Emular el efecto de un amplificador de bloqueo en una señal con un script de programación

Primero, como Dave Tweed respondió, generalmente usas un bloqueo para recuperar una pequeña señal enterrada en el ruido.

Dicho esto, su secuencia de comandos no está implementando correctamente un amplificador de bloqueo, como lo demuestra su segundo rastreo. Su problema es que el componente de CC de su señal original debe ser suprimido (la señal debe estar acoplada a CA). Si su onda sinusoidal de referencia tiene un componente de CC de cero (que debería), para una señal con cero grados de cambio de fase y un promedio de cero, la salida será una onda sinusoidal (más ruido). Tenga en cuenta que esto se rectificará, sin ningún componente de señal negativo. Esto permitirá que un filtro de paso bajo recupere la amplitud de la frecuencia deseada, pero no su forma.

Lo que parece que estás intentando hacer es un simple rechazo del ruido, y hay dos posibilidades. O bien su ruido es de banda ancha, con una energía de ruido significativa tanto por encima como por debajo de su frecuencia de interés, o el ruido solo es significativo por encima de su fundamental.

Suponiendo esto último, puede procesar su señal utilizando solo un filtro de paso alto, hecho arbitrariamente agudo y cercano a su fundamental. Si es el primero, necesita un filtro de paso de banda.

En cualquier caso, observar la distorsión cruzada que se muestra en la última figura va a ser muy, muy difícil. Eso es un artefacto de alta frecuencia y baja energía, y puede no recuperarse fácilmente del ruido. Si realmente quiere intentarlo, lo primero que debe hacer es simular su señal, luego realizar una FFT en ella para establecer la respuesta de frecuencia que su filtro necesita para no excluir la señal de interés. Luego compare esto con el espectro de ruido y probablemente verá que se superponen.

Aparte de un filtro de promediado extremadamente grande (muchas, muchas formas de onda promediadas), no veo ninguna buena forma de recuperar su característica de interés.

EDITAR - Habiendo declarado que una señal en ruido necesita un filtro de paso de banda para recuperarla, debo explicar que el multiplicador utilizado actúa como lo que se denomina "mezclador" en el mundo de RF, y su efecto es cambiar la frecuencia de la señal La frecuencia de referencia. Esto es útil en el caso del amplificador de bloqueo porque cambia la frecuencia de la señal a DC. En este caso, un filtro de paso de banda en la señal original se convierte en un filtro de paso bajo en la señal procesada, y el truco del bloqueo es que es MUCHO más fácil hacer un filtro de paso bajo muy agudo y estrecho que un filtro muy bajo. , filtro de paso de banda estrecho. Para empezar, la respuesta del filtro de paso bajo se hace referencia intrínseca a DC, o cero Hz. Esto significa que no hay una frecuencia central del filtro para desviarse con el tiempo y la temperatura, que es un problema importante con los filtros de paso de banda.

Por otra parte, dado que la señal deseada ahora es DC, no puede recuperar la forma de la señal. Cada desviación de la frecuencia fundamental (onda sinusoidal) aparece como una desviación de frecuencia en la señal procesada. Si el artefacto de interés es parte de la señal en la frecuencia base, las desviaciones de frecuencia aparecen como armónicos, y la más cercana a la fundamental es el doble de la fundamental. Esto significa que cualquier filtrado cercano eliminará la parte de la señal que corresponde a la falla técnica.

Se utiliza un amplificador de bloqueo para extraer una señal de banda extremadamente estrecha de un canal ruidoso.

La pequeña falla que estás buscando no es de banda estrecha. En lugar de un amplificador de bloqueo, lo que necesita se llama "promediador de señal analógica". Una de las mejores descripciones de esto se puede encontrar en The Art of Electronics de Horowitz and Hill.

El principio básico es muestrear la señal en un gran número de "bandejas", sincrónicamente con su período. Después de promediar un número suficiente de periodos, se reduce el ruido no correlacionado y queda con la forma de onda original, incluidos todos sus armónicos (la falla).

El amplificador de bloqueo no es un amplificador de banco mágico que funciona mejor que un amplificador normal. Su ejemplo (las compensaciones de DC a un lado) parece asumir eso. El LIA se involucra más en el experimento que eso.

La idea es modular deliberadamente la causa y luego usar el LIA para recuperar el efecto . O, si sabe que causa ya está modulada, detecte o prediga eso, como la señal de referencia.

Entonces, para un ejemplo de gas, imagine una celda para medir la concentración de gas por su absorción. Tiene una fuente de luz de banda estrecha y un sensor de luz. Esto funcionaría en la oscuridad, pero desafortunadamente el sensor también capta la luz ambiental. No desea que la luz ambiental parezca un cambio en la concentración de gas.

Entonces ... modula periódicamente la luz de entrada a la celda del sensor de gas.

Ahora, la señal ruidosa del sensor de gas con contaminación ambiental y la señal de referencia se envían al LIA. El LIA puede amplificar la señal ruidosa del sensor de gas, usando la señal de referencia para saber si fue un tiempo del ciclo con más o menos luz emitida por la fuente su . Lo hace multiplicando los dos, y luego integrando. O en el dominio de la frecuencia, mezclando la señal deseada hasta la banda base y luego filtrando las frecuencias más altas.

El filtro debe estar a una frecuencia mucho más baja que la modulación, por lo que si modulas la entrada a la celda a 4 Hz, filtrarás a 0.25 Hz, o algo así. Como puede imaginar, no podría medir las variaciones de concentración de gas tan rápido como el destello de la fuente de luz. En la práctica, si tiene una opción, puede modularla mucho más rápido que el tiempo de respuesta que necesita.