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微弱信号自身的幅度很小,同时还会被噪声信号所淹没,放大及测量仪器的固有噪声以及外界的干扰噪声往往比有用信号的幅度大得多,放大待测信号的过程也会放大噪声信号,通常的测量方法不可能把微弱信号精确地检测出来的。但是在军事、生产、科研、医学等诸多领域有许多微弱信号需要精确地测量(电压、电流、电阻等)。因此微弱直流信号的检测意义重大,同时也充满挑战。 几乎任何物理量都是要首先转换为电信号之后再进行测量的,而这些电信号大多为直流信号,对于自身比较微弱的物理量其转换成的直流信号也很微弱,因此微弱直流信号测量有着广泛而现实的应用场合。最常见的微弱直流信号包括:微弱电压信号,微弱电流信号,微弱电阻信号等。 本文详细分析了微弱直流信号检测中各种噪声和主要误差源产生的机理,并结合实际测量中遇到的具体问题提出解决方法。此外,本文归纳了当前比较通用的微弱直流信号检测的主要方法,并在此基础上提出了一种新的测量方法。在对比分析了三种常见的电阻测量方法后,本文针对微弱直流信号检测中的主要误差源(热电势、温漂等)以及工频干扰等误差因素,采用四线制电流倒向技术设计了一种新型的微弱电阻测量仪。 该测量仪以单片机为控制中心,设计分为恒流源、第一放大阶段、第二放大阶段、饱和判别单元等部分。其中:恒流源输出的电流大小在0~1A范围内可调且方向可控,从而实现电流可倒向;第一放大阶段为主放大阶段,对待测电阻两端电压进行初次放大,第二放大阶段的作用是有效地减小整个放大电路的级差,对待测电阻两端电压进行再次放大,两个放大阶段不同放大级的组合可以对不同待测电阻两端不同的电压值灵活有效地放大;饱和判别单元可以对两个放大阶段某一放大级的输出进行饱和判断。 经实验证明,该测量板具有很好的测量精度与重复精度。