1、检测与控制电路基础第6章 微弱信号检测技术第3讲 取样积分技术概述 20世纪50年代，提出取样积分的概念和原理 1962年，Klein用电子技术实现取样积分，并命名BOXCAR积分器为了恢复湮没于噪声中的微弱信号，必须将每个信号周期分成若干时间间隔，间隔的大小取决于恢复信号所要求的精度。然后对这些时间间隔的信号进行取样，并将各周期中处于相同位置的取样进行积分或平均。用模拟方式实现积分的叫取样积分，用数字平均的叫数字式平均实时采样与变换采样 变换采样等效时间采样：利用被测信号的周期性特征，每个周期采样1点，多个周期采样样本拼成一个完整波形。取样积分的原理 取样积分：充分利用等效采样和积分原理，实
2、现对重复的高速微弱信号的检测取样积分器分类 取样积分按工作方式分：单点式：每周期取样积分1次 多点式：每周期取样积分多次 单点式取样有两种工作模式：定点式：反复取样被测信号波形上特定点的幅度 扫描式：每个周期取样一次，取样点依次移动，用于记录与恢复被测信号的完整波形 核心：门积分器：特性对整个检测系统具有决定性的作用线性门积分器电路 门积分器：积分电路+电子开关指数门积分器电路定点取样积分器 定点工作方式：参考触发信号与被测信号保持同步，经过延时产生固定宽度的门控信号，取样积分总是在被测信号周期的固定部位进行。适用于检测处理周期信号或似周期信号固定部位的幅度，例如接收斩波得光电倍增管（PMT）
3、的输出电流，心电图一定部位（如R波）的幅度等。定点取样积分器工作原理定点取样积分器性能定点取样积分器电路 定点插值取样积分电路（密勒积分器）扫描取样积分器 扫描工作方式：取样点距波形原点的延时量逐渐延长。扫描取样积分器 扫描式取样积分工作过程是一个移动平均式的积分 实际仪器，定点和扫描工作方式一般是组合起来的参数选择1。取样脉冲宽度Tg的选择2。时基锯齿波宽度TB的选择3。积分器时间常数Tc=RC的选择4。慢扫描时间Ts的选择 1。取样脉冲宽度Tg的选择 Tg不能太宽，否则会造成高频分量的损失，使得恢复的信号失真 结论：希望恢复的信号频率越高，要求Tg越窄（但：Tg越窄，测量时间越长）参数选择
4、 2。时基锯齿波宽度TB的选择TB的范围取决于被测信号周期中需要恢复的区间宽度，考虑到各种不确定因素，需留有余量参数选择 3。积分器时间常数Tc=RC的选择 对于指数式积分器：当NTg接近5倍的积分时间常数时，信号累计速度减慢，SNIR很少。在两倍时间常数内，信噪比改善明显 线性门积分器：信噪比的改善不受积分器时间常数的限制，N越大，SNIR越大。但要根据Tg、测量范围、Ts的要求，综合考虑积分时间常数参数选择 4。慢扫描时间Ts的选择（注意与Tg的关系）被测信号的任一点，被取样次数为：对线性门积分器：对指数门积分器：TTTTtTNsBggTTTTSNIRsBggBsTTSNIRTT)(2cg
5、TNT5gBsTTSNIRTT)(5.22参数选择过程基线取样 利用取样积分可改善SNR，代价是时间。为改善SNR，必须对很多个信号周期进行取样积分，这就对系统的稳定性提出很高要求。在长时间测量过程中，由于电容漏电、放大器零点和增益编化、温漂等，使被测信号的零点基线发生变化基线漂移。基线取样的原理：在每个信号周期内先取样一次信号的有效成分，再取样一次信号的基线，两者相减得到扣除漂移后的有效幅值具有基线补偿的取样积分器多点取样积分器 每周期取样多点，目的：减小测量时间取样积分器应用实例取样积分主要用于恢复被噪声淹没的信号波形。广泛用于物理、化学、生物学、工业检测等领域。1.材料的光学特性检测2.
6、霍尔效应检测3.利用超声波检测材料特性4.荧光光谱测量取样积分器应用实例1.材料的光学特性检测研究光学材料对某种特定波长单色光的吸收特性马达带动的等距开槽的斩光盘光电倍增管包含杂散光、暗电流、漏电流等噪声取样积分器应用实例2.霍尔效应检测在检测磁场强度时，存在干扰磁场导致输出有明显的噪声。dIBRVHH/包括不等位电势、寄生直流电势包括不等位电势、寄生直流电势、感应电势、温度误差等、感应电势、温度误差等取样积分器应用实例3.利用超声波检测材料特性通过对被测材料声波波速和声波衰减特性的研究，揭示材料的弹性系数和材料中压力、张力的关系取样积分器应用实例4.荧光光谱测量通过测量荧光的衰减特性了解其发光机理
