„Kis fényintenzitások mérése zajos környezetben: Fázisérzékeny detektálás (lock-in)” változatai közötti eltérés
Lenk (vitalap | szerkesztései) a |
Lenk (vitalap | szerkesztései) a |
||
32. sor: | 32. sor: | ||
===A fázisérzékeny detektálás elve=== | ===A fázisérzékeny detektálás elve=== | ||
+ | {| cellpadding="5" cellspacing="0" align="center" | ||
+ | |- | ||
+ | | {{fig|LockIn_02.png|fig:2|2. ábra A fázisérzékeny detektálás elve}} | ||
+ | |} | ||
+ | A módszer lényege, hogy a jeladó által szolgáltatott referencia jelet (v<sub>f</sub>), valamint a mérendő objektum és a környezeti zaj által befolyásolt, a detektor által érzékelt jelet (e<sub>s</sub>) összeszorozzuk, majd az alul áteresztő szűrő segítségével a szorzat alacsonyfrekvenciás komponensét mérjük ([[#fig:2|2. ábra]]). Legyen a mérőjel és a referenciajel azonos alakú: | ||
+ | {{eq|v_f {{=}} V_f\cdot \cos(\omega_0t)|eq:1|(1)}} | ||
==Mérési feladatok== | ==Mérési feladatok== |
A lap 2013. január 30., 17:24-kori változata
Tartalomjegyzék |
Elméleti összefoglaló
Jel érzékelése zaj jelenlétében
Különböző jelek detektálásakor gyakran felmerül a probléma, hagy az érzékelni kívánt (hasznos) jel mellett egyidejűleg zaj is megjelenik. Hogyan tehet ilyen esetben a hasznos jelet elválasztani a zajtól? Ha a jel és a zaj frekvenciaspektruma ismert, megfelelő szűrő megválasztásával lehet a jel-zaj viszonyt javítani. Például, ha a mérni kívánt jel sávszélessége keskeny, akkor egy ehhez illesztett sávszűrővel a jel kiemelhető a zajból. Az 1. ábrán sematikusan bemutatott esetben a szelektív mérőrendszer csak a mérendő f0 frekvenciájú jelet, és az átviteli sávjába eső zaj komponenseket méri. Minél kisebbre választjuk a ∆f sávszélességet, annál jobb jel-zaj viszony érhető el.
A gyakorlati esetek ennél természetesen sokszor jóval bonyolultabbak, hiszen sem a zaj nem az 1. ábra szerinti sáv korlátózott fehér zaj, sem a jelek spektruma nem ilyen egyszerű. Azonban általában elmondható hogy a jel-zaj viszony javítására általánosan használható a sávszélesség csökkentése.
A szelektív mérőerősitőkben alkalmazott keskenysávú szűrők realizálása kis frekvencián (néhány kHz alatt) a gyakorlatban sok problémát hordoz magában (frekvenciastabilitás, alkatrészek tűrése, fizikai méretek). Ezen kívül a mérendő jel frekvenciájának is elegendően lennie, különben kicsúszik az áteresztési sávból. Ezeket a nehézségeket küszöbölhetjük ki a fázisérzékeny (lock-in) erősítők extrém kis sávszélességek mellett (pl. 10-3 Hz) igen nagy stabilitást (10-6) biztosítanak. Lehetővé teszik széles tartományban a működési frekvencia (1 Hz < f0 < 50 MHz) és a sávszélesség (10-2 Hz < f < 1 MHz) megválasztását. Használatukkal kiszűrhetők a diszkrét frekvenciájú zajok is (hálózati zavarok, mechanikus rezgések, stb.). A jel frekvenciaváltozását követő keskenysávú szűrőként viselkednek.
A fázisérzékeny detektálás elve
A módszer lényege, hogy a jeladó által szolgáltatott referencia jelet (vf), valamint a mérendő objektum és a környezeti zaj által befolyásolt, a detektor által érzékelt jelet (es) összeszorozzuk, majd az alul áteresztő szűrő segítségével a szorzat alacsonyfrekvenciás komponensét mérjük (2. ábra). Legyen a mérőjel és a referenciajel azonos alakú:
Mérési feladatok
PDF formátum