技術文章
摘要：針對精準農(nóng)業(yè)中對微弱信號檢測的技術需求,論文設計了以電流電壓轉換器,儀表放大器和低通濾波器為主要結構的微弱信號檢測前置放大電路。結合微弱信號的特點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計中降低噪聲干擾的注意事項。本文利用集成程控增益儀表放大器PGA202設計了微弱信號檢測前置放大電路,并利用微弱低頻信號進行了測試,得到了理想的效果。 1、引言 精準農(nóng)業(yè)主要是依據(jù)實時獲取的農(nóng)田環(huán)境和農(nóng)作物信息，對農(nóng)作物進行精確的灌溉、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)濟效益和 生態(tài)效益[1]。農(nóng)田環(huán)境和農(nóng)作物信息的準確獲取取決于可靠的生物傳感技術。如常規(guī)精準灌 溉主要關注空氣的溫度、濕度和土壤的含水量，利用這些參數(shù)的變化控制對農(nóng)作物的灌溉， 而作物自身產(chǎn)生的一些信號能夠更準確的反映其自身的生理狀況，通過檢測這些信號控制灌 溉可以使灌溉更精確。目前精準灌溉技術正朝著以環(huán)境信息和農(nóng)作物生理信息相結合為控制 依據(jù)的方向發(fā)展，為此各種生物傳感器如植物電信號傳感器、植物莖流傳感器等應運而生。 但一般作物自身生理狀況產(chǎn)生的信號極其微弱，往往電流信號只能達到納安級，電壓信號也 只能達到微伏級。為有效的利用這些信號，應首先對其進行調理，本文根據(jù)植物生理信號的 特點設計了適合此類微弱信號檢測的前置放大電路。 2、電路基本結構 生物傳感器所產(chǎn)生的信號一般為頻率較低的微弱信號，檢測不同的植物生理參數(shù)，可能 得到電壓或電流信號。對于電流信號，應首先把電流信號轉換成為電壓信號，通過放大電路 的放大，最后利用低通濾波器，濾除混雜在信號中的高頻噪聲。微弱
本文所應用到的相關器件資料：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。該電路采用了雙運放OPA2111。左、右聲道分別使用雙運放OPA2111中的一個運放。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／℃)，用于構成均衡立體聲前置放大極為適當。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均起改善音質的作用，半可變電容CT的調整范圍約為0.01～0.047μF。圖示電路的中頻增益約為26dB。
0引言 光電檢測技術是光學與電子學相結合而產(chǎn)生的一門新興檢測技術［1］。它主要利用電子技術對光學信號進行檢測，并進一步傳遞、儲存、控制、計算和顯示［2］。光電檢測技術從原理上講可以檢測一切能夠影響光量和光特性的非電量。它可通過光學系統(tǒng)把待檢測的非電量信息變換成為便于接受的光學信息，然后用光電探測器件將光學信息量變換成電量，并進一步經(jīng)過電路放大、處理，以達到電信號輸出的目的［3］。然后采用電子學、信息論、計算機及物理學等方法分析噪聲產(chǎn)生的原因和規(guī)律，以便于進行相應的電路改進，更好地研究被噪聲淹沒的微弱有用信號的特點與相關性，從而了解非電量的狀態(tài)。微弱信號檢測的目的是從強噪聲中提取有用信號，同時提高檢測系統(tǒng)輸出信號的信噪比。 1 光電檢測電路的基本構成 光電探測器所接收到的信號一般都非常微弱，而且光探測器輸出的信號往往被深埋在噪聲之中，因此，要對這樣的微弱信號進行處理，一般都要先進行預處理，以將大部分噪聲濾除掉，并將微弱信號放大到后續(xù)處理器所要求的電壓幅度。這樣，就需要通過前置放大電路、濾波電路和主放大電路來輸出幅度合適、并已濾除掉大部分噪聲的待檢測信號。其光電檢測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，光電二極管可非常精確的線性工作；而在光導模式時，光電二極管可實現(xiàn)較高的切換速度，但要犧牲一定的線性。事實上，在反偏置條件下，即使無光照，仍有一個很小的電流(叫做暗電流或無照電流1。而在零偏置時則沒有暗電流，這
0引言 光電檢測技術是光學與電子學相結合而產(chǎn)生的一門新興檢測技術［1］。它主要利用電子技術對光學信號進行檢測，并進一步傳遞、儲存、控制、計算和顯示［2］。光電檢測技術從原理上講可以檢測一切能夠影響光量和光特性的非電量。它可通過光學系統(tǒng)把待檢測的非電量信息變換成為便于接受的光學信息，然后用光電探測器件將光學信息量變換成電量，并進一步經(jīng)過電路放大、處理，以達到電信號輸出的目的［3］。然后采用電子學、信息論、計算機及物理學等方法分析噪聲產(chǎn)生的原因和規(guī)律，以便于進行相應的電路改進，更好地研究被噪聲淹沒的微弱有用信號的特點與相關性，從而了解非電量的狀態(tài)。微弱信號檢測的目的是從強噪聲中提取有用信號，同時提高檢測系統(tǒng)輸出信號的信噪比。 1 光電檢測電路的基本構成 光電探測器所接收到的信號一般都非常微弱，而且光探測器輸出的信號往往被深埋在噪聲之中，因此，要對這樣的微弱信號進行處理，一般都要先進行預處理，以將大部分噪聲濾除掉，并將微弱信號放大到后續(xù)處理器所要求的電壓幅度。這樣，就需要通過前置放大電路、濾波電路和主放大電路來輸出幅度合適、并已濾除掉大部分噪聲的待檢測信號。其光電檢測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，光電二極管可非常精確的線性工作；而在光導模式時，光電二極管可實現(xiàn)較高的切換速度，但要犧牲一定的線性。事實上，在反偏置條件下，即使無光照，仍有一個很小的電流(叫做暗電流或無照電流1。而在零偏置時則沒有暗電流，這