电流检测电路的制作方法

1.本发明涉及电子电路技术领域，特别是涉及一种电流检测电路。


背景技术：

2.利用频域介电响应法对变压器油纸绝缘进行测试时，需要测量绝缘介质中流过的微弱电流信号。微电流检测常见有以下几种方法：大电阻负反馈检测法、电容积分法、采样电阻差分检测法等。采用电容积分法时，由于电容漏电流的存在，故不可避免存在一定的误差，另外由于电路板上杂散电容的存在，交流微电流测量时常常附加不可控的相移。采样电阻差分检测法具有结构简单、能有效去除共模干扰的优点，但采样电阻与容性试样串联在电路中，测量损耗曲线时需进一步转换结果，给测试带来不便。
3.基于i-v变换的弱电流测量方法是常用的弱电流检测方法，其中的反馈电流放大型测量电路结构较简单，转换的线性较好，电路频率响应特性较好，在加入有效的硬件和软件抗干扰措施后，可以提高测量精度和稳定性。但i-v变换电路需要高阻值的电阻，电阻越大，热噪声越大，带来的误差也越大。


技术实现要素：

4.基于此，有必要提供一种电阻阻值小且检测误差小的电流检测电路。
5.本技术提供一种电流检测电路，包括：
6.电光转换模块，用于根据接收到的电流生成光信号；
7.光电转换模块，用于根据所述光信号生成电信号；
8.同相放大模块，与所述光电转换模块连接，用于对所述电信号放大以生成第一放大信号；
9.反相放大模块，与所述光电转换模块连接，用于对所述电信号放大以生成第二放大信号；
10.误差消除模块，分别与所述同相放大模块及所述反相放大模块连接，用于根据所述第一放大信号和所述第二放大信号生成检测信号。
11.在其中一个实施例中，所述电光转换模块包括：
12.发光管，所述发光管的阳极用于接收微弱电流，所述发光管的阴极接地。
13.在其中一个实施例中，所述光电转换模块包括：第一光电转换单元和第二光电转换单元，所述第一光电转换单元与所述电光转换模块之间的距离等于所述第二光电转换单元与所述电光转换模块之间的距离；
14.所述第一光电转换单元用于根据所述光信号生成第一电信号，所述第二光电转换单元用于根据所述光信号生成第二电信号；
15.其中，所述第一电信号、所述第二电信号均等于所述电信号。
16.在其中一个实施例中，所述电信号与所述光电转换模块根据所述光信号生成的初始电信号的比值大于或等于1。
17.在其中一个实施例中，所述同相放大模块包括：
18.同相放大器电路，所述同相放大器电路的第一输入端与所述第一光电转换单元的输出端连接，用于根据所述第一电信号生成与所述第一电信号同相的第一放大信号。
19.在其中一个实施例中，所述同相放大器电路包括：
20.第一放大器，所述第一放大器的同相输入端为所述同相放大器电路的第一输入端；
21.第一分压电路，所述第一分压电路的第一端与所述第一放大器的输出端连接，所述第一分压电路的第二端与所述第一放大器的反相输入端连接。
22.在其中一个实施例中，所述同相放大器电路还包括：
23.滤波电路，所述滤波电路的第一端与所述第一放大器的电源电压连接，所述滤波电路的第二端接地。
24.在其中一个实施例中，所述反相放大模块包括：
25.反相放大器电路，所述反相放大器电路的第一输入端与所述第二光电转换单元的输出端连接，用于根据所述第二电信号生成与所述第二电信号反相的第二放大信号。
26.在其中一个实施例中，所述反相放大器电路包括：
27.第二放大器，所述第二放大器的反相输入端为所述反相放大器电路的第一输入端；
28.第二分压电路，所述第二分压电路的第一端与所述第二放大器的输出端连接，所述第二分压电路的第二端与所述第二放大器的反相输入端连接。
29.在其中一个实施例中，所述误差消除模块包括：
30.仪表放大器，所述仪表放大器的反相输入端与所述同相放大模块的输出端连接，所述仪表放大器的同相输入端与所述反相放大模块的输出端连接。
31.上述电流检测电路包括，电光转换模块，用于根据接收到的电流生成光信号；光电转换模块，用于根据所述光信号生成电信号；同相放大模块，与所述光电转换模块连接，用于对所述电信号放大以生成第一放大信号；反相放大模块，与所述光电转换模块连接，用于对所述电信号放大以生成第二放大信号；误差消除模块，分别与所述同相放大模块及所述反相放大模块连接，用于根据所述第一放大信号和所述第二放大信号生成检测信号。本技术中光电转换模块将光电转换模块生成的光信号转换成电信号，然后同相放大模块和反相放大模块分别将电信号转换成第一放大信号和第二放大信号，进而通过误差消除模块去除第一放大信号和第二放大信号中光电转换模块、同相放大模块和反相放大模块带来的误差，得到表征电光转换模块接收到的电流的检测信号，降低检测信号的误差，提高检测信号的准确性。
附图说明
32.为了更清楚地说明本技术实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
33.图1为一实施例中电流检测电路的结构框图示意图；
34.图2为第1实施例中电流检测电路的电路示意图；
35.图3为第2实施例中电流检测电路的电路示意图；
36.图4为光电倍增管的结构示意图；
37.图5为光电倍增管阳极输出电流与照射在光电阴极上的光通量之间的函数关系的示意图；
38.图6为第3实施例中电流检测电路的电路示意图。
具体实施方式
39.为了便于理解本技术，下面将参照相关附图对本技术进行更全面的描述。附图中给出了本技术的实施例。但是，本技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本技术的公开内容更加透彻全面。
40.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本技术。
41.可以理解，本技术所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本技术的范围的情况下，可以将第一放大器称为第二放大器，且类似地，可将第二放大器称为第一放大器。第一放大器和第二放大器两者都是电阻，但其不是同一放大器。
42.可以理解，以下实施例中的“连接”，如果被连接的电路、模块、单元等相互之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。
43.在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。同时，在本说明书中使用的术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
44.图1为一实施例中电流检测电路的结构框图示意图，如图1所示，在本实施例中，提供一种电流检测电路，包括：电光转换模块102、光电转换模块104、同相放大模块106、反相放大模块108和误差消除模块110，电光转换模块102用于根据接收到的电流生成光信号；光电转换模块104用于根据所述光信号生成电信号；同相放大模块106与所述光电转换模块104连接，用于对所述电信号放大以生成第一放大信号；反相放大模块108与所述光电转换模块104连接，用于对所述电信号放大以生成第二放大信号；误差消除模块110分别与所述同相放大模块106及所述反相放大模块108连接，用于根据所述第一放大信号和所述第二放大信号生成检测信号。具体的，将电光转换模块102和光电转换模块104密封在暗室中，当电光转换模块102接收到电流时，就会发出从紫外到红外不同颜色的光线(光信号)，光线的强弱与电流有关，光电转换模块104将光信号转换成对应的电信号，电光转换模块102接收到的电流可以使微弱电流、也可以是其他常用的电流，与光电转换模块104连接的同相放大模块106、反向放大模块108根据该电信号分别生成放大的第一放大信号和第二放大信号，误差消除模块110根据第一放大信号和第二放大信号得到检测信号，其中，电光转换模块102
接收到的电流可以使微弱电流、也可以是其他常用的电流，只要电光模块12能将该电流转换成电光信号即可，检测信号可以用来表征电光转换模块102接收到的电流的大小，并且通过同相放大模块106、反向放大模块108和误差消除模块110可以消除从电光转换模块102接收到电流到生成检测信号过程中各模块中元器件带来的温度偏移的影响，降低检测信号的误差，提高检测信号的准确性。
45.上述电流检测电路包括，电光转换模块，用于根据接收到的电流生成光信号；光电转换模块，用于根据所述光信号生成电信号；同相放大模块，与所述光电转换模块连接，用于对所述电信号放大以生成第一放大信号；反相放大模块，与所述光电转换模块连接，用于对所述电信号放大以生成第二放大信号；误差消除模块，分别与所述同相放大模块及所述反相放大模块连接，用于根据所述第一放大信号和所述第二放大信号生成检测信号。本技术中光电转换模块将光电转换模块生成的光信号转换成电信号，然后同相放大模块和反相放大模块分别将电信号转换成第一放大信号和第二放大信号，进而通过误差消除模块去除第一放大信号和第二放大信号中光电转换模块、同相放大模块和反相放大模块带来的误差，得到表征电光转换模块接收到的电流的检测信号，降低检测信号的误差，提高检测信号的准确性。
46.图2为第1实施例中电流检测电路的电路示意图，如图2所示，在其中一个实施例中，所述电光转换模块102包括：发光管d1，所述发光管d1的阳极用于接收电流，所述发光管d1的阴极接地，当有电流从发光管d1的阳极流向阴极时，发光管d1就会发出与电流大小对应的光信号，示例性的，发光管d1包括发光二极管，发光管接收到的电流大于0.1ua时，有微弱光子(光信号)从发光管射出。
47.图3为第2实施例中电流检测电路的电路示意图，如图3所示，在其中一个实施例中，所述光电转换模块104包括：第一光电转换单元202和第二光电转换单元204，所述第一光电转换单元202与所述电光转换模块102之间的距离等于所述第二光电转换单元204与所述电光转换模块102之间的距离，因此，第一光电转换单元202和第二光电转换单元204从电光转换模块102接收到的光信号的强度相同；所述第一光电转换单元202用于根据光信号(接收到的光信号)生成第一电信号，所述第二光电转换单元204用于根据光信号(接收到的光信号)生成第二电信号；其中，所述第一电信号、所述第二电信号均等于所述电信号。可以理解的是，经过第一光电转换单元202和第二光电转换单元204得到的第一电信号和第二电信号为同相且大小相同的电信号，此时，电流的大小通过第一电信号和第二电信号来表示。
48.在其中一个实施例中，所述电信号与所述光电转换模块104根据所述光信号生成的初始电信号的比值大于或等于1。具体的，光电转换模块104在将接收到的光信号转换成电信号的过程为：先将光信号转换成作为中间量的初始电信号，初始电信号和光信号的大小对应，然后根据初始电信号生成最终输出的电信号，光电转换模块104将初始电信号转换成输出的电信号的过程中可以对初始电信号进行一定倍数(第一光电转换单元202和第二光电转换单元204对初始电信号的放大倍数应相同)的放大之后得到输出的电信号，也可以不放大。
49.在其中一个实施例中，第一光电转换单元202和第二光电转换单元204包括光电倍增管或光电管。示例性的，第一光电转换单元202为第一光电倍增管，第二光电转换单元204为第二光电倍增管，此时，第一光电倍增管和第二光电倍增管的阴极积分灵敏度、阳极积分
灵敏度、放大倍数、增益、暗电流、温度漂移特性(由温度变化导致的输出偏移)均相同。
50.图4为光电倍增管的结构示意图，图5为光电倍增管阳极输出电流与照射在光电阴极上的光通量之间的函数关系的示意图，光电倍增管的工作过程如下：如图4所示，光电倍增管由光阴极、次阴极(倍增电极)以及阳极三部分组成。光阴极是由半导体光电材料锑铯做成；次阴极是在镍或铜-铍的衬底上涂上锑铯材料而形成的，次阴极多的可达30级；阳极是最后用来收集电子的，收集到的电子数是阴极发射电子数的105倍-106倍。即光电倍增管的放大倍数可达几万倍到几百万倍。光电倍增管的灵敏度就比普通光电管高几万倍到几百万倍。因此在很微弱的光照时，它就能产生很大的光电流。如图5所示，光电倍增管的光谱特性反应了光电倍增管的阳极输出电流与照射在光电阴极上的光通量之间的函数关系，对于较好的光电倍增管，在很宽的光通量范围之内，这个关系是线性的，即入射光通量小于10-4lm时，有较好的线性关系。光通量大，开始出现非线性。造成非线性的原因：(1)内因，即空间电荷，光电阴极的电阻率，聚焦或收集效率等的变化；(2)外因，光电倍增管的输出信号电流在负载电阻上的压降，对末级倍增极电压产生的负反馈和电压的再分配，破坏输出信号的线性。图5中的非线性现象会增加测量误差，因此，本技术中第一光电转换单元202和第二光电转换单元204选取为两组非线性特性相似的光电倍增管，通过同相放大模块106和反向放大模块108后，由光通量增加而引入的共模误差，可被误差消除模块110减去，从而减小非线性误差。
51.图6为第3实施例中电流检测电路的电路示意图，如图6所示，在其中一个实施例中，同相放大模块106包括：同相放大器电路206，所述同相放大器电路206的第一输入端与所述第一光电转换单元202的输出端连接，用于根据所述第一电信号生成与所述第一电信号同相的第一放大信号。
52.继续参考图6，在其中一个实施例中，同相放大器电路206包括：第一放大器u1和第一分压电路208，所述第一放大器u1的同相输入端为同相放大器电路106的第一输入端；第一分压电路208的第一端与第一放大器u1的输出端连接，第一分压电路208的第二端与第一放大器u1的反相输入端连接。
53.继续参考图6，在其中一个实施例中，第一分压电路208包括电阻r1、电阻r2和电容c1，其中，电阻r1的一端与电容c1的一端连接后作为第一分压电路208的第一端，电阻r1的另一端与电阻r2的一端连接，电阻r2的另一端与电容c1的另一端连接后作为第一分压电路208的第二端。示例性的，电阻r1为可变电阻，例如滑动变阻器，电阻r1＝33kω，电阻r2＝10kω，电容c1＝33pf，第一放大器u1为ad8676放大器。
54.在其中一个实施例中，同相放大器电路206还包括：
55.滤波电路，滤波电路的第一端与第一放大器u1的电源电压连接，滤波电路的第二端接地。如图6所示，滤波电路包括并联的电容c2和电阻r3、并联的电容c3和电阻r4，其中，电容c2和电阻r3并联的一端与第一放大器u1的电源电压vcc2连接，电容c2和电阻r3并联的另一端接地，电容c3和电阻r4并联的一端与第一放大器u1的电源电压vee2连接，电容c3和电阻r4并联的另一端接地,电源电压vcc2为正电源，电源电压vee2为负电源。通过滤波电路可以有效滤除掉第一放大器u1电源中高频信号干扰，同时第一放大器u1电源引线接的电容，在一定程度上能有效避免第一放大器u1的自激现象。示例性的，电容c2＝100pf，电阻r3＝100ω，电容c4＝100pf，电阻r4＝100ω。
56.如图6所示，在其中一个实施例中，同相放大模块106还包括：电阻r5，电阻r5的一端与第一光电转换单元202的输出端连接，电阻r5的另一端与第一放大器u1的同相输入端连接后接地。示例性的，电阻r5＝10kω。
57.如图6所示，在其中一个实施例中，反相放大模块108包括：反相放大器电路210，所述反相放大器电路210的第一输入端与所述第二光电转换单元204的输出端连接，用于根据所述第二电信号生成与所述第二电信号反相的第二放大信号。
58.继续参考图6，在其中一个实施例中，所述反相放大器电路210包括：第二放大器u2和第二分压电路212，所述第二放大器u2的反相输入端为所述反相放大器电路210的第一输入端；所述第二分压电路212的第一端与所述第二放大器u2的输出端连接，所述第二分压电路212的第二端与所述第二放大器u2的反相输入端连接。
59.继续参考图6，在其中一个实施例中，第二分压电路212包括并联的电阻r6电容c4，其中，电阻r6的一端与电容c4的一端并联后作为所述第二分压电路212的第一端，电阻r6的另一端与电容c4的另一端并联后作为所述第二分压电路212的第二端。示例性的，电阻r6＝250kω，电容c4＝33pf，第二放大器u2为ad8676放大器，且第一放大器u1和第二放大器u2的放大倍数相同。
60.继续参考图6，在其中一个实施例中，反相放大器电路210还包括：
61.第二滤波电路，第二滤波电路的第一端与第二放大器u2的电源电压连接，滤波电路的第二端接地。如图6所示，第二滤波电路包括并联的电容c5和电阻r7、并联的电容c6和电阻r8，其中，电容c5和电阻r7并联的一端与第二放大器u2的电源电压vcc2连接，电容c5和电阻r7并联的另一端接地，电容c6和电阻r8并联的一端与第二放大器u2的电源电压vee2连接，电容c6和电阻r8并联的另一端接地,电源电压vcc2为正电源，电源电压vee2为负电源。通过第二滤波电路可以有效滤除掉第二放大器u2电源中高频信号干扰，同时第二放大器u2电源引线接的电容，在一定程度上能有效避免第二放大器u2的自激现象。示例性的，示例性的，电容c5＝100pf，电阻r7＝100ω，电容c6＝100pf，电阻r8＝100ω。
62.如图6所示，在其中一个实施例中，反相放大模块108还包括：电阻r9，电阻r9的一端与第二光电转换单元204的输出端连接，电阻r9的另一端与第二放大器u2的反相输入端连接。示例性的，电阻r9＝10kω。
63.如图6所示，在其中一个实施例中，误差消除模块110包括：
64.仪表放大器u3，所述仪表放大器u3的反相输入端与所述同相放大模块106的输出端连接，所述仪表放大器u3的同相输入端与所述反相放大模块108的输出端连接。通过仪放大器u3可以消除同相放大模块106和反相放大模块108通引入的共模误差。示例性的，仪表放大器u3为ad620放大器。
65.如图6所示，在其中一个实施例中，误差消除模块110还包括：
66.第三滤波电路，第三滤波电路的第一端与仪表放大器u3的电源电压连接，第三滤波电路的第二端接地。如图6所示，第三滤波电路包括电容c7和电容c8和电阻r4，其中，电容c7一端与仪表放大器u3的电源电压vcc2连接，电容c7的另一端接地，电容c8一端与仪表放大器u3的电源电压vee2连接，电容c8的另一端接地,电源电压vcc2为正电源，电源电压vee2为负电源。通过滤波电路可以有效滤除掉仪表放大器u3电源中高频信号干扰，同时仪表放大器u3电源引线接的电容c7和电容c8，在一定程度上能有效避免仪表放大器u3的自激现
象。示例性的，电容c2＝100pf，电容c8＝100pf。
67.运算放大器的输入电阻是关键指标，当输入电阻的阻值越大时，流入放大器的电流越小，测量结果越逼近于真实值。因此运算放大器输入电阻要尽可能的大，偏置电流和失调电压越小越好，同时要求较高的共模抑制比。因为电流检测同时包含直流电流和交流电流，所以对运算放大器的压摆率有一定要求。压摆率的定义为运算放大器对信号变化速度的适应能力。当输入信号的变化斜率小于压摆率的绝对值时，输出的信号才能按线性变化。因此选择第一放大器u1、第二放大器u2和仪表放大器u3时，应选择压摆率较大的运算放大器，以避免非线性误差引起的信号畸变。因此，本发明中第一放大器u1、第二放大器u2均为ad8676放大器。仪表放大器u3为ad620放大器。从而共同形成差模结构，实现主动误差抑制。
68.如图6所示，本技术还提供一种绝缘材料微电流的测试设备，所述测试设备包括电源v和上述任一项所述的电流检测电路，其中，电源v用于为绝缘材料提供电压，以使绝缘材料产生微电流，电流检测电路用来检测所述微电流。
69.在本说明书的描述中，参考术语“有些实施例”、“其他实施例”、“理想实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特征包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性描述不一定指的是相同的实施例或示例。
70.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
71.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。