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2025/09
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斯坦福锁相放大器如何输出信号-斯坦福技术支持中心

斯坦福锁相放大器可通过多种方式输出信号,其输出类型与设置紧密关联,不同型号在功能细节上存在一定差异,以下以常见的 SR830 型号为例进行介绍:

斯坦福锁相放大器如何输出信号

模拟电压输出

X 和 Y 输出:SR830 锁相放大器的后面板设有 X 和 Y 模拟输出端口,这两路输出对应输入信号中与参考信号同频率成分的正交分解结果。X 输出代表输入信号与参考信号同相的分量,Y 输出则代表正交分量。通过这两个输出端口,可将处理后的信号直接输出至示波器、数据采集卡等设备,用于实时监测信号的同相和正交分量变化情况。例如,在测量微弱的交流信号相位差时,X 和 Y 输出能为后续分析提供基础数据,方便研究人员判断信号间的相位关系。其输出更新频率高达 256kHz,可满足对信号变化快速监测的需求。

R 和 Θ 输出(部分型号):部分斯坦福锁相放大器型号还提供 R(幅度)和 Θ(相位)模拟输出。R 输出反映输入信号中目标频率成分的幅度,通过对 X 和 Y 输出值进行平方和开方运算得出

Θ 输出则表示输入信号与参考信号的相位差,可由 X 和 Y 的比值经反正切运算得到(tan(Δϕ)= X/Y,再经象限判断修正相位范围)。这些输出能直观呈现信号的关键特征,在需要直接获取信号幅度和相位信息的应用场景中,如阻抗测量实验,可直接从 R 和 Θ 输出端口连接设备读取数据,无需额外计算,提高实验效率。

辅助输出

用户定义输出:SR830 具备多个用户定义输出端口,可配置为测量 X 噪声、Y 噪声、Aux 1 - 4 等信号。以测量噪声为例,若在实验环境中存在干扰,通过将用户定义输出设置为 X 噪声或 Y 噪声输出,可将噪声信号引出,接入频谱分析仪等设备,分析噪声的频率特性,从而针对性地采取抗干扰措施,如调整滤波器参数、优化信号传输线缆等,确保测量结果的准确性。

可编程输出(16 位 DAC):仪器配备 4 路可编程输出(16 位 DAC),可输出 - 10.5V 至 + 10.5V 的电压。这些输出可通过前面板操作或计算机接口进行灵活设置,在一些自动化实验系统中,可将其作为控制信号输出端口,根据锁相放大器的测量结果,对外部设备进行电压控制。比如在光强调节实验中,根据测量到的光信号相关参数,通过可编程输出端口输出相应电压,控制光衰减器等设备,实现光强的自动调节。

数字数据输出

数据通道输出:可显示和绘制 4 个数据通道(绿色、蓝色、黄色、橙色)的数据,每个数据通道的数据源可灵活分配,包括 X、Y、R、Θ、Aux In 1 - 4、Aux Out 1 - 2、X 噪声、Y 噪声、正弦输出幅度、正弦输出 DC 电平、参考相位、参考频率等。在复杂实验数据记录与分析场景下,研究人员可利用数据通道输出功能,将多个关键参数同时输出至计算机数据采集软件,进行多参数联合分析。例如在材料电学特性随时间变化的研究中,可将 X(反映与参考信号同相的电信号分量)、Y(正交分量)以及参考频率等数据同时输出,分析材料在不同频率激励下电信号的动态变化。

捕获缓冲区输出:SR830 拥有 1Mpoints 的内部数据存储捕获缓冲区,能够以高达 1.25MHz 的采样率存储 (X)、(X 和 Y)、(R 和 Θ) 或 (X、Y、R 和 Θ) 数据。在需要对信号进行长时间、高采样率记录的实验中,如生物电信号的动态监测,可利用捕获缓冲区先存储数据,之后再通过计算机接口将数据传输至计算机进行详细分析,有助于研究信号在复杂过程中的细微变化规律。

数据流实时传输:通过以太网接口,能以高达 1.25MHz 的采样率实时传输 (X)、(X 和 Y)、(R 和 Θ) 或 (X、Y、R 和 Θ) 数据。在实时监测与反馈控制的应用场景中,如工业生产线上对信号质量的实时监控与调整,实时数据流传输可将锁相放大器测量的数据快速传输至中央控制系统,控制系统根据接收到的数据及时调整生产参数,确保生产过程的稳定性和产品质量。

正弦波输出

仪器设有正弦波输出端(Sine Output),可输出频率范围为 1mHz 到 102kHz 的正弦波,振幅设定范围通常为 4mVrms 到 5Vrms 。该正弦波输出可作为内部参考信号源,为自身或其他需要参考信号的设备提供稳定的正弦参考。例如在一些多仪器联用的实验系统中,若其他设备需要与斯坦福锁相放大器同步工作,可直接从锁相放大器的正弦波输出端口获取参考信号,保证整个系统各部分在同一频率基准下运行,避免因频率不一致导致的测量误差。

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