微弱信號檢測是對湮沒在背景噪聲中的微弱信號的測量,由于微弱信號本身的漲落、背景和放大器噪聲的影響限制了它的測量靈敏度。其內涵為利用電子學和信息論的方法,研究噪聲的成因和規律,分析信號的特點和相關關系,發展新的檢研究的內容有:噪聲物測原理、微弱信號檢測理論、低噪聲設計、弱信號傳感器和信號提取技術等。

需要噪聲系數盡量小的前置放大器，并根據源阻抗與工作頻率設計最佳匹配;要研制適合微弱檢測原理并能滿足特殊需要的器件;利用電子學和信息論的方法，研究噪聲的成因和規律，分析信號的特點和相干關系。自從1928年發現電阻中電子的熱騷動引起非周期性電壓以來，弱檢測技術受到普遍重視而得到迅速發展。

微弱信號測量中通常必不可少的鎖相放大器。鎖相放大器本質上是超窄帶濾波器，通過鎖相原理的創新來推動微弱信號測量技術進步，具有非常強的理論與現實意義。

中國科學院物理研究所/北京凝聚態物理國家研究中心磁學國家重點實驗室公共技術組陸俊副主任工程師長期進行鎖相放大器從原理到應用場景的研究，并積累產生了一系列的技術成果。通過鎖相的算法改進成頻率的泛函，同時解決被測信號的抗噪測頻與準確鎖相兩個問題，新方法的名稱叫測頻鎖相儀或鎖相頻率計。測頻新鎖相算法同時解決了通常頻率計不能對低信噪比信號進行測量與鎖相必須預設參比頻率的問題。通過信號與不同類型噪音預混合與提取的系統測試，結果顯示噪音下測頻精度接近理論限值。

相位鎖定技術

是使被控振蕩器的相位受標準信號或外來信號控制的一種技術，用來實現與外來信號相位同步，或跟蹤外來信號的頻率或相位。鎖相是相位鎖定的簡稱，其含義是表示兩個信號的之間的相位同步。鎖相環技術(PLL)是實現相位自動控制的一門新技術。

鎖相即相位鎖定自動相位控制(APC)利用相位自動調節的方法實現 兩個信號的相位同步。鎖相環就是完成這 一任務的相位負反饋控制系統。鎖相是促進信號之間的相位同步，從而促進鎖相環的運行。隨著集成電路技術的發展逐漸出現了集成的環路部件、通用 單片集成鎖相環及多種專用集成鎖相環 PLL變成一個成本低、使用簡便的多功能組 件。鎖相原理的應用已經深入到通 信、雷達、原子物理學流體力學等。

鎖相放大器

也稱為相位檢測器，是一種可以從干擾極大的環境(信噪比可低至-60dB，甚至更低)中分離出特定載波頻率信號的放大器。應用于電力線路、變電所的相位校驗和相序校驗，具有核相、測相序、驗電等功能。具備很強的抗干擾性，符合(EMC)標準要求，適應各種電磁場干擾場合。被測高電壓相位信號由采集器取出，經過處理后直接發射出去。由接收器接收并進行相位比較，對核相后的結果定性。是無線傳輸，真正達到安全可靠、快速準確，適應各種核相場合。

鎖相放大器技術于20 世紀30 年代問世，并于20 世紀中期進入商業化應用階段，這種電子儀器能夠在極強噪聲環境中提取信號幅值和相位信息。鎖相放大器采用零差檢測方法和低通濾波技術，測量相對于周期性參考信號的信號幅值和相位。鎖相測量方法可提取以參考頻率為中心的指定頻帶內的信號，有效濾除所有其他頻率分量。

鎖相放大器主要用作精密交流電壓儀和交流相位計、噪聲測量單元、阻抗譜儀、網絡分析儀、頻譜分析儀以及鎖相環中的鑒相器。相關研究領域幾乎覆蓋了所有波長范圍和溫度條件，例如全日光條件下的日冕觀測、分數量子霍爾效應的測量或者分子中原子間鍵合特性的直接成像。鎖相放大器的功能極其豐富多樣。與頻譜分析儀和示波器一樣，鎖相放大器不可或缺，已經成各種實驗室裝備中的核心工具，比如物理、工程和生命科學等。

濾波器

一種選頻裝置，可以使信號中特定的頻率成分通過，而極大地衰減其他頻率成分。利用濾波器的這種選頻作用，可以濾除干擾噪聲或進行頻譜分析。換句話說，凡是可以使信號中特定的頻率成分通過，而極大地衰減或抑制其他頻率成分的裝置或系統都稱之為濾波器。濾波器，是對波進行過濾的器件。濾波器是由電容、電感和電阻組成的濾波電路。濾波器可以對電源線中特定頻率的頻點或該頻點以外的頻率進行有效濾除，得到一個特定頻率的電源信號，或消除一個特定頻率后的電源信號。

頻率計

又稱為頻率計數器，是一種專門對被測信號頻率進行測量的電子測量儀器。頻率計主要由四個部分構成：時基(T)電路、輸入電路、計數顯示電路以及控制電路。頻率，即是信號周期的倒數，也就是說，信號每單位時間完成周期的個數，一般取一秒為基本單位時間。測量頻率的方法有很多，按照其工作原理分為無源測頻法、比較法、示波器法和計數法等。計數法在實質上屬于比較法，其中最常用的方法是電子計數器法。電子計數器是一種最常見、最基本的數字化測量儀器。

新聞來源：中國科學院物理研究所