Lock-in Verstärker Dynamische Reserve, SNR, Messzeit

[Dirk S. (duerk)]

Hallo,

ich habe einige  Fragen zum Thema Lock-in und ich hoffe ihr könnt mir 
weiter helfen.

1. Ich verstehe die Angabe mit der Dynamischen Reserve nicht so ganz. 
Ich habe eine Erklärung gefunden, aber ich verstehe die Angaben nicht.

Assume the lock-in input consists
of a full-scale signal at fref plus noise at some other frequency.
The traditional definition of dynamic reserve is the ratio of the
largest tolerable noise signal to the full-scale signal, expressed
in dB. For example, if full scale is 1 μV, then a dynamic
reserve of 60 dB means noise as large as 1 mV (60 dB
greater than full scale) can be tolerated at the input without
overload.
(Quelle: 
http://www.thinksrs.com/downloads/PDFs/ApplicationNotes/AboutLIAs.pdf
S.4)

Ich dachte Full-scale bedeutet Vollaussteuerung, also dass die Amplitude 
von meinem Signal gerade so groß ist, das mein System nicht übersteuert. 
Die haben aber jetzt als Beispiel ein Signal mit 1uV, welches mit 
Rauschen überlagert ist. Also Signal + Rauschen ist dann 1mV groß. Wäre 
dann die 1mV nicht full-scale, weil das mein maximaler Messbereich ist?

2. SNR und Messzeit

Angenommen man hätte ein Signal, dass mit Rauschen überlagert ist und 
das SNR wäre -60dB. Wie lange müsste der lock-in Verstärker ungefähr 
messen, um das Signal zu detektieren?
Mir würde so ein ganz grober Richtwert reichen

Vielen Dank für eure Hilfe

Gruß Dirk

[Easylife (Gast)]

zu 1:
es geht hier um Dynamikreserve.
Der Eingang soll so ausgelegt sein, dass er das full-scale Signal (1uV) 
+ das Rauschen ohne Verzerrung messen kann.
60dB Reseve heisst dann also, dass das (full-scale) Signal + Rauschen 
insgesamt 1mV haben kann.

[Mike (Gast)]

Dirk S. schrieb:
> Die haben aber jetzt als Beispiel ein Signal mit 1uV, welches mit
> Rauschen überlagert ist. Also Signal + Rauschen ist dann 1mV groß. Wäre
> dann die 1mV nicht full-scale, weil das mein maximaler Messbereich ist?

Nein, full-scale bezieht sich auf die Skalierung des Nutzsignales.

Dirk S. schrieb:
> For example, if full scale is 1 μV, then a dynamic
> reserve of 60 dB means noise as large as 1 mV (60 dB
> greater than full scale) can be tolerated at the input without
> overload.

Wenn die schreiben, das 1 µV Signal Vollausschlag ist, dann ist der 
Lock-In so eingestellt. Die 60 dB beziehen sich auf andere überlagere 
Signale, die nicht das Nutzsignal sind. Oder anders ausgedrückt, das 
Nutzsignal für Vollausschlag kann 60dB unter den Störungen liegen.

[Possetitjel (Gast)]

Dirk S. schrieb:

> Ich dachte Full-scale bedeutet Vollaussteuerung,

Ja sicher?!

> also dass die Amplitude von meinem Signal gerade so groß ist,
> das mein System nicht übersteuert.

... die Amplitude des Nutzsignals, dass das System gerade
nicht übersteuert. Richtig.

> Die haben aber jetzt als Beispiel ein Signal mit 1uV, welches
> mit Rauschen überlagert ist.

Ja.

> Also Signal + Rauschen ist dann 1mV groß.

Ja.

> Wäre dann die 1mV nicht full-scale, weil das mein maximaler
> Messbereich ist?

Wie kommst Du jetzt plötzlich darauf?

Im klassischen Lock-in-Amplifier wird einerseits das Störsignal
(Rauschen) unterdrückt und andererseits das Nutzsignal auf
eine vernünftig messbare Größe verstärkt. Also ist doch logisch,
dass es zwei unterschiedliche Angaben gibt...?

> 2. SNR und Messzeit
>
> Angenommen man hätte ein Signal, dass mit Rauschen überlagert
> ist und das SNR wäre -60dB.

Bei welcher Messzeit (bzw. welche Mess-Bandbreite) ist das
SNR -60dB?

> Wie lange müsste der lock-in Verstärker ungefähr messen, um
> das Signal zu detektieren?
> Mir würde so ein ganz grober Richtwert reichen

Doppelte Messzeit (bzw. halbierte Bandbreite) gibt 3dB
Verbesserung. - Achtung: Das gilt nur, wenn das Störsignal
wirklich Rauschen , also unkorreliert zum Nutzsignal ist!

[Ulrich H. (lurchi)]

Wie lange man Messen muss um ein Signal mit -60 dB SNR noch sinnvol 
auszuwerten, hängt von der Art der Störungen ab. Die Messzeit gibt die 
Bandbreite vor - ja nach Einstellungen (Filter Ordnung, Art des Filters) 
und Aufbau des Lockins geht in Bandbreite auf etwa 1/T bis 6/T runter. 
Kritisch ist da dann die Signaldichte der Störungen nahe bei der 
Nutzfrequenz.

[Dirk S. (duerk)]

Hallo,

vielen Dank für eure Hilfe es hat Klick gemacht.

Gruß Dirk

[Dampfnilp (Gast)]

Die Bandbreite geht linear in den Gewinn ein. Wenn man zB bei 1kHz mit 
1Hz Bandbreite messen kann, wird das Rauschen um 10^3 = 60dB erniedrigt.