在科研以及工业现场,经常需要在强噪声条件下实时检测极其微弱的电容信号,例如,在电缆的生产过程中需要对电缆的水中电容进行实时测量,用于检测电缆生产线上的缺陷。锁相放大器是微弱信号检测领域里最常用的仪器之一,然而传统的数字锁相放大器对硬件配置要求较高、会占用大量资源,不适用于高速在线测量系统。因此,研究一种基于数字锁相放大器的微弱电容在线高速测量方法具有非常重要的理论意义及实际价值。本文针对传统的数字锁相放大器在线测量快速变化信号中存在的问题,设计了一种高调制频率的新型数字锁相放大器来实现电缆水中电容的在线测量。本文的主要研究内容如下:(1)经过调研分析后采用了交流激励式电容/电压转换电路,并用T形电阻网络来替代大值电阻,减小电阻热噪声造成的误差影响。(2)分析了自相关及互相关检测理论、研究了模拟和数字锁相放大器的基本原理并对它们的性能进行比较。最后,根据传统的锁相放大器的基本理论,提出了一种高调制频率的新型数字锁相放大算法,且对该算法进行了重点分析。(3)根据FPGA的开发特点,提出了以FPGA为核心控制器的数字锁相放大器来实现微弱电容的在线检测系统设计。(4)对测量系统的外围电路,包括电容/电压转换单元,模数和数模转换单元进行了分析和设计,并在此基础上给出了相应的设计原理图。(5)对FPAG中数字锁相放大器的各个功能模块,包括模数/数模转换的控制模块、信号产生模块、相敏检波模块、幅值运算模块以及串口模块等进行了具体的理论分析和设计。(6)利用modelsim对FPGA的逻辑设计进行了功能仿真,分析了仿真结果,结果表明设计的逻辑模块实现了所需功能。最后,进行了具体的实验分析,实验结果表明本设计可以满足水中电容的检测要求。