Μετρήστε μικροσκοπικά σήματα που θάβονται στο θόρυβο στο παλμογράφο σας (Phase Sensitive Detection): 3 βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:36

Φανταστείτε ότι θέλετε να μετρήσετε ένα μικρό σήμα θαμμένο σε θόρυβο που είναι πολύ ισχυρότερο. Δείτε το βίντεο για μια γρήγορη εκτέλεση σχετικά με το πώς να το κάνετε ή συνεχίστε να διαβάζετε για λεπτομέρειες.

Βήμα 1: Παράδειγμα

Φανταστείτε ότι θέλετε να μετρήσετε το φως που αντανακλάται από ένα σημείο λέιζερ χρησιμοποιώντας μόνο μια δίοδο φωτογραφιών χωρίς οπτικά και έναν ακατέργαστο ενισχυτή.

Μπορείτε να δείτε ότι το σήμα που λαμβάνουμε κυριαρχείται από τα φώτα του δωματίου καθώς και τον θόρυβο 50 Hz που λαμβάνει ο ενισχυτής.

Η απλή μέτρηση του σήματος δεν θα λειτουργήσει εδώ καθώς το φόντο αλλάζει (ας πούμε κινήσατε το χέρι σας) είναι πολύ πιο σημαντικό το αποτέλεσμα του αποκλεισμού του λέιζερ για τη μέτρηση της διαφοράς.

Αυτή είναι μια φοβερή ρύθμιση επειδή προσπαθείτε να μετρήσετε ένα σήμα στο DC και αυτή είναι μια πολύ θορυβώδης περιοχή του φάσματος. Αλλά καθώς προχωράτε περισσότερο στο AC, ο θόρυβος μειώνεται γενικά επειδή η κύρια πηγή θορύβου ονομάζεται ροζ θόρυβος: www.wikipedia.org/wiki/Pink_noise

Η λύση λοιπόν είναι να μεταφέρουμε το σήμα μας στο AC, μακριά από τις πηγές θορύβου.

Βήμα 2: Λύση

Μπορείτε να μετακινήσετε το σήμα στο AC πατώντας το λέιζερ και ο τρόπος που το έκανα εδώ είναι να το τροφοδοτήσω από μια ψηφιακή ακίδα στο arduino. Το arduino τρέχει ένα σκίτσο που αναβοσβήνει το οποίο κάνει ένα τετράγωνο κύμα 5khz για να τροφοδοτήσει το λέιζερ απευθείας.

Στη συνέχεια, μπορείτε να συνδέσετε έναν άλλο αισθητήρα σε αυτόν τον πείρο για να πείτε στον παλμογράφο την ακριβή συχνότητα του λέιζερ.

Τώρα που το σήμα βρίσκεται στο AC, μπορείτε να συνδέσετε το κανάλι 1 για να απαλλαγείτε από το offset DC και να μεγιστοποιήσετε το δυναμικό εύρος του ADC.

Στη συνέχεια, θέλετε να ρυθμίσετε τη σκανδάλη για το κανάλι 2, καθώς αυτή θα είναι η ίδια ακριβώς συχνότητα με το φως που εκπέμπεται από το λέιζερ.

Τώρα μπορούμε να δούμε ότι υπάρχει ένα μικρό τετράγωνο κύμα στο θόρυβο. Αυτό είναι το φως από το λέιζερ!

Και επειδή ενεργοποιούμε στην ίδια συχνότητα, μπορούμε να μετρήσουμε το σήμα κατά μέσο όρο: οτιδήποτε δεν έχει την ίδια συχνότητα με το σήμα μας ή τυχαίο θόρυβο, θα έχει κατά μέσο όρο 0.

Το σήμα μας, το οποίο είναι πάντα σε φάση με το κανάλι αναφοράς, θα έχει μέσο όρο μια σταθερή κυματομορφή.

Βήμα 3: Αποτελέσματα

Μπορείτε να δείτε ότι έχουμε σκάψει το σήμα μας από όλο αυτόν τον θόρυβο! Αυτό είναι απαραίτητο να φτιάξετε ένα φίλτρο μπάντας το οποίο γίνεται πιο στενό καθώς συμπεριλαμβάνετε περισσότερους μέσους όρους.

Το σήμα είναι περίπου 50 mV και θάφτηκε σε 1 V (κορυφή σε κορυφή) θορύβου! εκπληκτικό που μπορούμε ακόμα να το μετρήσουμε!

Το αποτέλεσμα μπορεί να δικαιολογηθεί αποκλείοντας το λέιζερ που αναγκάζει το σήμα να εξαφανιστεί.

Αυτή η τεχνική ονομάζεται ανίχνευση ευαίσθητης φάσης και έχει πολλές χρήσεις, για μία είναι σχεδόν η ραχοκοκαλιά για όλες τις επικοινωνίες RF στον κόσμο !.

Υπάρχουν όργανα που ονομάζονται κλείδωμα ενισχυτών τα οποία μπορούν να εξαγάγουν σήματα nV που είναι θαμμένα σε V του θορύβου χρησιμοποιώντας αυτήν τη μέθοδο. Για μια πιο ολοκληρωμένη εξήγηση και για τρόπους κατασκευής κυκλωμάτων χρησιμοποιώντας αυτό, ρίξτε μια ματιά σε αυτό το άρθρο αναλογικών συσκευών:

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

Ελπίζω να απολαύσατε αυτό το γρήγορο hack, αν έχετε οποιεσδήποτε ερωτήσεις, θα χαρώ να τις απαντήσω στα σχόλια.

Εάν το βρήκατε χρήσιμο, μπορείτε να μου δώσετε μια ψήφο:)