Meet kleine signalen begraven in ruis op uw oscilloscoop (fasegevoelige detectie) - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:18

Stel je voor dat je een klein signaal wilt meten dat begraven ligt in ruis dat veel sterker is. Bekijk de video voor een korte uitleg over hoe u dit moet doen, of lees verder voor de details.

Stap 1: Voorbeeld

Stel je voor dat je het licht wilt meten dat wordt gereflecteerd door een laserspot met alleen een fotodiode zonder optica en een ruwe versterker.

Je kunt zien dat het signaal dat we krijgen wordt gedomineerd door de kamerverlichting en de 50 Hz-ruis die door de versterker wordt opgepikt.

Het simpelweg middelen van uw signaal zal hier niet werken, aangezien de achtergrondveranderingen (stel dat u uw hand hebt bewogen) veel belangrijker is dan het effect van het blokkeren van de laser om het verschil te meten.

Dit is een vreselijke opstelling omdat je een signaal bij DC probeert te meten, en dit is een zeer luidruchtig gebied van het spectrum. Maar naarmate je verder de AC ingaat, neemt de ruis over het algemeen af omdat de belangrijkste bron van ruis roze ruis wordt genoemd: www.wikipedia.org/wiki/Pink_noise

Dus de oplossing is om ons signaal naar de AC te verplaatsen, weg van de ruisbronnen.

Stap 2: Oplossing

Je kunt het signaal naar de AC verplaatsen door de laser te pulseren, en de manier waarop ik dat hier heb gedaan, is door het van stroom te voorzien via een digitale pin op de Arduino. De Arduino voert een knipperschets uit die een 5khz-blokgolf maakt om de laser rechtstreeks van stroom te voorzien.

je kunt dan een andere sonde op deze pin aansluiten om de oscilloscoop de exacte frequentie van de laser te vertellen.

Nu het signaal zich in de AC bevindt, kunt u kanaal 1 AC koppelen om de dc-offset kwijt te raken en het dynamische bereik van de ADC te maximaliseren.

Vervolgens wilt u de trigger voor kanaal 2 instellen, omdat dit exact dezelfde frequentie is als het licht dat door de laser wordt uitgestraald.

Nu kunnen we zien dat er een kleine blokgolf in het geluid zit. Dit is het licht van de laser!

En omdat we op dezelfde frequentie triggeren, kunnen we het signaal uitgemiddelden: alles dat niet dezelfde frequentie heeft als ons signaal, of willekeurige ruis, zal uitgemiddeld worden tot 0.

Ons signaal, dat altijd in fase is met het referentiekanaal, zal uitgemiddelden tot een constante golfvorm.

Stap 3: Resultaten

Je kunt zien dat we ons signaal uit al die ruis hebben gehaald! dit is essentieel om een banddoorlaatfilter te maken dat smaller wordt naarmate je meer gemiddelden opneemt.

Het signaal is ongeveer 50 mV en het was begraven in 1 V (piek tot piek) ruis! geweldig dat we het nog kunnen meten!

Het resultaat kan worden gerechtvaardigd door de laser te blokkeren die het signaal dwingt te verdwijnen.

Deze techniek wordt fasegevoelige detectie genoemd en heeft vele toepassingen, het is bijvoorbeeld zo'n beetje de ruggengraat voor alle RF-communicatie in de wereld!.

Er zijn instrumenten die lock-in-versterkers worden genoemd en die met deze methode nV-signalen kunnen extraheren die zijn begraven in V's van ruis. Voor een meer uitgebreide uitleg en voor manieren om hiermee circuits te bouwen, bekijk dit artikel over analoge apparaten:

www.analog.com/en/analog-dialogue/articles…

Ik hoop dat je deze snelle hack leuk vond, als je vragen hebt, beantwoord ik ze graag in de comments.

Als je dit nuttig vond, kun je me een stem geven:)