基于AD630锁相放大器的研究设计及其在光纤气体传感检测系统中的应用

发布时间：2018-06-15 10:42

本文选题：AD630 + 锁相放大器　；参考：《山东大学》2017年硕士论文

【摘要】：微弱信号检测是在近代电子学的基础上新兴的一门学科,在工业、环境、医学等许多领域应用广泛。其常用检测手段之一为锁相放大器,目前仍是许多业内人士所研究的重点。然而现在市面上出现的商用锁相放大器多价格昂贵、体积笨重、结构和功能十分复杂,它们通常很难集成到特定的检测系统中,甚至有些型号的锁相放大器需要依赖于特定的设备进行工作。因此,该类锁相放大器不适合集成在集成化程度高、针对性强,特别是一些便携式的检测系统。基于以上考虑,本文设计并制作了基于AD630的锁相放大器,它以相敏检测原理和相关检测原理为设计依据,AD630为核心芯片,能够准确检测低信噪比信号的幅值和相位。该锁相放大器制作成本低廉、设计结构简单、体积小、灵活性强,便于集成在许多检测系统,特别是适用于便携式系统当中,并且能够针对不同检测系统的要求和特性,对其结构和参数进行改进;同时它不需要依赖于特殊的器件,可以相对独立的工作。根据不同系统的需要,本文设计了两类基于AD630锁相放大器,分别用于两类光纤气体传感检测系统中。一类是双路AD630锁相放大器,主要用于测量相位,用于荧光法氧气浓度检测系统中;另一类是单路AD630锁相放大器,用于测量幅值,用于谐波法微量水蒸气浓度检测系统中。本文的主要内容如下:1、根据锁相放大器的工作原理和基本组成,重点介绍了锁相放大器核心理论——相敏检测原理和相关检测原理。根据荧光法氧气浓度检测系统和谐波法微量水蒸气浓度检测系统不同的检测原理,初步设计并介绍双路AD630锁相放大器和单路AD630锁相放大器的结构。2、选择AD630作为锁相放大器的核心芯片,设计基于AD630锁相放大器的各个部分,分析其功能并给出具体电路设计图。3、对AD630锁相放大器电路性能进行测试,分为双路和单路两部分。双路AD630锁相放大器主要功能为测量相位差。经过检验,双路AD630锁相放大器能够准确的检测输入信号与参考信号之间的相位差,分辨率为0.014°,电路波动0.12%。单路AD630锁相放大器主要检测有效信号的幅值。检测结果表明,单路锁相放大器能够将有效信号幅值信息挑选出来,并且随着输入信号幅值增长,输出信号幅值呈线性增长,电路波动0.24%,测量多次后,同组数据之间的方差均小于 0.00207。4、双路AD630锁相放大器用于荧光法氧气浓度检测系统中测量荧光与参考信号的相位差。在0.99%-8%的测量范围内,相位每变化1°,氧气浓度最小变化0.285%,3%浓度下测量系统浓度波动0.0263%,综合多天测量数据,每个浓度梯度得到的数据平均值对应的氧气浓度最多相差0.032%。5、单路AD630锁相放大器用于谐波法微量水蒸气浓度检测系统检测二次谐波幅值。在0-1200ppm浓度下,每1mV对应0.2ppm。为了提高系统在低浓度下测量的信噪比和扩大测量范围,我们对单路AD630锁相放大器进行了改造,增加了量程自动控制模块。经过量程自动控制后信号的信噪比提升明显,在5ppm下,系统分辨率提高,每1mV对应0.002ppm,增加了两个数量级;系统波动0.0448ppm;理论上量程扩大到了5200ppm,相对于调整之前扩大了9倍。目前,该水蒸气测量系统已经投入生产并使用。
[Abstract]:A phase - locked amplifier based on AD630 is designed and fabricated on the basis of the principle of phase - sensitive detection and the principle of correlation detection . In order to improve the signal - to - noise ratio and enlarge the measuring range of the system at low concentration , the signal - to - noise ratio of the signal after automatic control is 0.032 % . In order to improve the signal - to - noise ratio and enlarge the measuring range of the system under low concentration , the system resolution is increased , the range of the system is expanded to 5200ppm , which is increased by 9 times with respect to the adjustment . At present , the water vapor measurement system has been put into production and used .
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TN722;TP274

【参考文献】