現(xiàn)代的零飄移放大器提供了極低的漂移和噪聲性能,這是處理許多光學(xué)生物學(xué)信號和接近0赫茲的物理世界信號所必需的。
與你的想法相反,機械切割仍然有效。
考慮到電子元件的優(yōu)異性能,使用高性能的零飄移放大器似乎是一條路。在大多數(shù)情況下都是這樣做的,但是有些應(yīng)用程序使用它們可以增加系統(tǒng)復(fù)雜性,并實際上創(chuàng)建新的錯誤場景。
光學(xué)鏈路和相關(guān)測量的情況就是如此。將光學(xué)信號轉(zhuǎn)換成電子信號,然后將其傳送到正在進行測量的地方,當(dāng)然是可能的。
測量費瓦特的光學(xué)信號(10) -15 )至納米瓦特(10 -9 然而,范圍是非常困難的,因為這個低水平的信號很快就會消失在典型的探測器噪聲水平上,被背景光淹沒。通過濾波或平均來縮小帶寬只會使噪音水平進一步降低。
相反,在這些情況下,有一種與零浮選設(shè)計相類似的機械設(shè)計,它在"電子產(chǎn)品"之前使用:"機械切割"。通過使用這種帶鎖定放大器的斬波器,噪音排斥可以提高兩到三個數(shù)量級(有時更多),同時提供比噪音排斥高幾個數(shù)量級的背景信號排斥。
閉鎖放大器利用自差檢測來獲得其優(yōu)異的性能。這種檢測有兩個要求:(a)要檢測的信號需要調(diào)制,(b)需要提供頻率相同的純、精確的參考信號。
在鎖定放大器中,要測量的信號乘以參考信號,然后隨時間積分。通過將測量限制在單個頻率,檢測器的噪聲會大大降低。同樣,背景光學(xué)信號(主要是直流或線路頻率)也同樣被鎖定放大器拒絕。
具有鎖定放大器的高性能的關(guān)鍵是要在要測量的信號的調(diào)制頻率和參考信號的頻率之間保持精確的匹配。在這些應(yīng)用中,使用光學(xué)斬波器來調(diào)制信號( Figure 1) .
圖1機械光盤和鎖定放大器的布置在噪聲和漂移方面產(chǎn)生了非常令人印象深刻的結(jié)果.
這個光學(xué)斬波器概念上很簡單,只是一個旋轉(zhuǎn)的磁盤,它被劃分為葉片和窗口。在光束路徑中設(shè)置了斬波盤,這樣當(dāng)光束旋轉(zhuǎn)時,光波會輪流穿過窗戶,或者被光葉堵塞。通過使用光學(xué)中斷開關(guān)來感知葉片和窗口的旋轉(zhuǎn),可以很容易地提供參考信號。該技術(shù)提供的參考信號將是與要測量的光學(xué)信號精確匹配的頻率。
圖2這個切割裝配和鎖定放大器提供了一個極高的精度和低震動,從而噪音-光信號管理.
這些直升機系統(tǒng)廣泛使用,可從許多光電測試和測量設(shè)備供應(yīng)商那里獲得。例如,來自斯坦福研究系統(tǒng)的SRS542精密光學(xué)斬波器提供了從0.4赫茲到20千赫的切割,具有50百萬分之一的頻率精度( Figure 2) .
圖3廣泛的磁盤葉片/窗口模式可以容納跨越大動態(tài)范圍的頻率.
正如使用不同數(shù)目牙齒的齒輪來跨越大范圍的機械動力范圍一樣,也可使用不同圖案的切盤來覆蓋大范圍的頻率范圍( Figure 3) .金屬葉片是光化學(xué)蝕刻,為葉片提供緊密的公差,以確保低相位的振蕩光切割信號。
結(jié)論
盡管頻率越來越高,但仍有許多測試和測量情況,其中感興趣的信號接近于零赫茲。為了滿足其獨特的放大需求,零漂放大器使用切割和自動零零度拓撲實現(xiàn)極低水平的漂移和鼻。與此同時,經(jīng)典的基于機械的帶旋轉(zhuǎn)盤的斬波器仍然有一個作用,特別是在光學(xué)信號方面。
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