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Boxcar 平均器

Boxcar 平均器在处理低占空比信号时,可用极短的时间实现高信噪比 (SNR)测量,其性能极具吸引力。在这类低占空比信号中,每个周期只有很短一部分时间包含相关信息;而该部分之外只存在噪声。在光学与光子学纳米技术与材料科学量子技术扫描探针显微镜传感领域的诸多应用中,对低占空比信号进行高质量采集以及实时反馈至关重要。

下图说明了 Boxcar 平均技术的原理:在每个周期中,仅在明确定义的时间窗内(灰色部分)进行测量,而该时间窗外的所有信号分量都会被排除。 

与常规数字转换器或示波器不同,Boxcar 平均器可立即获得数字的测量结果,也可以自定义偏移量和缩放系数来获得模拟的测量结果信号。此外,Boxcar 平均器可集成 PID 控制器,用于处理 Boxcar 结果,以建立反馈回路;如果 Boxcar 结果存在额外调制,也可通过锁相放大器单元执行额外的解调。

我们关于 Boxcar 平均技术原理的白皮书提供了更详细的信息。

下载白皮书

Boxcar measurement with Zurich Instruments' boxcar averager

 

Boxcar 平均器在锁相放大器中的应用

瑞士苏黎世仪器的 Boxcar 平均器可用作高速数字转换器,其工作周期与锁相到实验周期的参考振荡器保持同步。例如,可把Boxcar的工作频率与激光重复频率同步,这样在输入端记录到的每个数据样本均可与实验的相位关联起来,并且可以强化抑制与激光重复频率不同步的信号分量。此外,基于外部参考信号的实验方案消除了触发抖动,而数字化的方法使零死区时间成为可能。

600 MHz 锁相放大器,提供 2 个 Boxcar 平均器

  • 2 个周期性波形分析仪 
  • 基线抑制功能
  • 零采集死区时间

LabOne 仪器控制软件

LabOne® 软件可轻松设置并控制实验测量参数。它采用直观的图形用户界面,并提供了丰富的工具集,包括周期性波形分析仪 (PWA)。PWA 模块可以根据用户自定义的平均次数显示信号,无论是高 SNR 和低 SNR 信号,都可以更加直观方便地操作 Boxcar 平均器。借助该工具,用户只需要用光标限定需要测量的时间段,即可设置 Boxcar 窗口,如上图所示。

选择苏黎世仪器的优势

  • 节省对低占空比信号进行高质量测量的时间。
  • 每次新实验可自由选择最适合的技术:Boxcar 平均技术、锁相检测技术或两者兼顾。
  • LabOne 工具集将双调制、基线抑制和反馈回路等高要求的方案和方法化繁为简。

视频

光学实验中的信号恢复

Focus on Recovering Signals in Optical Experiments

优化光学与光子学测量的信号采集

Optimize the Signal Acquisition for Optics and Photonics Measurements

Publications

Fimpel, P. et al.

Boxcar detection for high-frequency modulation in stimulated Raman scattering microscopy

Appl. Phys. Lett. 112, 161101 (2018)

Schumacher, Z., Miyahara, Y., Spielhofer, A. & Grutter, P.

Measurement of surface photovoltage by atomic force microscopy under pulsed illumination

Phys. Rev. Applied 5, 044018 (2016)

Meier, St.M., Tsankov, Ts.V., Luggenhölscher, D. & Czarnetzki, U.

Measurement of plasma densities by dual frequency multichannel boxcar THz time domain spectroscopy

J. Phys. D: Appl. Phys. 50, 245202 (2017)

Sternbach, A.J. et al.

Artifact free time resolved near-field spectroscopy

Opt. Express 25, 28589-28611 (2017)

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