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1、第29卷第4期上海海事大学学报Vo.l29No.42008年12月JournalofShanghaiMaritimeUniversityDec.2008文章编号:1672-9498(2008)04-0055-05一种微弱电流测量仪的设计彭建学,马永军,汤天浩(上海海事大学物流工程学院,上海200135)摘要:为设计1种具有较高精度和较好重复再现性的微弱电流测量仪器,采用开关调制、差分对消技术,消除微弱电流测量系统的直流误差;通过屏蔽、低通滤波有效抑制工频噪声和放大电路的噪声;边放大信号边衰减噪声
2、提高系统的信噪比;多级放大和预调零解决高放大倍数与运算放大器饱和的矛盾.对设计的微弱电流测量仪进行测试,仪器最小量程达10pA,最小分辨率达0.5pA;结果显示工频噪声和直流失调对微弱电流测量有重要影响,表明设计所采用的技术有效.关键词:微弱电流;微弱信号;开关调制;差分电路;工频噪声;偏置电流;失调电压中图分类号:TM930;TN402文献标志码:AWeakcurrentdetectordesignPENGJianxue,MAYongjun,TANGTianhao(LogisticsEngineering
3、College,ShanghaiMaritimeUniv.,Shanghai200135,China)Abstract:Inordertodesignaultraweakcurrentdetector,whichhasthepropertiesofhigheraccuracyandgoodrepetition,thevirtueofswitchmodulationdifferentialbalancingtechnologyisusedtoeliminatetheDCoffsetofweakcurrentmeasu
4、rementsystem.Thepower-frequencynoiseandamplifiernoisearesuppressedwithshieldingandlow-passfilters.TheSigna-lto-NoiseRatio(SNR)ofthesystemisen-hancedbyamplifyingsignalandsuppressingnoisesimultaneously.Meantime,mult-ilevelamplificationandpre-zeroadjustmentareapp
5、liedtoachieveagreatmagnificationwithoutsaturation.Thetestsshowthattheminimumrangeofthisdeviceisaslowas10pA,andtheminimumresolutionis0.5pA,andthepower-frequencynoiseandDCoffsetontheweakcurrentmeasurementhaveamaterialinfluence.Italsotestifiestheefficiencyofthete
6、chnology.Keywords:weakcurren;tweaksigna;lswitchingmodulation;differentialcircui;tpower-frequencynoise;biascurren;toffsetvoltage等,一般都通过相应的传感器将其转换成微电流或0引言微电压,再经放大器放大其幅度以指示被测量的大[1]对于各种微弱的被测量,例如弱光、弱磁、弱声、小.因此,微弱电流测量在科学研究、加工和制造小位移、小电容、微流量、微压力、微振动以及微温差等领域有非常重要的现实
7、意义,但放大电路和测量收稿日期:2008-07-21修回日期:2008-09-10作者简介:彭建学(1963),男,江苏如皋人,副研究员,总工程师,硕士,研究方向为自动化、精密仪器以及电力电子,(E-mail)pengjianxue@126.com56上海海事大学学报第29卷仪器系统本身的固有噪声以及外界干扰往往比微弱图2中,Is是被测电流,Rf是反馈电阻(采样电[3]电流信号的幅度大许多,例如380V交流电压通过阻),R是平衡电阻.前置放大器的输出误差干燥绝缘木(阻值达1000M)
8、的电流为0.38A,Uo=UI+Ib+R+Ib-Rf(1)o大大超过被测微弱电流信号.这些主要的直流误差源产生的直流误差须通过本设计以微弱电流为测量对象,最小量程可达特殊的电路处理来消除.10pA,最小分辨率可达0.5pA.微弱电流测量首先1.2开关调制、差分对消原理将待测微弱电流转变为微电压信号,对于一般运放,本文提出开关调制、差分对消微弱电
