基于ARM7的微弱信號(hào)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

4 試驗(yàn)研究

調(diào)試完畢后，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試。與實(shí)驗(yàn)相關(guān)的設(shè)備主要包括：雙路信號(hào)發(fā)生器AFG3102、示波器TDS2024B、雙路直流穩(wěn)壓電源、雙相DSP鎖相放大器Signal Recovery 7265以及其他相關(guān)儀器。本實(shí)驗(yàn)通過鎖相放大器的標(biāo)定值與微弱信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)的測(cè)量值進(jìn)行對(duì)比，從而得出系統(tǒng)的性能參數(shù)，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)如圖8所示。

4.1 系統(tǒng)模擬電路部分測(cè)試

根據(jù)溶解氧傳感器輸出的微弱電流信號(hào)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了電流型恒流源來模擬產(chǎn)生微弱電流信號(hào)，采用電壓轉(zhuǎn)化為電流電路來設(shè)計(jì)納安級(jí)電流源，并用鎖相放大儀器7265對(duì)輸出的電流值和相位進(jìn)行標(biāo)定。標(biāo)定的電流信號(hào)的頻率為100Hz，相位為0度，標(biāo)定范圍1.7～86.9 nA，如圖9所示電流源輸出隨輸入電壓變化曲線。圖10所示電流標(biāo)定值與微弱信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)模擬部分的電流測(cè)量值，其中標(biāo)定值表示鎖相放大器標(biāo)定電流源的電流值，實(shí)測(cè)值表示由微弱信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)模擬部分的測(cè)試電流源的測(cè)試值。圖11所示電流標(biāo)定值與微弱信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)測(cè)量值之間的誤差曲線，由均方差公式可得，電流精度為0.24 nA。

4.2 微弱信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)整體測(cè)試

檢測(cè)系統(tǒng)的模擬電路部分、數(shù)字部分和電腦界面整體構(gòu)成一個(gè)模擬與數(shù)字的混合系統(tǒng)，即微弱信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)。圖12所示為電流標(biāo)定值與微弱信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)的電流測(cè)試值，其中標(biāo)定值表示鎖相放大器標(biāo)定的電流源電流值，實(shí)測(cè)值表示由檢測(cè)系統(tǒng)的測(cè)試電流源測(cè)試值。圖13所示為電流標(biāo)定值與微弱信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)測(cè)試值之間的誤差曲線，由均方差公式可得，電流精度為0.12nA。

5 結(jié)束語(yǔ)

該微弱信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)性能超過了低端芯片，又接近于高端儀器，能夠測(cè)量1.7～86.9 nA電流信號(hào)，電流精度為0.12 nA，又實(shí)現(xiàn)了電路的小型化、簡(jiǎn)單化、形象化、低成本設(shè)計(jì)。利用ARM實(shí)現(xiàn)基于數(shù)字相關(guān)的算法，改善信噪比，有效恢復(fù)淹沒于強(qiáng)背景噪聲中的微弱信號(hào)。最后通過對(duì)模擬低頻微弱信號(hào)的檢測(cè)實(shí)驗(yàn)，充分顯示了該系統(tǒng)在微弱信號(hào)檢測(cè)方面的實(shí)用性和有效性。