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信号输入方式选取与噪声的抑制


OE系列锁相放大器有两种模式用于采集电压信号:单端输入,优点是较为便捷;差分输入,优点是有效减少信号的错误拾取。

一、外观

 


图1  OE系列的信号输入端口外观



图2  BNC转BNC电缆


       如图1和图2所示,、信号输入端口为BNC母头(Bayonet Nut Connector),搭配配套的BNC转BNC电缆,即可建立由信号源到同轴电缆,由同轴电缆到锁相放大器输入端的可靠通路。
       所谓可靠性,最重要的是把任何可能在测量系统中出现的噪声降至最低。环境中可能存在外部噪声源(如发动机、信号发生器等),它们的影响可以通过上述精心设计的同轴电缆与BNC接头降至最低。同样地,检测探头与锁相放大器之间的差分地问题也可籍此解决。
 

二、采集电压信号

       OE系列锁相放大器有两种模式用于采集电压信号:单端输入,优点是较为便捷;差分输入,优点是有效减少信号的错误拾取。
 

1.1 模式1:单端输入(A) Single-ended (A) 

       信号线为中心电缆,地线为外环电缆。
       锁相放大器仅检测输入端口A,并将其中心电缆与外环电缆的电位差设为输入信号。锁相放大器不会直接将外环电缆接地,而是串联某个内部电阻后连至锁相放大器的地。该电阻的值由用户选择,其中选项Float 采用10kΩ,选项Ground采用10Ω。这个电阻用于消除实验装置与锁相放大器之间地电平不等所导致的接地回路问题,而缺陷是无法消除外环电缆引入的噪声。
 

1.2 模式2:差分输入(A-B)differential (A-B)

       信号线有两条,均为中心电缆。
       锁相放大器将检测输入端口A与B的中心电缆的电压差并设为输入信号。外环电缆会拾取噪声,且本身不计入信号的采集过程,从而发挥保护中心电缆免受噪声干扰的关键作用。
       使用差分输入模式时,需要注意尽量保证两条信号线等长且相互靠近,避免因电磁感应产生错误拾取。
 

三、采集电流信号(I)

       电流输入模式,信号线为输入端口A的中心电缆。
       本仪器将电流信号转换为电压信号并提供可选的增益, 或 。一般来说,当信号源的阻抗较高时(>1MΩ),信号电流较小,宜选择电流输入模式。本模式中,锁相放大器的输入阻抗很低,即电缆电容很小,既可以有效减小测量过程中的幅度及相位误差,又可以使电流档前级放大器的高频噪声增益降至最低。、
 

四、AC耦合与DC耦合

       除了输入信号的模式以外,还须选择耦合方式,AC耦合或DC耦合。
       AC耦合指信号通过截止频率为200Hz的高通滤波器,以滤去低频噪声及直流成分。若直流成分未被完全滤除,将会在参考频率处产生错误输出,后续的低通滤波器将之滤去时,导致系统的测量响应时间变长。
       DC耦合指信号不通过上述滤波器直接输入。当信号的频率低于200Hz时,应选择DC耦合,以获得正确的幅值。