直流微电流测量的研究进展
2022年电子技术应用第7期
李爽玉,冯荣尉,贾冬宇
北京东方计量测试研究所,北京100094
摘要: 直流微电流测量技术广泛应用于核辐射检测、静电检测、空间辐射探测等领域,是一项特色极值量测量技术,涉及高阻抗运放电路设计、泄漏电流防护等多项技术。直流微电流测量技术研究主要从电阻式和电容式反馈电路着手,分析测量电路的工作原理和传递函数,重点分析漏电流、热电势、运算放大器和电阻参数对测量误差的影响,推导电路传递函数并仿真分析,最终提出减小各项参数对测量结果影响的方案。对近年来国内外直流微电流测量的方法进行了综述,分析了电流电压转换法、电流频率变换法和调制解调放大法。对国内外直流微电流测量仪器的现状进行调查,世界上出现了很多高精度的微弱电流测量仪器,使微弱信号测量得到很大的提升。
中图分类号: TM933
文献标识码: A
DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.222584
中文引用格式: 李爽玉,冯荣尉,贾冬宇. 直流微电流测量的研究进展[J].电子技术应用,2022,48(7):13-18.
英文引用格式: Li Shuangyu,Feng Rongwei,Jia Dongyu. Research on the progress of weak current detection[J]. Application of Electronic Technique,2022,48(7):13-18.
文献标识码: A
DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.222584
中文引用格式: 李爽玉,冯荣尉,贾冬宇. 直流微电流测量的研究进展[J].电子技术应用,2022,48(7):13-18.
英文引用格式: Li Shuangyu,Feng Rongwei,Jia Dongyu. Research on the progress of weak current detection[J]. Application of Electronic Technique,2022,48(7):13-18.
Research on the progress of weak current detection
Li Shuangyu,Feng Rongwei,Jia Dongyu
Beijing Orient Institute of Measurement and Test,Beijing 100094,China
Abstract: DC micro current measurement technology is widely used in nuclear radiation detection, electrostatic detection, space radiation detection and other fields. It is a characteristic extreme value measurement technology, involving many technologies such as high impedance operational amplifier circuit design, leakage current protection and so on. The research on DC micro current measurement technology mainly starts with resistive and capacitive feedback circuits, analyzes the working principle and transfer function of the measurement circuit, focuses on the influence of leakage current, thermal potential, operational amplifier and resistance parameters on the measurement error, deduces the circuit transfer function and simulation analysis, and finally puts forward a scheme to reduce the influence of various parameters on the measurement results. This paper summarizes the DC micro current measurement methods at home and abroad in recent years, and analyzes the current voltage conversion method, current frequency conversion method and modulation, demodulation and amplification method. The current situation of DC micro current measuring instruments at home and abroad is investigated. There are many high-precision weak current measuring instruments in the world, which greatly improves the weak signal measurement.
Key words : weak current detection;preamplifier;I-V conversion;I-F conversion
0 引言
微弱信号不仅指的是幅度很小的信号,更指的是淹没在噪声中难以提取出的信号。对淹没在背景噪声中的微弱信号利用电子学和信号处理的方法进行测量,即微弱信号检测。直流微电流也属于微弱信号,一方面指的是其值小于10-6 A的电流,另一方面指的是淹没在噪声之下的电流信号[1-2]。在直流微电流检测的过程中,前置放大器在整个测试系统中的十分重要,其噪声特性和增益对测试性能具有很大的影响[3]。该项研究不但涉及电子学、仪器仪表学、电化学等,而且在医学治疗、资源探测等领域都具有非常广泛的应用[4]。
在生物技术领域,膜片钳技术作为现代细胞电生理研究的基本方法,广泛应用在神经科学、细胞生物学等多学科领域研究,是一种对膜片上的离子通道的皮安级离子电流进行检测记录的方法。重离子肿瘤治疗是当前最理想的放疗方式,通过对辐照剂量的实时测量和监控可以保证对健康组织的影响最小,此时需要通过对积分电离室输出的电流信号进行测量,其输出电流为纳安级别。
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作者信息:
李爽玉,冯荣尉,贾冬宇
(北京东方计量测试研究所,北京100094)
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