技術(shù)文章
摘要：針對(duì)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中對(duì)微弱信號(hào)檢測(cè)的技術(shù)需求,論文設(shè)計(jì)了以電流電壓轉(zhuǎn)換器,儀表放大器和低通濾波器為主要結(jié)構(gòu)的微弱信號(hào)檢測(cè)前置放大電路。結(jié)合微弱信號(hào)的特點(diǎn)討論了電路中噪聲的抑制和隔離,提出了電路元件的選擇方法與電路設(shè)計(jì)中降低噪聲干擾的注意事項(xiàng)。本文利用集成程控增益儀表放大器PGA202設(shè)計(jì)了微弱信號(hào)檢測(cè)前置放大電路,并利用微弱低頻信號(hào)進(jìn)行了測(cè)試,得到了理想的效果。 1、引言 精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)主要是依據(jù)實(shí)時(shí)獲取的農(nóng)田環(huán)境和農(nóng)作物信息，對(duì)農(nóng)作物進(jìn)行精確的灌溉、施 肥、噴藥，最大限度地提高水、肥和藥的利用效率，減少環(huán)境污染，獲得最佳的經(jīng)濟(jì)效益和 生態(tài)效益[1]。農(nóng)田環(huán)境和農(nóng)作物信息的準(zhǔn)確獲取取決于可靠的生物傳感技術(shù)。如常規(guī)精準(zhǔn)灌 溉主要關(guān)注空氣的溫度、濕度和土壤的含水量，利用這些參數(shù)的變化控制對(duì)農(nóng)作物的灌溉， 而作物自身產(chǎn)生的一些信號(hào)能夠更準(zhǔn)確的反映其自身的生理狀況，通過(guò)檢測(cè)這些信號(hào)控制灌 溉可以使灌溉更精確。目前精準(zhǔn)灌溉技術(shù)正朝著以環(huán)境信息和農(nóng)作物生理信息相結(jié)合為控制 依據(jù)的方向發(fā)展，為此各種生物傳感器如植物電信號(hào)傳感器、植物莖流傳感器等應(yīng)運(yùn)而生。 但一般作物自身生理狀況產(chǎn)生的信號(hào)極其微弱，往往電流信號(hào)只能達(dá)到納安級(jí)，電壓信號(hào)也 只能達(dá)到微伏級(jí)。為有效的利用這些信號(hào)，應(yīng)首先對(duì)其進(jìn)行調(diào)理，本文根據(jù)植物生理信號(hào)的 特點(diǎn)設(shè)計(jì)了適合此類(lèi)微弱信號(hào)檢測(cè)的前置放大電路。 2、電路基本結(jié)構(gòu) 生物傳感器所產(chǎn)生的信號(hào)一般為頻率較低的微弱信號(hào)，檢測(cè)不同的植物生理參數(shù)，可能 得到電壓或電流信號(hào)。對(duì)于電流信號(hào)，應(yīng)首先把電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成為電壓信號(hào)，通過(guò)放大電路 的放大，最后利用低通濾波器，濾除混雜在信號(hào)中的高頻噪聲。微弱
本文所應(yīng)用到的相關(guān)器件資料：OPA2111 如圖所示為均衡立體聲前置放大電路。圖(a)為左聲道前置放大電路，圖(b)為右聲道前置放大電路。該電路采用了雙運(yùn)放OPA2111。左、右聲道分別使用雙運(yùn)放OPA2111中的一個(gè)運(yùn)放。因而左、右聲道之間具有良好的匹配性(增益相差3dB，偏流相差0.5pA，漂移相差±0.5μV／℃)，用于構(gòu)成均衡立體聲前置放大極為適當(dāng)。由圖可知，左、右聲道電路完全相同，電路中的電容0.01μF、0.03μF和1μF均起改善音質(zhì)的作用，半可變電容CT的調(diào)整范圍約為0.01～0.047μF。圖示電路的中頻增益約為26dB。
0引言 光電檢測(cè)技術(shù)是光學(xué)與電子學(xué)相結(jié)合而產(chǎn)生的一門(mén)新興檢測(cè)技術(shù)［1］。它主要利用電子技術(shù)對(duì)光學(xué)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，并進(jìn)一步傳遞、儲(chǔ)存、控制、計(jì)算和顯示［2］。光電檢測(cè)技術(shù)從原理上講可以檢測(cè)一切能夠影響光量和光特性的非電量。它可通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)把待檢測(cè)的非電量信息變換成為便于接受的光學(xué)信息，然后用光電探測(cè)器件將光學(xué)信息量變換成電量，并進(jìn)一步經(jīng)過(guò)電路放大、處理，以達(dá)到電信號(hào)輸出的目的［3］。然后采用電子學(xué)、信息論、計(jì)算機(jī)及物理學(xué)等方法分析噪聲產(chǎn)生的原因和規(guī)律，以便于進(jìn)行相應(yīng)的電路改進(jìn)，更好地研究被噪聲淹沒(méi)的微弱有用信號(hào)的特點(diǎn)與相關(guān)性，從而了解非電量的狀態(tài)。微弱信號(hào)檢測(cè)的目的是從強(qiáng)噪聲中提取有用信號(hào)，同時(shí)提高檢測(cè)系統(tǒng)輸出信號(hào)的信噪比。 1 光電檢測(cè)電路的基本構(gòu)成 光電探測(cè)器所接收到的信號(hào)一般都非常微弱，而且光探測(cè)器輸出的信號(hào)往往被深埋在噪聲之中，因此，要對(duì)這樣的微弱信號(hào)進(jìn)行處理，一般都要先進(jìn)行預(yù)處理，以將大部分噪聲濾除掉，并將微弱信號(hào)放大到后續(xù)處理器所要求的電壓幅度。這樣，就需要通過(guò)前置放大電路、濾波電路和主放大電路來(lái)輸出幅度合適、并已濾除掉大部分噪聲的待檢測(cè)信號(hào)。其光電檢測(cè)模塊的組成框圖如圖1所示。 2 光電二極管的工作模式與等效模型 2．1 光電二極管的工作模式 光電二極管一般有兩種模式工作：零偏置工作和反偏置工作，圖2所示是光電二極管的兩種模式的偏置電路。圖中，在光伏模式時(shí)，光電二極管可非常精確的線性工作；而在光導(dǎo)模式時(shí)，光電二極管可實(shí)現(xiàn)較高的切換速度，但要犧牲一定的線性。事實(shí)上，在反偏置條件下，即使無(wú)光照，仍有一個(gè)很小的電流(叫做暗電流或無(wú)照電流1。而在零偏置時(shí)則沒(méi)有暗電流，這
0引言 光電檢測(cè)技術(shù)是光學(xué)與電子學(xué)相結(jié)合而產(chǎn)生的一門(mén)新興檢測(cè)技術(shù)［1］。它主要利用電子技術(shù)對(duì)光學(xué)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，并進(jìn)一步傳遞、儲(chǔ)存、控制、計(jì)算和顯示［2］。光電檢測(cè)技術(shù)從原理上講可以檢測(cè)一切能夠影響光量和光特性的非電量。它可通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)把待檢測(cè)的非電量信息變換成為便于接受的光學(xué)信息，然后用光電探測(cè)器件將光學(xué)信息量變換成電量，并進(jìn)一步經(jīng)過(guò)電路放大、處理，以達(dá)到電信號(hào)輸出的目的［3］。然后采用電子學(xué)、信息論、計(jì)算機(jī)及物理學(xué)等方法分析噪聲產(chǎn)生的原因和規(guī)律，以便于進(jìn)行相應(yīng)的電路改進(jìn)，更好地研究被噪聲淹沒(méi)的微弱有用信號(hào)的特點(diǎn)與相關(guān)性，從而了解非電量的狀態(tài)。微弱信號(hào)檢測(cè)的目的是從強(qiáng)噪聲中提取有用信號(hào)，同時(shí)提高檢測(cè)系統(tǒng)輸出信號(hào)的信噪比。 1 光電檢測(cè)電路的基本構(gòu)成 光電探測(cè)器所接收到的信號(hào)一般都非常微弱，而且光探測(cè)器輸出的信號(hào)往往被深埋在噪聲之中，因此，要對(duì)這樣的微弱信號(hào)進(jìn)行處理，一般都要先進(jìn)行預(yù)處理，以將大部分噪聲濾除掉，并將微弱信號(hào)放大到后續(xù)處理器所要求的電壓幅度。這樣，就需要通過(guò)前置放大電路、濾波電路和主放大電路來(lái)輸出幅度合適、并已濾除掉大部分噪聲的待檢測(cè)信號(hào)。其光電檢測(cè)模塊的組成框圖如圖1所示。 2 光電二極管的工作模式與等效模型 2．1 光電二極管的工作模式 光電二極管一般有兩種模式工作：零偏置工作和反偏置工作，圖2所示是光電二極管的兩種模式的偏置電路。圖中，在光伏模式時(shí)，光電二極管可非常精確的線性工作；而在光導(dǎo)模式時(shí)，光電二極管可實(shí)現(xiàn)較高的切換速度，但要犧牲一定的線性。事實(shí)上，在反偏置條件下，即使無(wú)光照，仍有一個(gè)很小的電流(叫做暗電流或無(wú)照電流1。而在零偏置時(shí)則沒(méi)有暗電流，這
本文所應(yīng)用到的相關(guān)器件資料：μPC1473H μPC1473HA
本文所應(yīng)用到的相關(guān)器件資料：μPC1373H μPC1373HA