วัดสัญญาณเล็กๆ ที่ฝังอยู่ในสัญญาณรบกวนบนออสซิลโลสโคปของคุณ (การตรวจจับเฟสที่ละเอียดอ่อน): 3 ขั้นตอน

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:06

ลองนึกภาพว่าคุณต้องการวัดสัญญาณเล็กๆ ที่ฝังอยู่ในสัญญาณรบกวนที่แรงกว่ามาก ดูวิดีโอเพื่อดูวิธีการทำอย่างรวดเร็ว หรืออ่านรายละเอียดต่อไป

ขั้นตอนที่ 1: ตัวอย่าง

ลองนึกภาพว่าคุณต้องการวัดแสงที่สะท้อนจากจุดเลเซอร์โดยใช้โฟโตไดโอดเท่านั้นที่ไม่มีออปติกและแอมพลิฟายเออร์แบบหยาบ

คุณสามารถเห็นสัญญาณที่เราได้รับถูกครอบงำด้วยไฟในห้องรวมถึงสัญญาณรบกวน 50 Hz ที่แอมป์หยิบขึ้นมา

การเฉลี่ยสัญญาณของคุณจะไม่ทำงานที่นี่เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงพื้นหลัง (เช่น คุณขยับมือ) มีความสำคัญมากกว่ามากในการปิดกั้นเลเซอร์เพื่อวัดความแตกต่าง

นี่เป็นการตั้งค่าที่แย่มากเพราะคุณกำลังพยายามวัดสัญญาณที่ DC และนี่เป็นพื้นที่ที่มีคลื่นรบกวนมาก แต่เมื่อคุณเข้าไปใน AC ต่อไป เสียงโดยทั่วไปจะลดลงเนื่องจากแหล่งกำเนิดเสียงหลักเรียกว่าเสียงสีชมพู: www.wikipedia.org/wiki/Pink_noise

ดังนั้นวิธีแก้ไขคือย้ายสัญญาณของเราไปที่ AC ให้ห่างจากแหล่งกำเนิดเสียง

ขั้นตอนที่ 2: วิธีแก้ปัญหา

คุณสามารถย้ายสัญญาณไปยัง AC ได้โดยการกดเลเซอร์ และวิธีที่ฉันทำคือเปิดเครื่องจากพินดิจิทัลบน Arduino Arduino กำลังเรียกใช้สเก็ตช์แบบกะพริบซึ่งทำให้คลื่นสี่เหลี่ยม 5khz เพื่อจ่ายพลังงานให้กับเลเซอร์โดยตรง

จากนั้นคุณสามารถต่อโพรบอื่นเข้ากับพินนี้เพื่อบอกออสซิลโลสโคปถึงความถี่ที่แน่นอนของเลเซอร์

เมื่อสัญญาณอยู่ใน AC แล้ว คุณสามารถ AC คู่ช่อง 1 เพื่อกำจัด DC offset และเพิ่มช่วงไดนามิกของ ADC ให้สูงสุด

จากนั้นคุณต้องการตั้งค่าทริกเกอร์สำหรับช่อง 2 เนื่องจากจะเป็นความถี่เดียวกับแสงที่ปล่อยออกมาจากเลเซอร์

ตอนนี้เราจะเห็นว่ามีคลื่นสี่เหลี่ยมเล็ก ๆ อยู่ในเสียง นี่คือแสงจากเลเซอร์!

และเนื่องจากเราทริกเกอร์ที่ความถี่เดียวกัน เราจึงสามารถหาค่าเฉลี่ยของสัญญาณได้ สิ่งใดก็ตามที่ความถี่ไม่เท่ากันกับสัญญาณของเรา หรือสัญญาณรบกวนแบบสุ่ม จะมีการหาค่าเฉลี่ยเป็น 0

สัญญาณของเราซึ่งอยู่ในเฟสเสมอกับช่องสัญญาณอ้างอิงจะมีค่าเฉลี่ยออกมาเป็นรูปคลื่นคงที่

ขั้นตอนที่ 3: ผลลัพธ์

คุณจะเห็นว่าเราได้ขุดสัญญาณของเราจากเสียงทั้งหมดนั่นแล้ว! นี่เป็นสิ่งสำคัญในการสร้างตัวกรองแบนด์พาสซึ่งจะแคบลงเมื่อคุณรวมค่าเฉลี่ยมากขึ้น

สัญญาณอยู่ที่ประมาณ 50 mV และถูกฝังอยู่ในสัญญาณรบกวน 1 V (พีคถึงพีค)! น่าทึ่งที่เรายังวัดได้!

ผลลัพธ์สามารถพิสูจน์ได้โดยการปิดกั้นเลเซอร์ที่บังคับให้สัญญาณหายไป

เทคนิคนี้เรียกว่าการตรวจจับแบบ Phase Sensitive และมีประโยชน์หลายอย่าง อย่างแรกคือเป็นแกนหลักสำหรับการสื่อสาร RF ทั้งหมดในโลก!

มีเครื่องมือที่เรียกว่า ล็อกอินแอมพลิฟายเออร์ ซึ่งสามารถดึงสัญญาณ nV ที่ฝังอยู่ในสัญญาณรบกวนของ V โดยใช้วิธีนี้ สำหรับคำอธิบายที่ครอบคลุมมากขึ้นและวิธีการสร้างวงจรโดยใช้สิ่งนี้ ให้ดูบทความเกี่ยวกับอุปกรณ์แอนะล็อกนี้:

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

ฉันหวังว่าคุณจะสนุกกับการแฮ็คอย่างรวดเร็วนี้ หากคุณมีคำถามใด ๆ ฉันยินดีที่จะตอบคำถามเหล่านี้ในความคิดเห็น

หากคุณพบว่ามีประโยชน์คุณสามารถให้คะแนนฉันได้:)