多通道鎖相放大器技術(shù)于20世紀30年代問(wèn)世,并于20世紀中期進(jìn)入商業(yè)化應用階段,這種電子儀器能夠在JI強噪聲環(huán)境中提取信號幅值和相位信息。鎖相放大器采用零差檢測方法和低通濾波技術(shù),測量相對于周期性參考信號的信號幅值和相位。鎖相測量方法可提取以參考頻率為中心的指定頻帶內的信號,有效濾除所有其他頻率分量。如今,市面上好的鎖相放大器具有高達120dB的動(dòng)態(tài)儲備,意味著(zhù)這些放大器可以在噪聲幅值超過(guò)期望信號幅值百萬(wàn)倍的情況下實(shí)現精準測量。幾十年來(lái),隨著(zhù)科技的不斷發(fā)展,研究人員已經(jīng)針對鎖相放大器研發(fā)出諸多不同的應用方法。如今的鎖相放大器主要用作精密交流電壓儀和交流相位計、噪聲測量單元、阻抗譜儀、網(wǎng)絡(luò )分析儀、頻譜分析儀以及鎖相環(huán)中的鑒相器。相關(guān)研究領(lǐng)域幾乎覆蓋了所有波長(cháng)范圍和溫度條件,例如全日光條件下的日冕觀(guān)測、分數量子霍爾效應的測量或者分子中原子間鍵合特性的直接成像。鎖相放大器的功能極其豐富多樣。與頻譜分析儀和示波器一樣,鎖相放大器*,已經(jīng)成各種實(shí)驗室裝備中的核心工具,比如物理、工程和生命科學(xué)等。
鎖相放大器(也稱(chēng)為相位檢測器)是一種可以從干擾大的環(huán)境(信噪比可低至-60dB,甚至更低)中分離出特定載波頻率信號的放大器。Lock-in放大器是由普林斯頓大學(xué)的物理學(xué)家羅伯特·H·迪克發(fā)明的。
信噪比
信噪比(英語(yǔ):Signal-to-noiseratio,縮寫(xiě)為SNR或S/N)是科學(xué)和工程中所用的一種度量,用于比較所需信號的強度與背景噪聲的強度。其定義為信號功率與噪聲功率的比率,以分貝(dB)為單位表示。大于比率1:1(高于0分貝)表示信號多于噪聲。信噪比通常用于描述電子信號,也可以應用在各種形式的信號,比如冰芯內的同位素量,或細胞間的生物化學(xué)信號。
基本原理
鎖相放大器是根據正弦函數的正交性原理工作的。具體來(lái)說(shuō),就是當一個(gè)頻率為的正弦函數與另一個(gè)頻率為的正弦函數相乘,然后對乘積進(jìn)行積分(積分時(shí)間遠大于兩個(gè)函數的周期),其結果為零。如果相等,并且兩個(gè)函數是同相位的,則平均值等于幅值乘積的一半。