現(xiàn)代的零飄移放大器提供了極低的漂移和噪聲性能,這是處理許多光學生物學信號和接近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。在大多數情況下都是這樣做的,但是有些應用程序使用它們可以增加系統(tǒng)復雜性,并實際上創(chuàng)建新的錯誤場景。

光學鏈路和相關測量的情況就是如此。將光學信號轉換成電子信號,然后將其傳送到正在進行測量的地方,當然是可能的。

測量費瓦特的光學信號(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,有一種與零浮選設計相類似的機械設計,它在"電子產品"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量級(有時更多),同時提供比噪音排斥高幾個數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鍵是要在要測量的信號的調制頻率和參考信號的頻率之間保持精確的匹配。在這些應用中,使用光學斬波器來調制信號( 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生了非常令人印象深刻的結果.

這個光學斬波器概念上很簡單,只是一個旋轉的磁盤,它被劃分為葉片和窗口。在光束路徑中設置了斬波盤,這樣當光束旋轉時,光波會輪流穿過窗戶,或者被光葉堵塞。通過使用光學中斷開關來感知葉片和窗口的旋轉,可以很容易地提供參考信號。該技術提供的參考信號將是與要測量的光學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備供應商那里獲得。例如,來自斯坦福研究系統(tǒng)的SRS542精密光學斬波器提供了從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,經典的基于機械的帶旋轉盤的斬波器仍然有一個作用,特別是在光學信號方面。