i vekselstrømmen ved at pulsere laseren, og den måde, jeg har gjort det på her, er ved at tænde det fra en digital pin på arduinoen. Arduinoen kører en blinkskitse, der laver en firkantbølge på 5 kHz for at drive laseren direkte.

du kan derefter tilslutte en anden sonde til denne pin for at fortælle oscilloskopet den nøjagtige frekvens af laseren.

Nu hvor signalet er i vekselstrømmen, kan du AC -parre kanal 1 for at slippe af med DC -forskydningen og maksimere ADC's dynamiske område.

Derefter vil du indstille udløseren for kanal 2, da dette vil være nøjagtig samme frekvens som lyset, der udsendes fra laseren.

Nu kan vi se, at der er en lille firkantet bølge i støjen. Dette er lyset fra laseren!

Og fordi vi udløser med den samme frekvens, kan vi gennemsnitliggøre signalet: Alt, der ikke er den samme frekvens som vores signal, eller tilfældig støj, vil gennemsnitlig ud til 0.

Vores signal, der altid er i fase med referencekanalen, vil gennemsnitligt ud til en konstant bølgeform.

Trin 3: Resultater

Du kan se, at vi har gravet vores signal ud af al den støj! dette er vigtigt at lave et bandpassfilter, der bliver smallere, efterhånden som du medtager flere gennemsnit.

Signalet er omkring 50 mV, og det blev begravet i 1 V (top til top) støj! fantastisk at vi stadig kan måle det!

Resultatet kan begrundes ved at blokere laseren, som tvinger signalet til at forsvinde.

Denne teknik kaldes fasefølsom detektion og har mange anvendelsesmuligheder, for det første er den stort set rygraden for al RF -kommunikation i verden !.

Der er et instrument kaldet lock -in forstærkere, som kan ekstrahere nV -signaler begravet i V'er af støj ved hjælp af denne metode. For en mere omfattende forklaring og for måder at bygge kredsløb ved hjælp af dette, kan du se denne artikel om analoge enheder:

www.analog.com/da/analog-dialogue/articles…

Jeg håber, du har nydt dette hurtige hack, hvis du har spørgsmål, vil jeg med glæde besvare dem i kommentarerne.

Hvis du fandt dette nyttigt, kan du give mig en stemme:)