微弱信号检测电路设计
1 研究背景及现状
人们在研究宏观和微观世界的过程中，常需检测极微弱的信号，常规仪表由于存在较大的内部噪声，信号常被噪声淹没，使采用放大器和滤波器无法检测出有用信号。由于信号具有周期性、相关性，而噪声具有随机性，所以采用相关检测技术时，可以把信号中的噪声排除[1]。传统的检测方法采用模拟技术，先将信号经放大通道放大后，再利用锁定放大器（LIA）与参考通道信号完成相关运算。由于锁定放大器价格昂贵，体积较大，一般不适合于小系统和户外运行的设备。如果把中的相关运算转换成功率谱计算，就可以采用数字器件取代LIA，来实现数字相关器[2]。在微弱信号检测（Weak Singal Detection）过程中许多非电量的微小变化都是通过一定的传感器将其变换成电信号进行放大再显示或记录的[3]。由于这些微小的变化通过传感器转变成的电信号十分微弱，可能是 V， V，甚至 V或更少。对于这些弱信号的检测，无疑噪声是其主要干扰，噪声对于弱检测是无处不在的。微弱信号检测技术主要针对克服所谓“电子噪声”的影响，噪声包括热噪声、散粒噪声和低频噪声，它们一般来自构成检测电路系统的元器件的内部或表面状态[4]。或可以说来自进行检测的传感器和检测仪器。
纵观国内微弱信号检测电路设计，需要通过电子线路放大，才能进行显示或记录，弱检测量本身的涨落及所用传感器的本底以及测量仪表底噪声影响[5]，表现出来底总效果是：有的被测信号被大量的噪声和干扰信号所淹没[6]。因此，微弱信号检测的目的是利用电子学的、信息论的和物理学的方法，分析噪声的原因及其统计规律，研究被检测量信号的特点及其相干性，利用现代电子技术实现理论方法过程从而将深埋在背景中的信号检测出来[7]。
2 基本理论
2.1微弱信号检测的原理
微弱信号检测技术就是研究噪声与信号的不同特性，根据噪声与信号的这些特性，拟定检测方法，大道从噪声中检测信号的目的[8]。微弱信号检测的关键在于抑制噪声，恢复、增强和提取有用信号，即提高其信噪改善比（SNIR）。根据式（1）信噪改善比（SNIR）定义：
（1）
即输出信噪比（S/N）0与输入信噪比（S/N）i之比。SNIR越大，表示处理噪声的能力越强，检测的水平越高[9]。
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