基于ARM7的微弱信號采集系統設計與實現

4 試驗研究

調試完畢后，對系統進行測試。與實驗相關的設備主要包括：雙路信號發生器AFG3102、示波器TDS2024B、雙路直流穩壓電源、雙相DSP鎖相放大器Signal Recovery 7265以及其他相關儀器。本實驗通過鎖相放大器的標定值與微弱信號檢測系統的測量值進行對比，從而得出系統的性能參數，實驗現場如圖8所示。

4.1 系統模擬電路部分測試

根據溶解氧傳感器輸出的微弱電流信號的特點，設計了電流型恒流源來模擬產生微弱電流信號，采用電壓轉化為電流電路來設計納安級電流源，并用鎖相放大儀器7265對輸出的電流值和相位進行標定。標定的電流信號的頻率為100Hz，相位為0度，標定范圍1.7～86.9 nA，如圖9所示電流源輸出隨輸入電壓變化曲線。圖10所示電流標定值與微弱信號檢測系統模擬部分的電流測量值，其中標定值表示鎖相放大器標定電流源的電流值，實測值表示由微弱信號檢測系統模擬部分的測試電流源的測試值。圖11所示電流標定值與微弱信號檢測系統測量值之間的誤差曲線，由均方差公式可得，電流精度為0.24 nA。

4.2 微弱信號檢測系統整體測試

檢測系統的模擬電路部分、數字部分和電腦界面整體構成一個模擬與數字的混合系統，即微弱信號檢測系統。圖12所示為電流標定值與微弱信號檢測系統的電流測試值，其中標定值表示鎖相放大器標定的電流源電流值，實測值表示由檢測系統的測試電流源測試值。圖13所示為電流標定值與微弱信號檢測系統測試值之間的誤差曲線，由均方差公式可得，電流精度為0.12nA。

5 結束語

該微弱信號檢測系統的設計性能超過了低端芯片，又接近于高端儀器，能夠測量1.7～86.9 nA電流信號，電流精度為0.12 nA，又實現了電路的小型化、簡單化、形象化、低成本設計。利用ARM實現基于數字相關的算法，改善信噪比，有效恢復淹沒于強背景噪聲中的微弱信號。最后通過對模擬低頻微弱信號的檢測實驗，充分顯示了該系統在微弱信號檢測方面的實用性和有效性。