基于ARM7的微弱信號采集系統(tǒng)設計與實現

4 試驗研究

調試完畢后，對系統(tǒng)進行測試。與實驗相關的設備主要包括：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以及其他相關儀器。本實驗通過鎖相放大器的標定值與微弱信號檢測系統(tǒng)的測量值進行對比，從而得出系統(tǒng)的性能參數，實驗現場如圖8所示。

4.1 系統(tǒng)模擬電路部分測試

根據溶解氧傳感器輸出的微弱電流信號的特點，設計了電流型恒流源來模擬產生微弱電流信號，采用電壓轉化為電流電路來設計納安級電流源，并用鎖相放大儀器7265對輸出的電流值和相位進行標定。標定的電流信號的頻率為100Hz，相位為0度，標定范圍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，其中標定值表示鎖相放大器標定電流源的電流值，實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、數字部分和電腦界面整體構成一個模擬與數字的混合系統(tǒng)，即微弱信號檢測系統(tǒng)。圖12所示為電流標定值與微弱信號檢測系統(tǒng)的電流測試值，其中標定值表示鎖相放大器標定的電流源電流值，實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 結束語

該微弱信號檢測系統(tǒng)的設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，又實現了電路的小型化、簡單化、形象化、低成本設計。利用ARM實現基于數字相關的算法，改善信噪比，有效恢復淹沒于強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驗，充分顯示了該系統(tǒng)在微弱信號檢測方面的實用性和有效性。