Mät små signaler begravda i buller på ditt oscilloskop (faskänslig detektion): 3 steg

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:45

Tänk dig att du vill mäta en liten signal begravd i brus som är mycket starkare. Kolla in videon för en snabb genomgång av hur du gör det, eller fortsätt läsa för detaljer.

Steg 1: Exempel

Tänk dig att du vill mäta ljuset som reflekteras från en laserpunkt med endast en fotodiod utan optik och en råförstärkare.

Du kan se signalen som vi får domineras av rumsljusen samt 50 Hz -bruset som förstärkaren tar upp.

Att bara göra ett genomsnitt av din signal kommer inte att fungera här eftersom bakgrunden ändras (säg att du rörde handen) är mycket mer signifikant effekten av att blockera ut lasern för att mäta skillnaden.

Detta är en fruktansvärd inställning eftersom du försöker mäta en signal vid DC, och det här är ett mycket bullrigt område i spektrumet. Men när du går längre in i växelströmmen minskar bruset i allmänhet eftersom huvudbruskällan kallas rosa brus: www.wikipedia.org/wiki/Pink_noise

Så lösningen är att flytta vår signal till AC, bort från bullerkällorna.

Steg 2: Lösning

Du kan flytta signalen till AC genom att pulsera lasern, och så här har jag gjort det här genom att driva den från en digital stift på arduino. Arduino kör en blinkskiss som gör en fyrkantsvåg på 5 kHz för att driva lasern direkt.

Du kan sedan ansluta en annan sond till denna stift för att berätta oscilloskopets exakta frekvens för lasern.

Nu när signalen är i AC kan du koppla kanal 1 för att bli av med DC -förskjutningen och maximera ADC: s dynamiska omfång.

Sedan vill du ställa in avtryckaren för kanal 2 eftersom detta kommer att vara exakt samma frekvens som ljuset från lasern.

Nu kan vi se att det finns en liten fyrkantig våg i bruset. Detta är ljuset från lasern!

Och eftersom vi utlöser med samma frekvens kan vi medelvärde ut signalen: allt som inte är samma frekvens som vår signal, eller slumpmässigt brus, kommer att genomsnittas till 0.

Vår signal som alltid är i fas med referenskanalen kommer att genomsnittliga ut till en konstant vågform.

Steg 3: Resultat

Du kan se att vi har grävt fram vår signal från allt det där bullret! detta är viktigt att göra ett bandpassfilter som blir smalare när du inkluderar fler medelvärden.

Signalen är cirka 50 mV och den begravdes i 1 V (topp till topp) buller! fantastiskt att vi fortfarande kan mäta det!

Resultatet kan motiveras genom att blockera lasern som tvingar signalen att försvinna.

Denna teknik kallas faskänslig detektering och har många användningsområden, för en är den i stort sett ryggraden för all RF -kommunikation i världen !.

Det finns instrument som kallas lock -in -förstärkare som kan extrahera nV -signaler begravda i V: s brus med denna metod. För en mer omfattande förklaring och för sätt att bygga kretsar med denna, ta en titt på denna artikel om analoga enheter:

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

Jag hoppas att du har haft det här snabba hacket, om du har några frågor svarar jag gärna på dem i kommentarerna.

Om du tyckte att detta var användbart kan du ge mig en röst:)