Lock-in amplifier (original) (raw)
La detecció síncrona és una tècnica de processament de senyals heterodins que permet extreure senyals de baixa amplitud, però de banda estreta, ofegats per un gran soroll de banda ampla, multiplicant el senyal per un senyal sinusoidal de freqüència propera a la de la freqüència mitjana a detectar. També anomenada demodulació coherent, es pot definir com un canvi de freqüència (que implica longitud d'ona) dut a terme sobre una ona portadora preexistent. Es fa mitjançant un instrument anomenat amplificador de detecció síncrona (en anglès Lock-in amplifier ).
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| dbo:abstract | La detecció síncrona és una tècnica de processament de senyals heterodins que permet extreure senyals de baixa amplitud, però de banda estreta, ofegats per un gran soroll de banda ampla, multiplicant el senyal per un senyal sinusoidal de freqüència propera a la de la freqüència mitjana a detectar. També anomenada demodulació coherent, es pot definir com un canvi de freqüència (que implica longitud d'ona) dut a terme sobre una ona portadora preexistent. Es fa mitjançant un instrument anomenat amplificador de detecció síncrona (en anglès Lock-in amplifier ). (ca) Ein Lock-in-Verstärker (auch phasenempfindlicher Gleichrichter, Trägerfrequenzverstärker (TFV) oder Phase Sensitive Detector (PSD)) ist ein Verstärker zur Messung eines schwachen elektrischen Wechselsignals, das mit einem in Frequenz und Phase bekannten Referenzsignal moduliert ist. Das Gerät stellt einen extrem schmalbandigen Bandpassfilter dar und verbessert dadurch das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR, Signal to Noise Ratio). Der Vorteil liegt darin, dass Gleichspannungen, Wechselspannungen anderer Frequenz und Rauschen effizient gefiltert werden. (de) La détection synchrone est une technique de traitement du signal hétérodyne permettant d'extraire des signaux de faible amplitude, mais à bande étroite, noyés dans du bruit important, à large bande, par multiplication du signal par un signal sinusoïdal de fréquence proche de celle de la fréquence moyenne à détecter. Dite aussi démodulation cohérente, elle peut s'analyser comme un changement de fréquence opéré sur une porteuse à fréquence intermédiaire. Elle se fait au moyen d'un instrument appelé amplificateur à détection synchrone (en anglais Lock-in amplifier). (fr) A lock-in amplifier is a type of amplifier that can extract a signal with a known carrier wave from an extremely noisy environment. Depending on the dynamic reserve of the instrument, signals up to a million times smaller than noise components, potentially fairly close by in frequency, can still be reliably detected. It is essentially a homodyne detector followed by low-pass filter that is often adjustable in cut-off frequency and filter order. The device is often used to measure phase shift, even when the signals are large, have a high signal-to-noise ratio and do not need further improvement. Recovering signals at low signal-to-noise ratios requires a strong, clean reference signal with the same frequency as the received signal. This is not the case in many experiments, so the instrument can recover signals buried in the noise only in a limited set of circumstances. The lock-in amplifier is commonly believed to have been invented by Princeton University physicist Robert H. Dicke who founded the company Princeton Applied Research (PAR) to market the product. However, in an interview with Martin Harwit, Dicke claims that even though he is often credited with the invention of the device, he believes that he read about it in a review of scientific equipment written by Walter C. Michels, a professor at Bryn Mawr College. This could have been a 1941 article by Michels and Curtis, which in turn cites a 1934 article by C. R. Cosens, while another timeless article was written by C. A. Stutt in 1949. Whereas traditional lock-in amplifiers use analog frequency mixers and RC filters for the demodulation, state-of-the-art instruments have both steps implemented by fast digital signal processing, for example, on an FPGA. Usually sine and cosine demodulation is performed simultaneously, which is sometimes also referred to as dual-phase demodulation. This allows the extraction of the in-phase and the quadrature component that can then be transferred into polar coordinates, i.e. amplitude and phase, or further processed as real and imaginary part of a complex number (e.g. for complex FFT analysis). (en) La detección síncrona es una técnica de procesamiento de señales heterodino que permite extraer señales de baja amplitud, pero de banda estrecha, ahogados por un gran ruido y banda ancha, multiplicando la señal por un señal sinusoidal de frecuencia cercana a la de la frecuencia media a detectar. También llamada demodulación coherente, se puede definir como un cambio de frecuencia (que implica longitud de onda) llevado a cabo sobre una onda portadora preexistente. Se hace mediante un instrumento llamado amplificador de detección síncrona (en inglés Lock-in AMPLIFIER ). (es) Un lock-in amplifier (conosciuto anche come phase-sensitive detector) è un tipo di amplificatore che può estrarre un segnale con una portante conosciuta da un ambiente estremamente rumoroso. È essenzialmente un ricevitore omodina con un filtro passa basso a banda molto stretta. I lock-in amplifier usano un mixer per convertire il segnale ad alta frequenza in una componente DC o comunque a frequenza molto bassa. Il lock-in amplifier fu inventato da Robert Dicke, fisico della Princeton University che fondò l'azienda Princeton Applied Research (PAR) per commercializzare il prodotto. Il marchio PAR viene ora usato per strumenti elettrochimici, mentre aziende Signal Recovery continuano a progettare e produrre lock-in amplifiers. (it) 락인앰플리파이어는 잡음이 많은 환경에서 알고 있는 반송파로 신호를 추출할 수 있는 증폭기 유형이다. 계측기의 다이나믹리저브에 따라, 잠재적으로 주파수가 상당히 가까운 노이즈 성분보다, 최대 100만 배 작은 신호를 여전히 안정적으로 감지할 수 있다. 이것은 기본적으로 종종 차단 주파수와 필터 오더를 조정할 수 있는 저역 통과 필터가 뒤따르는 호모다인 검출기이다. 기존의 락인앰플리파이어는 복조를 위해 아나로그 주파수 믹서 와 [./Https://en.wikipedia.org/wiki/RC%20circuit RC 필터]를 사용하는 반면, 최신의 장비는 FPGA와 같이 고속 디지털 신호 처리에 의해 두 단계를 모두 구현한다. 일반적으로 사인 및 코사인 복조는 동시에 수행되며, 때로는 이중 위상 복조라고도 한다. 이를 통해 인페이스성분 및 쿼드러처성분를 추출할 수 있으며, 이 구성요소는 극좌표, 즉 진폭 및 위상으로 전송되거나 복소수의 실수 및 허수 부분으로 추가 처리될 수 있다(예: 복소 FFT 분석의 경우). 이 장치는 신호가 크고 신호 대 잡음비가 높으며 추가 개선이 필요하지 않은 경우에도, 위상 변이를 측정하는 데 자주 사용된다. 낮은 신호 대 잡음비에서 신호를 복구하려면 수신된 신호와 동일한 주파수를 가진 강력하고 깨끗한 참조 신호가 필요하다. 이것은 많은 실험의 경우가 아니므로 장비는 제한된 상황에서만 노이즈에 묻혀 있는 신호를 복구할 수 있다. 락인앰플리파이어는 일반적으로 제품을 판매하기 위해 Princeton Applied Research(PAR) 회사를 설립 프린스턴 대학교 물리학자 로버트 헨리 딕이 발명한 것으로 믿어진다. 그러나 Martin Harwit 과의 인터뷰에서 Dicke는 종종 장치 발명의 공로를 인정받기도 하지만 브린마 칼리지 교수 월터 C. M미첼스가 작성한 과학 장비 리뷰에서 이에 대해 읽었다고 한다. 이것은 Michels와 Curtis의 1941년 기사일 수 있으며 CR Cosens의 1934년 기사를 인용하고 1949년 CA Stutt가 작성한 또 다른 시대를 초월한 기사이다. (ko) Een lock-in-versterker (ook wel fasegevoelige detector genaamd) is een versterker waarmee men een zwak elektrisch wisselsignaal kan meten dat gemoduleerd is met een referentiesignaal waarvan de frequentie fref en de fase bekend zijn. Het apparaat gedraagt zich als een extreem smalbandig banddoorlaatfilter, waardoor het de signaal-ruisverhouding verbetert. Het belangrijkste voordeel is dat gelijkspanningen, wisselspanningen met andere frequenties en ruis efficiënt eruitgefilterd worden. (nl) ロックインアンプ（英語: Lock-in amplifier）は、非常にノイズの多い環境から既知の搬送波を有するを抽出できるアンプの一種。 (ja) Woltomierz homodynowy (woltomierz fazowy, wzmacniacz lock-in) – wzmacniacz służący do odfiltrowania bardzo słabego sygnału analogowego, któremu towarzyszy silny szum (S/N < 1). W celu rozróżnienia sygnału użytecznego od pozostałych dokonuje się zabiegu modulacji sygnału wejściowego z określoną częstością, zadaniem tego procesu jest jego wyróżnienie spośród zakłóceń. (pl) 锁相放大器（英語：lock-in amplifier），也称为相位检测器，是一种可以从干扰极大的环境（信噪比可低至-60dB，甚至更低）中分离出特定载波频率信号的放大器，由普林斯顿大学的物理学家罗伯特·H·迪克发明。 锁相放大器技术于20 世纪30 年代问世，并于20 世纪中期进入商业化应用阶段，这种电子仪器能够在极强噪声环境中提取信号幅值和相位信息。锁相放大器采用零差检测方法和低通滤波技术，测量相对于周期性参考信号的信号幅值和相位。锁相测量方法可提取以参考频率为中心的指定频带内的信号，有效滤除所有其他频率分量。如今，市面上最好的锁相放大器具有高达120 dB 的动态储备，意味着这些放大器可以在噪声幅值超过期望信号幅值百万倍的情况下实现精准测量。几十年来，随着科技的不断发展，研究人员已经针对锁相放大器研发出诸多不同的应用方法。如今的锁相放大器主要用作精密交流电压仪和交流相位计、噪声测量单元、阻抗谱仪、网络分析仪、频谱分析仪以及锁相环中的鉴相器。相关研究领域几乎覆盖了所有波长范围和温度条件，例如全日光条件下的日冕观测、分数量子霍尔效应的测量 或者分子中原子间键合特性的直接成像。锁相放大器的功能极其丰富多样。与频谱分析仪和示波器一样，锁相放大器不可或缺，已经成各种实验室装备中的核心工具，比如物理、工程和生命科学等。 (zh) Синхро́нный усили́тель — тип электронного усилителя, в котором применён принцип сигнала. Позволяет обнаруживать периодические полезные сигналы с заранее известной частотой на фоне очень сильных помех, величина которых может превосходить в десятки и сотни раз амплитуду полезного сигнала. Выигрыш в разрешении сильно зашумлённого сигнала осуществляется за счёт сужения полосы частот, или, что то же самое — за счёт увеличения времени накопления. (ru) |
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(fr) La detección síncrona es una técnica de procesamiento de señales heterodino que permite extraer señales de baja amplitud, pero de banda estrecha, ahogados por un gran ruido y banda ancha, multiplicando la señal por un señal sinusoidal de frecuencia cercana a la de la frecuencia media a detectar. También llamada demodulación coherente, se puede definir como un cambio de frecuencia (que implica longitud de onda) llevado a cabo sobre una onda portadora preexistente. Se hace mediante un instrumento llamado amplificador de detección síncrona (en inglés Lock-in AMPLIFIER ). (es) Een lock-in-versterker (ook wel fasegevoelige detector genaamd) is een versterker waarmee men een zwak elektrisch wisselsignaal kan meten dat gemoduleerd is met een referentiesignaal waarvan de frequentie fref en de fase bekend zijn. Het apparaat gedraagt zich als een extreem smalbandig banddoorlaatfilter, waardoor het de signaal-ruisverhouding verbetert. Het belangrijkste voordeel is dat gelijkspanningen, wisselspanningen met andere frequenties en ruis efficiënt eruitgefilterd worden. (nl) ロックインアンプ（英語: Lock-in amplifier）は、非常にノイズの多い環境から既知の搬送波を有するを抽出できるアンプの一種。 (ja) Woltomierz homodynowy (woltomierz fazowy, wzmacniacz lock-in) – wzmacniacz służący do odfiltrowania bardzo słabego sygnału analogowego, któremu towarzyszy silny szum (S/N < 1). W celu rozróżnienia sygnału użytecznego od pozostałych dokonuje się zabiegu modulacji sygnału wejściowego z określoną częstością, zadaniem tego procesu jest jego wyróżnienie spośród zakłóceń. (pl) 锁相放大器（英語：lock-in amplifier），也称为相位检测器，是一种可以从干扰极大的环境（信噪比可低至-60dB，甚至更低）中分离出特定载波频率信号的放大器，由普林斯顿大学的物理学家罗伯特·H·迪克发明。 锁相放大器技术于20 世纪30 年代问世，并于20 世纪中期进入商业化应用阶段，这种电子仪器能够在极强噪声环境中提取信号幅值和相位信息。锁相放大器采用零差检测方法和低通滤波技术，测量相对于周期性参考信号的信号幅值和相位。锁相测量方法可提取以参考频率为中心的指定频带内的信号，有效滤除所有其他频率分量。如今，市面上最好的锁相放大器具有高达120 dB 的动态储备，意味着这些放大器可以在噪声幅值超过期望信号幅值百万倍的情况下实现精准测量。几十年来，随着科技的不断发展，研究人员已经针对锁相放大器研发出诸多不同的应用方法。如今的锁相放大器主要用作精密交流电压仪和交流相位计、噪声测量单元、阻抗谱仪、网络分析仪、频谱分析仪以及锁相环中的鉴相器。相关研究领域几乎覆盖了所有波长范围和温度条件，例如全日光条件下的日冕观测、分数量子霍尔效应的测量 或者分子中原子间键合特性的直接成像。锁相放大器的功能极其丰富多样。与频谱分析仪和示波器一样，锁相放大器不可或缺，已经成各种实验室装备中的核心工具，比如物理、工程和生命科学等。 (zh) Синхро́нный усили́тель — тип электронного усилителя, в котором применён принцип сигнала. Позволяет обнаруживать периодические полезные сигналы с заранее известной частотой на фоне очень сильных помех, величина которых может превосходить в десятки и сотни раз амплитуду полезного сигнала. Выигрыш в разрешении сильно зашумлённого сигнала осуществляется за счёт сужения полосы частот, или, что то же самое — за счёт увеличения времени накопления. (ru) A lock-in amplifier is a type of amplifier that can extract a signal with a known carrier wave from an extremely noisy environment. Depending on the dynamic reserve of the instrument, signals up to a million times smaller than noise components, potentially fairly close by in frequency, can still be reliably detected. It is essentially a homodyne detector followed by low-pass filter that is often adjustable in cut-off frequency and filter order. (en) Un lock-in amplifier (conosciuto anche come phase-sensitive detector) è un tipo di amplificatore che può estrarre un segnale con una portante conosciuta da un ambiente estremamente rumoroso. È essenzialmente un ricevitore omodina con un filtro passa basso a banda molto stretta. I lock-in amplifier usano un mixer per convertire il segnale ad alta frequenza in una componente DC o comunque a frequenza molto bassa. (it) 락인앰플리파이어는 잡음이 많은 환경에서 알고 있는 반송파로 신호를 추출할 수 있는 증폭기 유형이다. 계측기의 다이나믹리저브에 따라, 잠재적으로 주파수가 상당히 가까운 노이즈 성분보다, 최대 100만 배 작은 신호를 여전히 안정적으로 감지할 수 있다. 이것은 기본적으로 종종 차단 주파수와 필터 오더를 조정할 수 있는 저역 통과 필터가 뒤따르는 호모다인 검출기이다. 기존의 락인앰플리파이어는 복조를 위해 아나로그 주파수 믹서 와 [./Https://en.wikipedia.org/wiki/RC%20circuit RC 필터]를 사용하는 반면, 최신의 장비는 FPGA와 같이 고속 디지털 신호 처리에 의해 두 단계를 모두 구현한다. 일반적으로 사인 및 코사인 복조는 동시에 수행되며, 때로는 이중 위상 복조라고도 한다. 이를 통해 인페이스성분 및 쿼드러처성분를 추출할 수 있으며, 이 구성요소는 극좌표, 즉 진폭 및 위상으로 전송되거나 복소수의 실수 및 허수 부분으로 추가 처리될 수 있다(예: 복소 FFT 분석의 경우). 이 장치는 신호가 크고 신호 대 잡음비가 높으며 추가 개선이 필요하지 않은 경우에도, 위상 변이를 측정하는 데 자주 사용된다. (ko) |
| rdfs:label | Detecció síncrona (ca) Lock-in-Verstärker (de) Detección síncrona (es) Détection synchrone (fr) Lock-in amplifier (it) Lock-in amplifier (en) ロックインアンプ (ja) 락인앰플리파이어 (ko) Woltomierz homodynowy (pl) Lock-in-versterker (nl) Синхронный усилитель (ru) 锁相放大器 (zh) |
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