Moku:Lab集成成示波器、頻譜分析儀、波形發(fā)生器、相位表、數(shù)據(jù)記錄器、鎖相放大器、ID控制器、頻率響應(yīng)分析儀、數(shù)字
濾波器、任意波形發(fā)生器、FIR濾波器?成器和激光鎖頻/穩(wěn)頻十二個(gè)專業(yè)儀器于一臺(tái)設(shè)備。適?于信號(hào)采集、處理分析、控
制系統(tǒng)等應(yīng)?。僅需通過(guò)軟件操控多儀器間功能切換，硬件便可以快速重新配置并執(zhí)?的儀器功能。同時(shí)我們?cè)诓粩嘣?/span>
強(qiáng)當(dāng)前儀器功能，客戶無(wú)需增加成本即可獲得更多強(qiáng)大功能及豐富的用戶體驗(yàn)。
產(chǎn)品特點(diǎn)
節(jié)省工作臺(tái)空間、優(yōu)化實(shí)驗(yàn)環(huán)境
可遠(yuǎn)程控制，滿足嚴(yán)格實(shí)驗(yàn)環(huán)境要求
小巧輕便、隨時(shí)隨地戶外工作
Moku:Lab鎖相放大器在微弱信號(hào)檢測(cè)的應(yīng)用
隨著對(duì)準(zhǔn)確度和精度越來(lái)越高的要求，微弱信號(hào)檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)在很多領(lǐng)域變得至關(guān)重要，特別是在雷達(dá)、聲納、通信、工業(yè)
測(cè)量、機(jī)械系統(tǒng)的故障分析等領(lǐng)域。一些具體的例子包括材料分析中熒光強(qiáng)度的測(cè)量，天文學(xué)中衛(wèi)星信號(hào)的接收，以及地震
學(xué)中地震波形和波速的測(cè)量。然而，檢測(cè)微弱信號(hào)是相當(dāng)具有挑戰(zhàn)性的，因?yàn)樗ǔＱ蜎](méi)在來(lái)自系統(tǒng)本身或來(lái)自外部環(huán)境的
噪聲中。在本文中，將探討如何運(yùn)用Moku鎖相放大器從大量背景噪聲中恢復(fù)弱小信號(hào)。
鎖相放大器通常用于提取非常小的振蕩信號(hào)，提取出目標(biāo)信號(hào)并濾除系統(tǒng)中的大部分不需要的噪聲。
以下通過(guò)簡(jiǎn)單的位移測(cè)量演示鎖相放大器如何有效應(yīng)用于弱信號(hào)檢測(cè)，實(shí)驗(yàn)設(shè)置如圖1所示。激光信號(hào)經(jīng)過(guò)調(diào)幅后
（以10MHz作為調(diào)制頻率）被物體反射并被光電探測(cè)器探測(cè)到。物體位移的變化可以通過(guò)測(cè)量調(diào)幅信號(hào)的相位來(lái)確定。
Moku：Lab同時(shí)用于生成調(diào)制信號(hào)（輸出2）和測(cè)量光電探測(cè)器上檢測(cè)到的信號(hào)（輸入1）。
圖1示例實(shí)驗(yàn)的光學(xué)設(shè)置
本次實(shí)驗(yàn)將使用鎖相放大器來(lái)處理信號(hào)，并通過(guò)測(cè)量從物體反射的調(diào)幅信號(hào)的相位，進(jìn)而可以確定其位移。通過(guò)兩個(gè)實(shí)驗(yàn)來(lái)
展示鎖相放大器的性能，一個(gè)檢測(cè)強(qiáng)信號(hào)，另一個(gè)檢測(cè)弱信號(hào)。
強(qiáng)信號(hào)測(cè)量
首先需要確定從這樣的系統(tǒng)中測(cè)量什么樣的信號(hào)，因此可以使用高反射率物體建立一個(gè)系統(tǒng)，以至于獲得信號(hào)類型。在這樣
思路驅(qū)使下，使用鏡子作為反射物體。
為了模擬運(yùn)動(dòng)物體，將鏡子安裝在機(jī)械平臺(tái)上，使其與激光器的距離以2Hz的頻率正弦移動(dòng)并且位移為1cm。
光從鏡子反射并在光電探測(cè)器上檢測(cè)到。
為了獲取強(qiáng)信號(hào)產(chǎn)生的強(qiáng)度（以及跟弱信號(hào)進(jìn)行對(duì)比），可以首先在Moku：示波器上觀察10 MHz調(diào)制信號(hào)。
圖2 在Moku示波器上測(cè)量的強(qiáng)10 MHz信號(hào)
圖2顯示了從光電探測(cè)器接收到的強(qiáng)烈、易觀測(cè)的信號(hào)。由于信號(hào)強(qiáng)且可觀察，因此可以直接簡(jiǎn)單地測(cè)量該信號(hào)的相
位，并推斷出鏡子的位移變化。以上過(guò)程我們也可以通過(guò)使用鎖相放大器來(lái)直接提取相位實(shí)現(xiàn)。
圖3為測(cè)量強(qiáng)信號(hào)Moku鎖相放大器設(shè)置
圖3顯示了Moku鎖相放大器的設(shè)置。在這種情況下，調(diào)制信號(hào)取自內(nèi)部本機(jī)振蕩器。然后，本機(jī)振蕩器將用于解調(diào)輸入信號(hào)
以獲得輸出1上的相位信號(hào)。
圖4 Moku鎖相放大器測(cè)量的相位信號(hào)
圖4顯示了使用鎖相放大器直接測(cè)量到的相位變化。正如預(yù)期的那樣，相位呈現(xiàn)大約2 Hz頻率的正弦變化（用于驅(qū)動(dòng)鏡子的
信號(hào)），由此可以看出系統(tǒng)對(duì)鏡子位移的敏感性。
弱信號(hào)測(cè)量
在大多數(shù)情況下，物體反射如此大量光線非常罕見(jiàn)。更常見(jiàn)的情況是，光將會(huì)在物體上朝許多方向上發(fā)生常見(jiàn)的漫反射，導(dǎo)
致在光電探測(cè)器處接收的光很弱。在這些弱信號(hào)系統(tǒng)中，信號(hào)的檢測(cè)不那么明顯，需要使用更*的信號(hào)處理技術(shù)。
為了證明這一點(diǎn)，再次設(shè)置實(shí)驗(yàn)來(lái)檢測(cè)物體位移的變化。然而，這一次，使用擴(kuò)散紙。與鏡子不同，從紙張反射的光在朝多
方向散射，因而在光電探測(cè)器上檢測(cè)到的微弱光被系統(tǒng)的電子噪聲覆蓋。該紙?jiān)俅我?Hz的正弦驅(qū)動(dòng)，并作為模擬信號(hào)。
圖5 Moku示波器測(cè)量的10 MHz弱信號(hào)
調(diào)整到Moku：示波器來(lái)查看光電探測(cè)器檢測(cè)到的10 MHz調(diào)制信號(hào)。圖5顯示了從光電探測(cè)器接收的漫反射信號(hào)。與鏡子的
強(qiáng)反射不同，示波器上檢測(cè)到的信號(hào)與噪聲無(wú)法區(qū)分。
但是，信號(hào)仍然存在，可以使用鎖相放大器進(jìn)行提取。首先，需要調(diào)整輸入端增益。在這種情況下，在前端選擇+48dB的數(shù)
字增益。該增益利用數(shù)字信號(hào)處理的方法增加了信號(hào)的強(qiáng)度。在此階段，信號(hào)和噪聲都增加，導(dǎo)致沒(méi)有SNR（信噪比）變化。
圖6 為測(cè)量弱信號(hào)Moku鎖相放大器設(shè)置
現(xiàn)在該信號(hào)已經(jīng)被調(diào)整到了鎖相放大器的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)，從而我們可以進(jìn)一步消除噪聲。這個(gè)可以通過(guò)調(diào)整鎖相放大器中的低
通濾波器參數(shù)來(lái)完成。在這種情況下，將濾波器調(diào)整為7 Hz - 剛好高于2Hz注入信號(hào)。這將從測(cè)量中消除盡可能多的噪聲。
圖6顯示了Moku鎖相放大器參數(shù)的設(shè)置。結(jié)果如圖7所示。
圖7 Moku鎖相放大器測(cè)量的相位信號(hào)
可以看出，該信號(hào)可以在測(cè)量中被清楚地觀察到。對(duì)于測(cè)量中仍然存在的一些噪聲，并且可以通過(guò)降低低通濾波器截止頻率來(lái)
進(jìn)一步優(yōu)化，從而消除更多噪聲?？傊?，該實(shí)驗(yàn)表明通過(guò)調(diào)整Moku鎖相放大器的一些關(guān)鍵參數(shù)，能夠檢測(cè)出擴(kuò)散物體的位移。
Moku:Lab 鎖相放大器技術(shù)參數(shù)概要
Moku:Lab數(shù)字鎖相放大器支持雙相解調(diào)(XY/R?)頻率范圍DC-200MHz，動(dòng)態(tài)儲(chǔ)備高達(dá)100 dB。同時(shí)集成來(lái)雙通道示波器和數(shù)
據(jù)記錄器，可以高達(dá)500 MSa/s采樣率實(shí)時(shí)觀測(cè)信號(hào)，并可以高達(dá)1MSa/s速率記錄數(shù)據(jù)。
主要特點(diǎn)
·雙相解調(diào)
·內(nèi)置PID控制器
·優(yōu)于80 dB動(dòng)態(tài)儲(chǔ)備
·直觀的數(shù)字信號(hào)處理示意框圖
·內(nèi)置探測(cè)點(diǎn)用于信號(hào)監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)記錄
·可切換矩形（X/Y）或極坐標(biāo)（R/θ）
·支持內(nèi)部和外部解調(diào)模式，包括PLL(鎖相環(huán))
典型參數(shù)
·解調(diào)頻率范圍：1mHz到200MHz
·頻率分辨率：3.55μHz
·相移精度：0.001°
·輸入增益：-20dB/0dB/+24dB/+48dB
·輸入阻抗：50Ω/1MΩ
·可調(diào)時(shí)間常數(shù)：40ns到0.6s
·濾波器滾降斜率：6dB/12dB倍頻程
·輸出增益范圍：±80dB
·本機(jī)振蕩器輸出頻率高達(dá)200MHz，可調(diào)振幅
·超快數(shù)據(jù)采集：快照模式高達(dá)500MS/s，連續(xù)采集高達(dá)1MS/s
應(yīng)用案列
? 太赫茲時(shí)域光譜、時(shí)域熱反射測(cè)量（TDTR)
? 氣體諧波測(cè)量實(shí)驗(yàn)
? 激光器穩(wěn)頻/鎖頻實(shí)驗(yàn)
? 原子物理實(shí)驗(yàn)
? 飛秒脈沖受激拉曼損耗顯微成像
? 微弱信號(hào)測(cè)量
? 光聲粘彈性成像測(cè)量
? 光聲光譜測(cè)量
? 光電實(shí)驗(yàn)信號(hào)的分析和測(cè)量
? 電子工程類實(shí)驗(yàn)
? 邁克爾遜干涉實(shí)驗(yàn)
? RC、RL電路實(shí)驗(yàn)
? 對(duì)有用信號(hào)與噪聲信號(hào)分離的數(shù)字濾波器實(shí)驗(yàn)
? 光速的測(cè)量
? 系統(tǒng)輸出信號(hào)的相位差測(cè)量以及幅值、頻率的同時(shí)測(cè)量
