Messen Sie winzige Signale, die in Rauschen auf Ihrem Oszilloskop verborgen sind (phasenempfindliche Erkennung) - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:20

Stellen Sie sich vor, Sie möchten ein winziges Signal messen, das in ein viel stärkeres Rauschen eingebettet ist. Sehen Sie sich das Video an, um eine kurze Anleitung zu erhalten, oder lesen Sie weiter, um die Details zu erfahren.

Schritt 1: Beispiel

Stellen Sie sich vor, Sie möchten das von einem Laserpunkt reflektierte Licht nur mit einer Fotodiode ohne Optik und einem groben Verstärker messen.

Sie können sehen, dass das Signal, das wir erhalten, von den Raumlichtern sowie dem vom Verstärker aufgenommenen 50-Hz-Rauschen dominiert wird.

Eine einfache Mittelwertbildung Ihres Signals funktioniert hier nicht, da die Hintergrundänderungen (z. B. Sie haben Ihre Hand bewegt) viel bedeutender sind als der Effekt des Ausblendens des Lasers, um die Differenz zu messen.

Dies ist ein schreckliches Setup, da Sie versuchen, ein Signal bei DC zu messen, und dies ist ein sehr verrauschter Bereich des Spektrums. Aber wenn Sie weiter in die Klimaanlage gehen, nimmt das Rauschen im Allgemeinen ab, da die Hauptrauschquelle rosa Rauschen genannt wird: www.wikipedia.org/wiki/Pink_noise

Die Lösung besteht also darin, unser Signal in den Wechselstrom zu verlegen, weg von den Rauschquellen.

Schritt 2: Lösung

Sie können das Signal in den Wechselstrom verschieben, indem Sie den Laser pulsieren. Das Arduino führt eine Blinkskizze aus, die eine 5-kHz-Rechteckwelle erzeugt, um den Laser direkt anzutreiben.

Sie können dann eine weitere Sonde an diesen Stift anschließen, um dem Oszilloskop die genaue Frequenz des Lasers mitzuteilen.

Da sich das Signal nun im Wechselstrom befindet, können Sie Kanal 1 mit Wechselstrom koppeln, um den DC-Offset zu beseitigen und den Dynamikbereich des ADC zu maximieren.

Dann möchten Sie den Trigger für Kanal 2 einstellen, da dies genau die gleiche Frequenz wie das vom Laser emittierte Licht ist.

Jetzt können wir sehen, dass das Rauschen eine winzige Rechteckwelle enthält. Das ist das Licht des Lasers!

Und weil wir mit der gleichen Frequenz triggern, können wir das Signal mitteln: Alles, was nicht die gleiche Frequenz wie unser Signal hat, oder zufälliges Rauschen, wird auf 0 gemittelt.

Unser Signal, das immer in Phase mit dem Referenzkanal ist, wird zu einer konstanten Wellenform gemittelt.

Schritt 3: Ergebnisse

Sie können sehen, dass wir unser Signal aus all dem Lärm herausgeholt haben! Dies ist wichtig, um einen Bandpassfilter zu erstellen, der schmaler wird, wenn Sie mehr Mittelwerte verwenden.

Das Signal liegt bei etwa 50 mV und wurde in 1 V (Spitze zu Spitze) Rauschen begraben! toll, dass wir es noch messen können!

Das Ergebnis kann gerechtfertigt werden, indem der Laser ausgeblendet wird, wodurch das Signal zum Verschwinden gezwungen wird.

Diese Technik wird als phasensensitive Detektion bezeichnet und hat viele Anwendungen, zum einen ist sie so ziemlich das Rückgrat für die gesamte HF-Kommunikation der Welt!.

Es gibt Instrumente, die Lock-In-Verstärker genannt werden, die mit dieser Methode nV-Signale extrahieren können, die in Vs des Rauschens verborgen sind. Eine umfassendere Erklärung und Möglichkeiten zum Aufbau von Schaltungen finden Sie in diesem Artikel zu analogen Geräten:

www.analog.com/en/analog-dialog/artikel…

Ich hoffe, dieser schnelle Hack hat Ihnen gefallen, wenn Sie Fragen haben, beantworte ich sie gerne in den Kommentaren.

Wenn Sie das nützlich fanden, können Sie mir eine Stimme geben:)