专利名称：一种频率域有源正交矢量型检测系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种正交检测系统，尤其是一种频率域有源正交矢量型检 测系统，也可称为有源实虚分量频谱检测系统，是一种宽频范围内用于检测各 种线性时不变的待测系统的电子仪器。技术领域目前国内外市场上的相似产品是采用正交矢量型锁相放大器(LIA), LIA 的核心部件是相敏检波器(PSD)，从广义的角度来看是属于一种相关检测，最 大的特点是检测出与参考信号的频率和相位相关的微弱信号，具有强大的压制 干扰能力。正交矢量型锁相放大器必须引入外参考信号，经过锁相环(PLL), 提取出两路正交信号(相位差为90° ),分别作为参考信号送到两个相同的PSD。 PLL在工作过程中会受到种种干扰，产生相位锁定误差，直接影响到LIA的检 测精度，这是LIA的突出缺点；另一个缺点是，对于一个待测系统，最经典的 测量方法是以正弦波点频测量方法为基础的，故必须有一个激励信号源，而LIA 不包括信号源部分。实用新型内容本实用新型涉的目的是提供一种频率域有源正交矢量型检测系统，也可称 为有源实虚分量频谱;险测系统，具备一定功率的信号源，可以实现对各种待测 系统的激励；实现对待测系统输出的微弱信号进行正交矢量型检测，即实现对 待测系统的实虚分量的频i普^r测，以克服类似产品信号传递复杂、没有对待测 系统的激励信号源等不足。本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现一种频率域有源正交矢量型检测系统，包括信号源部分、正交矢量检测部 分，信号源部分包括振荡器和功率放大器两部分，正交矢量^r测部分由分频电 路、超低噪声放大器、两个相敏检波器、两个低通滤波器和两个放大器组成，振荡器中方波信号连接到正交矢量检测部分的分频电路，它产生两路相位差为90°的信号，作为参考信号分别送到两个相同的相壽文^r波器；分频电路连接至 两相敏检波器，相敏检波器单向连接至低通滤波器，所述低通滤波器连接至放 大器；功率放大后的信号去激励待测系统，待测系统的输出连接到正交矢量检 测部分的超低噪声放大器，其输出同时送到上述两个相敏检波器，实现正交矢 量型检测(即实现实虚分量的分离)；这是正交矢量检测的一个通道，必要时可 用相同的结构组成多个通道。上述方案为模拟类型结构，此结构也可用于数字 类型结构。本实用新型所述的频率域有源正交矢量型检测系统的有益效果为自备一定 功率输出的正弦波信号源，可以直接实现对待测系统的正交矢量检测，可最大 限度地减小对待测系统激励信号源的功耗，从微弱信号提取有用信号；可应用 于物理(力学、光学、电磁学等)、化学(包括电化学等)、生物医学等众多学 科，配备相应的传感器，则可应用于工程及产品的检验及^r测，功能全、用途 广。
图1是本实用新型所述的频率域有源正交矢量型^r测系统的结构框图；图2是本实用新型所述的频率域有源正交矢量型^^测系统的相敏检波器的 电路图。图中1、信号源部分；11、振荡器；12、功率放大器；2、正交矢量检测 部分；21、分频电路；22、超低噪声放大器；23、相每丈检波器；24、低通滤波 器；25、放大器；3、待测系统。
具体实施方式
如图1-2所示，本实用新型实施例所述的频率域有源正交矢量型检测系统， 包括信号源部分1、正交矢量检测部分2，信号源部分1包括振荡器11和功率 放大器12两部分，正交矢量检测部分2由分频电路21、超低噪声放大器22、 两个相敏检波器23、两个低通滤波器24和两个放大器25组成，振荡器11中方波信号连接到正交矢量检测部分2的分频电路21,它产生两路相位差为90。的 信号，作为参考信号分别送到两个相同的相敏检波器23;分频电路21连接至 两相敏检波器23，相每文检波器23单向连接至低通滤波器24，所述低通滤波器 24连接至放大器25;功率放大后的信号去激励待测系统3，待测系统3的输出 连接到正交矢量检测部分2的超低噪声放大器22，其输出同时送到上述两个相 敏检波器23。如图2所示，电路选用型号为74HC4053的高速一刀双掷模拟开关(SW), Al、 A2、 A3组成高输入阻抗、高共模抑制比的差分放大电路。相敏检波器23 具有良好的线性和超过120dB的动态范围，可检测出1微伏到几伏的信号；从 广义的角度来说相敏检波器23属于一种相关处理部件，因为干扰信号与参考信 号(frl和fr2)同频率又同相位的几率很小，因而有良好的压制干扰的能力，可以 从被噪声干扰的信号中提取有用信号。所述的频率域有源正交矢量型检测系统的工作原理为信号源部分1的振 荡器11通过直接数字频率合成技术产生一路正弦波信号和一路为参考信号fr， 参考信号fr的频率是正弦波信号的频率的两倍；所述正弦波信号经功率放大器 12放大到Asincot后传输到待测系统3,作为待测系统3的激励的信号源，待测 系统3的输出信号经过超低噪声放大器22放大K倍后，同时送到两并列的相 敏检波器23;另 一路参考信号fr直接传输到正交矢量检测部分2的分频电路21, 并经过分频电鴻4莫块21转换成与sincot同相以及相位差为90°的两个信号frl、 fr2,之后再分别送到两并列的相壽文;险波器23, frl、和fr2分别作为两并列的相 敏^r波器23的参考信号；所述两相每丈;险波器23的输出信号分别经过两相对的 低通滤波器24滤除交流信号后，剩余的直流信号经放大器25放大后作为待测 信号的实分量Re Bsin(cot+(p)和虚分量Im Bsin(cot+(p)。所述的待测系统3输出的 待测信号Bsin(rot+cp)是一个矢量，可以分解成为实分量Re Bsin(cot+cp)和虚分量Im Bsin((ot+cp),实、虚分量为正交关系，两个相每文检波器23的功能就是分离出待 测信号的实、虚分量。
权利要求1、一种频率域有源正交矢量型检测系统，包括信号源部分(1)、正交矢量检测部分(2)，其特征在于信号源部分(1)包括振荡器(11)和功率放大器(12)两部分，正交矢量检测部分(2)由分频电路(21)、超低噪声放大器(22)、两个相敏检波器(23)、两个低通滤波器(24)和两个放大器(25)组成；振荡器(11)中方波信号连接到正交矢量检测部分(2)的分频电路(21)，其产生两路相位差为90°的信号并作为参考信号分别送到两个相同的相敏检波器(23)；一相敏检波器(23)单向连接至低通滤波器(24)，所述低通滤波器(24)连接至放大器(25)，另一相敏检波器(23)连接至低通滤波器(24)；功率放大后的信号去激励待测系统(3)，待测系统(3)的输出连接到正交矢量检测部分(2)的超低噪声放大器(22)，其输出同时送到所述两个相敏检波器(23)。
专利摘要本实用新型涉及一种频率域有源正交矢量型检测系统，包括信号源部分、正交矢量检测部分，所述信号源包括振荡器和功率放大两部分，振荡器中方波信号连接到正交矢量检测部分的分频电路，它产生两路相位差为90°的信号，作为参考信号分别送到两个相同的相敏检波器；功率放大后的信号去激励待测系统，待测系统的输出连接到正交矢量检测部分的超低噪声放大器，其输出同时送到上述两个相敏检波器。本实用新型有益效果实现了对待测信号的正交矢量型检测，提高测量灵敏度和测量精度，功能全、用途广。
文档编号G01R23/00GK201222082SQ20082011868
公开日2009年4月15日 申请日期2008年6月2日 优先权日2008年6月2日
发明者张晓飞, 耿丽霞, 鲁永康 申请人:鲁永康