基于ARM7的微弱信號采集系統(tǒng)設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

4 試驗(yàn)研究

調(diào)試完畢后，對系統(tǒng)進(jìn)行測試。與實(shí)驗(yàn)相關(guān)的設(shè)備主要包括：雙路信號發(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)定值與微弱信號檢測系統(tǒng)的測量值進(jìn)行對比，從而得出系統(tǒng)的性能參數(shù)，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場如圖8所示。

4.1 系統(tǒng)模擬電路部分測試

根據(jù)溶解氧傳感器輸出的微弱電流信號的特點(diǎn)，設(shè)計了電流型恒流源來模擬產(chǎn)生微弱電流信號，采用電壓轉(zhuǎn)化為電流電路來設(shè)計納安級電流源，并用鎖相放大儀器7265對輸出的電流值和相位進(jìn)行標(biāo)定。標(biāo)定的電流信號的頻率為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)定值與微弱信號檢測系統(tǒng)模擬部分的電流測量值，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)測值表示由微弱信號檢測系統(tǒng)模擬部分的測試電流源的測試值。圖11所示電流標(biāo)定值與微弱信號檢測系統(tǒng)測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 微弱信號檢測系統(tǒng)整體測試

檢測系統(tǒng)的模擬電路部分、數(shù)字部分和電腦界面整體構(gòu)成一個模擬與數(shù)字的混合系統(tǒng)，即微弱信號檢測系統(tǒng)。圖12所示為電流標(biāo)定值與微弱信號檢測系統(tǒng)的電流測試值，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)測值表示由檢測系統(tǒng)的測試電流源測試值。圖13所示為電流標(biāo)定值與微弱信號檢測系統(tǒng)測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

該微弱信號檢測系統(tǒng)的設(shè)計性能超過了低端芯片，又接近于高端儀器，能夠測量1.7～86.9 nA電流信號，電流精度為0.12 nA，又實(shí)現(xiàn)了電路的小型化、簡單化、形象化、低成本設(shè)計。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。最后通過對模擬低頻微弱信號的檢測實(shí)驗(yàn)，充分顯示了該系統(tǒng)在微弱信號檢測方面的實(shí)用性和有效性。