一种多通道nV级交流电压检测设备及检测方法技术

本发明专利技术公开了一种多通道nV级交流电压检测设备及检测方法，该检测设备包括放大滤波单元、多通道同步数据采集卡和控制单元；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；多通道同步数据采集卡将接收到的信号发送至控制单元。本发明专利技术具有不易受外界干扰、测试精度高、测试灵活性高等特点，本发明专利技术对微弱信号测试技术的研究更具有指导意义。

【技术实现步骤摘要】
一种多通道nV级交流电压检测设备及检测方法
本专利技术涉及微弱信号检测
，具体涉及一种多通道nV级交流电压检测设备及检测方法。
技术介绍
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
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。
技术实现思路
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，本专利技术提供一种多通道nV级交流电压检测设备及检测方法。本专利技术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。本专利技术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；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；控制单元是嵌入式零槽控制器，控制单元分别与放大器、滤波器和多通道同步数据采集卡通相互通信连接；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。基于上述技术方案，本专利技术还做出以下优化和限定：放大滤波单元包括二级放大滤波电路。上述放大器包括信号放大板，滤波器包括低通滤波板和高通滤波板；信号放大板的输出端接低通滤波板的输入端，低通滤波板的输出端接高通滤波板的输入端。上述低通滤波板包括依次相连的第一16选1模拟开关、16路低通滤波电路和第二16选1模拟开关，高通滤波板包括依次相连的第三16选1模拟开关、16路高通滤波电路和第四16选1模拟开关；低通滤波板为多通道低通滤波板，高通滤波板为多通道高通滤波板，低通滤波板和高通滤波板的通道数均相等。上述检测设备还包括机箱，所述多通道同步数据采集卡是24位多通道同步PXI数据采集卡，多通道同步数据采集卡安装在机箱上。其中，本专利技术放大器的等效输入噪声电压小于是指在被测信号的频率为1kHz时，放大器的等效输入噪声电压小于本专利技术的第三种技术解决方案：一种多通道nV级交流电压检测方法，包括以下步骤，1)将被测信号接入一级放大滤波电路，由一级放大滤波电路的放大器对被测信号进行放大，将放大后的被测信号接入至一级放大滤波电路的滤波器进行滤波；2)将滤波后的被测信号接入多通道同步数据采集卡；将参考信号接入多通道同步数据采集卡的一个通道；3)通过控制单元实时采集输入至多通道同步数据采集卡各输入通道的信号，并将测试数据保存；4)计算被测信号的幅值和相位。上述步骤1)还包括以下步骤，1.1)采用二级放大滤波电路的放大器对经过一级放大滤波电路滤波后的被测信号再次进行放大；1.2)采用二级放大滤波电路的滤波器对经过步骤1.1)放大后的被测信号再次进行滤波。经二级放大滤波电路处理后的被测信号的幅值A、角频率ω0、相位φ满足公式：s(t)＝Asin(ω0t+φ)，经二级放大滤波电路处理后的被测信号的频率为f0；设多通道同步数据采集卡的采样频率为fs，采样长度为N，则多通道同步数据采集卡采样的周期数为其中，T0＝2π/ω0，为经二级放大滤波电路处理后的被测信号的周期；Ts＝1/fs，为多通道同步数据采集卡的采样间隔；所述步骤4)按照以下过程计算被测信号的幅值和相位，在以下计算过程的各个公式中，n＝0，1……N-1；多通道同步数据采集卡的采样率和采样长度选择被测信号的整周期采样，则采样后的被测信号为：根据参考信号的频率，由软件产生以下两种标准波形序列：则根据(1)、(2)可得：同本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多通道nV级交流电压检测设备，其特征在于：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，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。

【技术特征摘要】
1.一种多通道nV级交流电压检测设备，其特征在于：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，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。2.一种多通道nV级交流电压检测设备，其特征在于：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...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭恩全，宁成军，韩建伟，杨朋，黄姝，
申请(专利权)人：陕西海泰电子有限责任公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61