[发明专利]一种基于神经网络的锁相放大器

说明书

本申请公开了一种基于神经网络的锁相放大器，所述基于神经网络的锁相放大器由参考信号模块根据接收的输入激励信号产生表征待测系统稳定状态下产生的信号的参考信号，将参考信号和所述待测系统根据所述激励信号产生的待测信号在模拟前端模块中进行差分相消，从而只留下由于所述待测系统变化而产生的有用信号，实现对激励信号源功率波动的抑制，提升有用信号在总的模拟输入信号中的占比，从而提升所述基于神经网络的锁相放大器的信噪比；此外，该锁相放大器的数字后端模块中还包括配置完成的神经网络，由所述神经网络识别并去除所述中间信号的通带内噪声，以实现对所述基于神经网络的锁相放大器带宽范围内噪声的抑制。

技术领域

本申请涉及信号测量装置技术领域，更具体地说，涉及一种基于神经网络的锁相放大器。

背景技术

锁相放大器(Lock-in Amplifier，LIA)也称为相位检测器，是一种用于检测微弱信号的测试测量仪器。微弱信号的检测过程中，信号常常被淹没在噪声之中，而锁相放大器，则利用被测信号与噪声不相关的特点，通过将采集信号与参考信号进行相关运算，从而抑制噪声，提升被测信号的信噪比。正是由于锁相放大器能够对微弱信号进行测量，所以其在如原子力显微镜、量子计算、量子测量、医学检测等领域都有十分广泛的应用。

锁相放大器通常分为模拟锁相放大器和数字锁相放大器，其中，模拟锁相放大器使用模拟器件实现锁相放大器核心运算功能；数字锁相放大器则先利用模数变换电路，将输入波形数字化后，再利用DSP、FPGA等芯片或者上位机软件对采集的数字化波形进行处理，在数字域中实现乘法、滤波等运算。

但是，无论是模拟锁相放大器或者数字锁相放大器，其对于混叠在信号带宽范围内的噪声信号都难以去除，并且对于输入信号的测量，都是直接测量全幅度输入信号，而非测量输入信号反映系统变化的部分，这使得微小的系统变化所带来的输入信号幅值变化不能被很好检测，使得锁相放大器的信噪比较低。

发明内容

为解决上述技术问题，本申请提供了一种基于神经网络的锁相放大器，以实现去除混叠在信号带宽范围内的噪声信号并提高锁相放大器的信噪比的目的。

为实现上述技术目的，本申请实施例提供了如下技术方案：

一种基于神经网络的锁相放大器，包括：参考信号模块、模拟前端模块、模数转换模块和数字后端模块；其中，

所述数字后端模块，用于接收上位机传输的激励信号配置信息，并根据所述激励信号配置信息产生激励信号的数字数据码；和用于对数字输入信号进行正交解调和第一次滤波处理，以去除所述数字输入信号中的通带外噪声，获得中间信号，并由配置完成的神经网络识别并去除所述中间信号的通带内噪声，以获得目标信号；

所述模数转换模块，用于将所述激励信号的数字数据码转换为模拟信号形式的激励信号；和用于将模拟输入信号进行模数转换，以获得所述数字输入信号；

所述模拟前端模块，用于对所述模拟信号形式的激励信号进行第一预处理，以获得满足待测系统和所述参考信号模块要求的输入激励信号；和用于对待测信号和参考信号进行相消处理以及第二预处理，以产生满足所述模数转换模块工作要求的所述模拟输入信号；

所述参考信号模块，用于接收所述输入激励信号，并根据所述输入激励信号产生表征所述待测系统稳定状态下产生的信号的所述参考信号。

可选的，所述参考信号模块包括：多路选择器、接地单元、参考系统和增益偏置相位调节电路；其中，

所述多路选择器包括三个输入端，所述三个输入端分别与所述接地单元、参考系统和增益偏置相位调节电路的输出端连接，用于根据所述上位机的第一选择指令，确定接地单元输出信号、参考系统输出信号和增益偏置相位调节电路输出信号的一个为所述输出信号；

所述接地单元，用于提供接地电压以将所述参考信号模块旁路；