[发明专利]一种多通道nV级交流电压检测设备及检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及微弱信号检测技术领域，具体涉及一种多通道nV级交流电压检测设备及检测方法。

背景技术

在工程技术、科学研究和生产实践的各种活动中，nV级交流电压信号检测在石油测井、光分析、超导材料评价、金属材料张力试验、俄歇电子能谱、金属探测、涡流探伤、电子束测量等领域都有着广泛的应用。由于这些领域的背景噪声很强，而被测信号又非常微弱，因此从中检测出有效信号非常困难。针对nV级交流电压信号检测进行研究，探索新的检测方法，研制新的检测设备是目前微弱信号检测技术领域的一个热点和难点。

在现有技术中，锁相放大器是微弱信号检测的主要手段，其基本类似于一个带有放大功能的高Q值滤波器，但又不存在一般滤波器的中心频率漂移问题。其利用相关检测技术，极大地提高信噪比，能把淹没在噪声中的信号提取出来。但是目前的提取方法误差较大，精度较低，且极易受到外界噪声的干扰，影响信号的提取质量。锁相放大器一般为单通道或双通道输入，很难满足一些多通道同步并行测试的需要，且无法对测试结果和数据进行后续分析，应用灵活性较差。

在传统测量方法中，有关微弱信号的检测方法很多，如自谱估计方法、信号模型参数辨识法、噪声模型假设法、高阶累积测量方法等。这些方法主要是通过去除和抑制噪声来实现信号检测的，在去除噪声的同时对信号本身也造成了损失，同时由于受到各种因素的限制，其工作信噪比下限的降低很难，无法测量nV级信号。对nV级信号而言，由于测量系统引入的各种噪声及外界干扰使噪声高出有用信号几十倍，一些传统的电压测量方法对于这种淹没在强噪声中的nV级电压测量无能为力。至今为止，对这种nV级交流电压的测量大量采用基于互相关运算的锁相放大技术。

使用锁相放大技术测量信号，特别是在测量nV级交流电压时，乘法器输出电压很小，使后接的直流放大器零漂严重，不利于nV电压的测量。现有锁相放大器中普遍使用数字相敏检波器(DPSD)的检波算法，对输入信号进行幅度与相位的提取，目前的提取方法误差较大，精度较低，且极易受到外界噪声的干扰，影响信号的提取质量。锁相放大器一般为单通道或双通道输入，很难满足一些多通道同步并行测试的需要，且无法对测试结果和数据进行后续分析，应用灵活性较差。

发明内容

针对现有锁相放大器易受外界干扰影响、测试精度低、无法多通道并行测试、测试灵活性差的不足，本发明提供一种多通道nV级交流电压检测设备及检测方法。

本发明的第一种技术解决方案：

一种多通道nV级交流电压检测设备，其特殊之处：

包括放大滤波单元、多通道同步数据采集卡和控制单元；

所述放大滤波单元与多通道同步数据采集卡之间通过屏蔽电缆相连，放大滤波单元用于将被测信号经过放大和滤波处理后输出至多通道同步数据采集卡；

放大滤波单元包括至少一级放大滤波电路，每一级放大滤波电路均包括放大器和与放大器通过屏蔽电缆相连的滤波器；若放大滤波单元包括二级或二级以上放大滤波电路，则各级放大滤波电路之间通过屏蔽电缆相连；

所述放大器为放大倍数可调的多通道低噪声放大器，放大器的等效输入噪声电压小于滤波器为截止频率可调的多通道带通滤波器；放大器与滤波器的通道数均为n，其中n均不小于2，多通道同步数据采集卡的通道数为m，m＝n+1；

多通道同步数据采集卡是不低于24位的多通道同步数据采集卡，多通道同步数据采集卡上设有抗混淆滤波器；

所述控制单元分别与放大器和滤波器相互通信连接；

多通道同步数据采集卡通过外挂式零槽控制器与控制单元相互通信连接；

多通道同步数据采集卡的其中一个通道用于接收参考信号，参考信号与被测信号的频率相同，多通道同步数据采集卡将接收到的被测信号和参考信号均发送至控制单元。

本发明的第二种技术解决方案：

一种多通道nV级交流电压检测设备，其特殊之处在于：

包括放大滤波单元、多通道同步数据采集卡和控制单元；

所述放大滤波单元与多通道同步数据采集卡之间通过屏蔽电缆相连，放大滤波单元用于将被测信号经过放大和滤波处理后输出至多通道同步数据采集卡；

放大滤波单元包括至少一级放大滤波电路，放大滤波电路包括放大器和与放大器通过屏蔽电缆相连的滤波器；若放大滤波单元包括二级或二级以上放大滤波电路，则各级放大滤波电路之间通过屏蔽电缆相连；