一种新型微电流测试仪的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种新型微电流测试仪，所述新型微电流测试仪的系统构成主要由单片机，开关调制前置放大电路，信号放大电路，采样保持电路，差分解调电路，测量信号输出显示模块，滤波抗干扰电路组成。还包括饱和判别单元，调零电路。本实用新型的开关调制前置放大电路保证微电流信号的采集与转换；本实用新型中差分解调电路可以消除微电流测量过程中仪器本身电路产生的干扰，提高测量仪的准确性；本实用新型还具有饱和判别单元和调零电路。状态判别功能是判别出电路状态和确定放大级数，保持输出信号不超过运放工作的线性范围。而且调零电路设置用以避免测量电路本身失调，从而提高可靠性。
【专利说明】
一种新型微电流测试仪
技术领域
[0001]本实用新型涉及微电流测量，特别涉及一种新型微电流测试仪。
【背景技术】
[0002]随着对自然的认识，科学家要常常要面对大自然中微弱的物理量。这些微弱的信号通过传感器进行电量转换。例如测量电流信号无法直接测量需要进行I/U转换，为测量微小信号就需要测量仪有放大捕捉的环节，但是实际操作时却无法避免噪声与干扰的放大。实现新型微电流测试仪的主要目的:一是通过采用调制电路与差分电路过滤掉这些杂质直流信号能测量得微电流。二是提供一种准确度为0.5级、测量的最小范围为10 PA的新型微电流测试仪。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型目的是:提供一种智能微电阻测试仪。
[0004]本实用新型的技术方案是:
[0005]—种新型微电流测试仪，所述新型微电流测试仪包括依次连接的开关调制前置放大电路，信号放大电路，采样保持电路，差分解调单元，取绝对值电路，AD转换电路和单片机;所述开关调制前置放大电路通过第一饱和判别单元连接到单片机，信号放大电路通过第二饱和判别单元连接到单片机，单片机分别连接控制开关调制前置放大电路和信号放大电路的放大级选择，并发送时钟信号到采样保持电路，控制器采样频率，所述单片机还连接有通信模块，对外发送测量信息。
[0006]优选的，所述信号放大电路包括依次连接的第一阶段放大电路和第二阶段放大电路。
[0007]优选的，所述第一阶段放大电路和第二阶段放大电路均采用逐级放大的形式，在一定范围内使输出信号最大。
[0008]优选的，所述第一阶段放大电路由8级放大器和8路选择开关构成，单片机通过控制8路选择开关的状态，控制放大级数;第一阶段放大电路的末级设置调零电路，避免失调信号的数次放大超过器件工作的线性范围。
[0009]优选的，所述第二阶段放大电路分由4级放大器和4路选择开关构成，单片机通过控制4路选择开关的状态，控制放大级数;每级放大器倍数以不超过其所采用运放的饱和电压且输出信号最大为准。
[0010]优选的，第二饱和判别单元通过多路选择开关接受第一阶段放大电路和第二阶段放大电路的输出信号。
[0011]优选的，所述差分解调电路用于消除前置放大电路，信号放大电路中伴随着的杂质直流信号，得到与待测信号成比例关系的微压信号。
[0012]优选的，还包括滤波抗干扰电路，所述波抗干扰电路在每级放大电路后都设置低通滤波器，避免工频干扰信号数次被放大而产生的误差。
[0013]本实用新型的优点是:
[0014]1.本实用新型所提供的新型微电流测试仪系统，通过开关前置放大电路将待测弱信号放大，其在微弱信号检测过程之时从信号源中过滤掉干扰信号，最大限度地还原有用的待测信号，提高信噪比。
[0015]2.本实用新型可以检测微电流的电流数值，设计关键在于抑制电路杂质直流信号和工频干扰。保证测量的准确性、可靠性。
[0016]3.本实用新型采用锂电池供电，将电能存储于锂电池中便于整个系统使用，体积小巧，供电持久。
【附图说明】
[0017]下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述:
[0018]图1为新型微电流测试仪的微电流-电压转换原理示意图；
[0019]图2为本实用新型的微弱电流差分、调制前置放大器示意图；
[0020]图3为本新型微电流测试仪的具体系统结构示意图；
[0021 ]图4为本新型微电流测试仪的第一阶段放大电路原理图；
[0022]图5为本新型微电流测试仪的第二阶段放大电路原理图；
[0023]图6为本新型微电流测试仪的饱和判别单元原理图。
【具体实施方式】
[0024]实施例:
[0025]为了更清楚说明本发明，下面将结合实施原理进一步描述本发明的技术方案，显而易见地，下面描述中的系统方案仅仅是本发明的一种实施方案，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些具体实施方案获得其他实施方案。
[0026]本实用新型新型微电流测试仪的微电流电压转换原理。如图1所示，由戴维南定理可知，任何一个两端网络都可看成一个等效电压源Us与等效电阻Rs串联，S卩Rs=Us/Is。使用运放反馈电流法来进行测量。其中Rf为反馈电阻;R'为平衡电阻;U1为运放失调电压；Ib-、Ib+为运放偏置电流;Is为待测微电流;Uo为输出电压。理想电路输出为Uo= -1sRf0
[0027]由于运放存在失调电压、偏置电流，所以实际电路输出为:U'o=-1sRf+U1+Ib+R'+Ib-Rf
[0028]另有电压输出误差为:AUo=U1+Ib+R/+Ib-Rf。
[0029]本实用新型的差分、调制电路由单片机控制，对微电流进行调制，得到与待测信号成比例关系的微压信号。提出运用差分、调制电路过滤掉电路中直流杂质信号的测量方法，彻底消除微电流测量过程中测量仪器本身电路产生的干扰。测量结果送往仪器的单片机，最后通过显示电路显示出来。
[0030]如图2所示，当Kl断开，K2闭合，即输出:
[0031]UOl= IsRf+U10+Ib+R;+Ib-Rf(I)
[0032]当Kl闭合，K2断开，即输出:
[0033]U02= U1+Ib+R'+Ib-Rf(2)
[0034]由式(I)减式(2)，即可消除系统误差，SP:
[0035]Uo=UOl- U02= IsRf(3)
[0036]通过式(3)得知，直流杂质信号被消除，可见，Uo与Is成正比。但Uo信号极其弱，设总的放大倍数为K，则输出为:Uo=KIsRf，则被测微电流为:
[0037]Is=Uo/(KRf)(4)
[0038]如图3所述，本实用新型公开了新型微电流测试仪的系统设计图，所述新型微电流测试仪包括依次连接的开关调制前置放大电路，第一阶段放大电路、第二阶段放大电路，采样保持电路，差分解调单元，取绝对值电路，AD转换电路和单片机;所述开关调制前置放大电路通过第一饱和判别单元连接到单片机，第一阶段放大电路和第二阶段放大电路通过第二饱和判别单元连接到单片机，单片机分别连接控制开关调制前置放大电路、第一阶段放大电路和第二阶段放大电路的放大级选择，并发送时钟信号到采样保持电路，控制器采样频率，所述单片机还连接有通信模块，对外发送测量信息。
[0039]本实用新型微电流测试仪的第一阶段放大电路原理图，如图4所示，放大过程分为8小级完成，采用由上至下，逐渐放大的方式。前置放大电路输出的微压信号在第I级进行放大时，由单片机控制放大级数。级数的确定先由多路开关依次闭合，由饱和判别单元做出判断，当输出信号首次超过运放工作的线性范围时，级数倒退I级，并送往单片机。为避免工频干扰信号数次被放大，每级放大电路都设置低通滤波器。调零电路设置在放大电路的末级，以避免测量电路本身失调信号被数次放大后，可能超出其工作的线性范围。
[0040]本实用新型微电流测试仪的第二阶段放大电路，如图5所示，共分4级放大，每级放大倍数不宜过大，以不超过运放的饱和电压且输出信号最大为准。依据调制开关的不同时态，将信号放大阶段输出的结果存储在2个寄存器中，利用差分电路，使得前置放大电路，主放大电路中伴随着的杂质直流信号得以消除。
[0041]本实用新型的信号放大部分的饱和判别单元原理。如图6所示，采用供电电源为3V的前置放大电路，J/U转换后的信号输出给饱和判别单元I，由判别电路做出判断将结果送至单片机；中问主放大电路均采用电源为15 V的运算放大器，电路输出给饱和判别单元2，将结果送至单片机。
[0042]本实用新型系统采用单片机测量控制系统结合开关前端控制电路能对于转换后的电压信号需进行进一步的放大，否则待测信号会被运算放大器的失调电压、偏置电流干扰。低通滤波抗干扰电路消除工频干扰无端放大而产生的误差。为使供电模块能供电持久便于携带，选择了质量轻且体积小锂电池。
[0043]上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型主要技术方案的精神实质所做的修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种新型微电流测试仪，其特征在于:所述新型微电流测试仪包括依次连接的开关调制前置放大电路，信号放大电路，采样保持电路，差分解调单元，取绝对值电路，AD转换电路和单片机;所述开关调制前置放大电路通过第一饱和判别单元连接到单片机，信号放大电路通过第二饱和判别单元连接到单片机，单片机分别连接控制开关调制前置放大电路和信号放大电路的放大级选择，并发送时钟信号到采样保持电路，控制器采样频率，所述单片机还连接有通信模块，对外发送测量信息。2.根据权利要求1所述的新型微电流测试仪，其特征在于:所述信号放大电路包括依次连接的第一阶段放大电路和第二阶段放大电路。3.根据权利要求2所述的新型微电流测试仪，其特征在于:所述第一阶段放大电路由8级放大器和8路选择开关构成，单片机通过控制8路选择开关的状态，控制放大级数;第一阶段放大电路的末级设置调零电路，避免失调信号的数次放大超过器件工作的线性范围。4.根据权利要求3所述的新型微电流测试仪，其特征在于:所述第二阶段放大电路分由4级放大器和4路选择开关构成，单片机通过控制4路选择开关的状态，控制放大级数;每级放大器倍数以不超过其所采用运放的饱和电压且输出信号最大为准。5.根据权利要求2所述的新型微电流测试仪，其特征在于:所述第一阶段放大电路和第二阶段放大电路均采用逐级放大的形式，在一定范围内使输出信号最大。6.根据权利要求2所述的新型微电流测试仪，其特征在于:第二饱和判别单元通过多路选择开关接受第一阶段放大电路和第二阶段放大电路的输出信号。7.根据权利要求1所述的新型微电流测试仪，其特征在于:所述差分解调电路用于消除前置放大电路，信号放大电路中伴随着的杂质直流信号，得到与待测信号成比例关系的微压信号。8.根据权利要求1所述的新型微电流测试仪，其特征在于:还包括滤波抗干扰电路，所述波抗干扰电路在每级放大电路后都设置低通滤波器，避免工频干扰信号数次被放大而产生的误差。
【文档编号】G01R19/25GK205484537SQ201620210784
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年3月18日
【发明人】顾涵, 夏怡婷
【申请人】常熟理工学院