Mål små signaler begravd i støy på ditt oscilloskop (fasesensitiv deteksjon): 3 trinn

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:24

Tenk deg at du vil måle et lite signal begravet i støy som er mye sterkere. Sjekk ut videoen for en rask gjennomgang av hvordan du gjør det, eller fortsett å lese for detaljene.

Trinn 1: Eksempel

Tenk deg at du vil måle lyset som reflekteres fra et laserpunkt med bare en fotodiode uten optikk og en rå forsterker.

Du kan se signalet som vi får, domineres av romlysene samt 50 Hz -støyen som forsterkeren får.

Bare gjennomsnittet av signalet ditt vil ikke fungere her, ettersom bakgrunnen endres (si at du beveget hånden) er langt mer signifikant effekten av å blokkere laseren for å måle forskjellen.

Dette er et forferdelig oppsett fordi du prøver å måle et signal ved DC, og dette er et veldig støyende område av spekteret. Men når du går lenger inn i AC -en, reduseres støyen vanligvis fordi hovedkilden til støy kalles rosa støy: www.wikipedia.org/wiki/Pink_noise

Så løsningen er å flytte signalet vårt inn i vekselstrømmen, vekk fra støykildene.

Trinn 2: Løsning

Du kan flytte signalet inn i vekselstrømmen ved å pulsere laseren, og måten jeg har gjort det på her er ved å drive den fra en digital pinne på arduinoen. Arduinoen kjører en blinkskisse som lager en 5 khz firkantbølge for å drive laseren direkte.

Du kan deretter koble til en annen sonde på denne pinnen for å fortelle oscilloskopet den eksakte frekvensen til laseren.

Nå som signalet er i vekselstrømmen kan du koble kanal 1 for å bli kvitt DC -forskyvningen og maksimere det dynamiske området til ADC.

Deretter vil du sette utløseren for kanal 2, da dette vil være nøyaktig samme frekvens som lyset som sendes ut fra laseren.

Nå kan vi se at det er en liten firkantbølge i støyen. Dette er lyset fra laseren!

Og fordi vi utløser med samme frekvens, kan vi gjennomsnittlig ut signalet: Alt som ikke er den samme frekvensen som signalet vårt, eller tilfeldig støy, vil gjennomsnittlig ut til 0.

Vårt signal som alltid er i fase med referansekanalen vil gjennomsnittlig ut til en konstant bølgeform.

Trinn 3: Resultater

Du kan se at vi har gravd ut signalet vårt fra all den støyen! Dette er viktig for å lage et bandpassfilter som blir smalere etter hvert som du inkluderer flere gjennomsnitt.

Signalet er rundt 50 mV og det ble begravet i 1 V (topp til topp) støy! fantastisk at vi fortsatt kan måle det!

Resultatet kan begrunnes ved å blokkere laseren som tvinger signalet til å forsvinne.

Denne teknikken kalles fasesensitiv deteksjon og har mange bruksområder, for den er den stort sett ryggraden for all RF -kommunikasjon i verden !.

Det er et instrument som kalles lock -in -forsterkere som kan trekke ut nV -signaler begravet i støyer ved å bruke denne metoden. For en mer omfattende forklaring og for måter å bygge kretser ved hjelp av denne, kan du se denne artikkelen om analoge enheter:

www.analog.com/en/analog-dialogue/articles…

Jeg håper du likte denne raske hacken. Hvis du har spørsmål, vil jeg gjerne svare på dem i kommentarene.

Hvis du synes dette var nyttig kan du gi meg en stemme:)