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)儀器于一臺設(shè)備。適?于信號采集、處理分析、控
制系統(tǒng)等應(yīng)?。僅需通過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)我們在不斷增
強(qiáng)當(dāng)前儀器功能，客戶無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檢測的應(yīng)用
隨著對準(zhǔn)確度和精度越來越高的要求，微弱信號檢測技術(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)度的測量，天文學(xué)中衛(wèi)星信號的接收，以及地震
學(xué)中地震波形和波速的測量。然而，檢測微弱信號是相當(dāng)具有挑戰(zhàn)性的，因?yàn)樗ǔＱ蜎]在來自系統(tǒng)本身或來自外部環(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。
鎖相放大器通常用于提取非常小的振蕩信號，提取出目標(biāo)信號并濾除系統(tǒng)中的大部分不需要的噪聲。
以下通過簡單的位移測量演示鎖相放大器如何有效應(yīng)用于弱信號檢測，實(shí)驗(yàn)設(shè)置如圖1所示。激光信號經(jīng)過調(diào)幅后
（以10MHz作為調(diào)制頻率）被物體反射并被光電探測器探測到。物體位移的變化可以通過測量調(diào)幅信號的相位來確定。
Moku：Lab同時(shí)用于生成調(diào)制信號（輸出2）和測量光電探測器上檢測到的信號（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處理信號，并通過測量從物體反射的調(diào)幅信號的相位，進(jìn)而可以確定其位移。通過兩個(gè)實(shí)驗(yàn)來
展示鎖相放大器的性能，一個(gè)檢測強(qiáng)信號，另一個(gè)檢測弱信號。
強(qiáng)信號測量
首先需要確定從這樣的系統(tǒng)中測量什么樣的信號，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)動物體，將鏡子安裝在機(jī)械平臺上，使其與激光器的距離以2Hz的頻率正弦移動并且位移為1cm。
光從鏡子反射并在光電探測器上檢測到。
為了獲取強(qiáng)信號產(chǎn)生的強(qiáng)度（以及跟弱信號進(jìn)行對比），可以首先在Moku：示波器上觀察10 MHz調(diào)制信號。
圖2 在Moku示波器上測量的強(qiáng)10 MHz信號
圖2顯示了從光電探測器接收到的強(qiáng)烈、易觀測的信號。由于信號強(qiáng)且可觀察，因此可以直接簡單地測量該信號的相
位，并推斷出鏡子的位移變化。以上過程我們也可以通過使用鎖相放大器來直接提取相位實(shí)現(xiàn)。
圖3為測量強(qiáng)信號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
以獲得輸出1上的相位信號。
圖4 Moku鎖相放大器測量的相位信號
圖4顯示了使用鎖相放大器直接測量到的相位變化。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)動鏡子的
信號），由此可以看出系統(tǒng)對鏡子位移的敏感性。
弱信號測量
在大多數(shù)情況下，物體反射如此大量光線非常罕見。更常見的情況是，光將會在物體上朝許多方向上發(fā)生常見的漫反射，導(dǎo)
致在光電探測器處接收的光很弱。在這些弱信號系統(tǒng)中，信號的檢測不那么明顯，需要使用更*的信號處理技術(shù)。
為了證明這一點(diǎn)，再次設(shè)置實(shí)驗(yàn)來檢測物體位移的變化。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，因而在光電探測器上檢測到的微弱光被系統(tǒng)的電子噪聲覆蓋。該紙?jiān)俅我?Hz的正弦驅(qū)動，并作為模擬信號。
圖5 Moku示波器測量的10 MHz弱信號
調(diào)整到Moku：示波器來查看光電探測器檢測到的10 MHz調(diào)制信號。圖5顯示了從光電探測器接收的漫反射信號。與鏡子的
強(qiáng)反射不同，示波器上檢測到的信號與噪聲無法區(qū)分。
但是，信號仍然存在，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)字信號處理的方法增加了信號的強(qiáng)度。在此階段，信號和噪聲都增加，導(dǎo)致沒有SNR（信噪比）變化。
圖6 為測量弱信號Moku鎖相放大器設(shè)置
現(xiàn)在該信號已經(jīng)被調(diào)整到了鎖相放大器的動態(tài)范圍內(nèi)，從而我們可以進(jìn)一步消除噪聲。這個(gè)可以通過調(diào)整鎖相放大器中的低
通濾波器參數(shù)來完成。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。這將從測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鎖相放大器測量的相位信號
可以看出，該信號可以在測量中被清楚地觀察到。對于測量中仍然存在的一些噪聲，并且可以通過降低低通濾波器截止頻率來
進(jìn)一步優(yōu)化，從而消除更多噪聲?？傊搶?shí)驗(yàn)表明通過調(diào)整Moku鎖相放大器的一些關(guān)鍵參數(shù)，能夠檢測出擴(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，動態(tài)儲備高達(dá)100 dB。同時(shí)集成來雙通道示波器和數(shù)
據(jù)記錄器，可以高達(dá)500 MSa/s采樣率實(shí)時(shí)觀測信號，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動態(tài)儲備
·直觀的數(shù)字信號處理示意框圖
·內(nèi)置探測點(diǎn)用于信號監(jiān)測和數(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)域熱反射測量（TDTR)
? 氣體諧波測量實(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
? 微弱信號測量
? 光聲粘彈性成像測量
? 光聲光譜測量
? 光電實(shí)驗(yàn)信號的分析和測量
? 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)
? 對有用信號與噪聲信號分離的數(shù)字濾波器實(shí)驗(yàn)
? 光速的測量
? 系統(tǒng)輸出信號的相位差測量以及幅值、頻率的同時(shí)測量
