一種高精度多量程微弱電流檢測系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種高精度多量程微弱電流檢測系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 人類進入信息時代后，需要獲取的信息越來越多，而很大一部分信息是通過檢測 信號獲取的。隨著科學(xué)技術(shù)向微觀世界的發(fā)展中，常常很多待檢測的信號本身是非常微弱 的。由于該部分待測信號非常微弱，當(dāng)被測信號微弱到可以與噪聲相比較時，往往被被噪聲 淹沒，此時對它們的檢測往往變得異常的困難，常規(guī)的檢測方法無法解決。微弱信號檢測就 是一門利用現(xiàn)代電子學(xué)、信息論、和物理學(xué)，分析噪聲產(chǎn)生的原因和規(guī)律，研究被測信號的 特點和相關(guān)性，從噪聲中提取有用信號的新興技術(shù)科學(xué)。微弱信號檢測在軍事、生產(chǎn)、科研、 醫(yī)學(xué)等諸多領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用，特別是在新科技革命中的生物工程技術(shù)、新材料技 術(shù)、海洋技術(shù)、空間技術(shù)、智能裝備等領(lǐng)域中需要獲取的信號很多是微弱信號。例如:人體心 電信號的檢測，高分辨率偵察衛(wèi)星，反隱形技術(shù)，高靈敏度聲納探測，精細化工分析，磁盤的 弱電流恢復(fù)技術(shù)，納米技術(shù)，生物電流分析等。為此，研究微弱信號檢測技術(shù)具有重要的現(xiàn) 實意義。
[0003] 微弱電流是一種典型的微弱信號。微弱電流(小于1〇4Α)普遍存在于人類生活中， 一直為人們所關(guān)注，隨著科學(xué)領(lǐng)域相關(guān)研究水平的進展，對微弱電流量進行準確的自動測 試提出了許多新的要求。例如在醫(yī)療方面，微弱電流療法就是利用微弱電流刺激細胞能量 合成，增強局部組織的生物電流，促進愈合;在航天方面，探測器產(chǎn)生的總電離量與輸出電 路中積累的電荷直接有關(guān)，并在某一段時間內(nèi)所要測量的電路中電流是十分微弱的（通常 僅在l〇4~10_w安培范圍內(nèi)）。此外，測量半導(dǎo)體的反向漏電流，估計空氣高層大氣的電離率 以及為其它許多科學(xué)領(lǐng)域提供資料方面，也都需要精確地測量微弱電流。
[0004] 在現(xiàn)實生活中，其他的微弱物理量，第一步總是先轉(zhuǎn)換為電流信號或電壓信號。例 如弱光、弱磁、弱聲、微位移、微電容、微流量、微壓力、微振動、微溫差等，一般都是通過相應(yīng) 的傳感器將其轉(zhuǎn)換為微電流或者微電壓，再經(jīng)過放大器放大其幅度以期指示被測量的大 小?？梢?，對微電流有很大的現(xiàn)實意義，本發(fā)明研究的一種高精度多量程微弱電流檢測系 統(tǒng)，就能解決降低產(chǎn)品成本，提高測量的動態(tài)范圍，提高信噪比的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提供了一種高精度多量程微弱電流檢測系統(tǒng)，本發(fā)明電路采用模擬開關(guān)切 換電路分時選通，使被測電流分別通過線性放到電路或非線性電路再通過共用過程放大電 路和相敏解調(diào)電路及低通濾波電路，分量程測量，減少了產(chǎn)品的成本，提高測量的動態(tài)范 圍，提尚?目噪比從而提尚測量精度。
[0006] 為了達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是： 一種高精度多量程微弱電流檢測系統(tǒng)，包括復(fù)位電路、與復(fù)位電路通過線路相連的單 片機控制電路，所述的單片機控制電路分別通過線路與動態(tài)調(diào)零電路、過程放大電路、信號 選擇電路、前置放大電路、參考信號產(chǎn)生電路、正弦波信號產(chǎn)生電路相連;所述的動態(tài)調(diào)零 電路通過線路與過程放大電路相連;所述的過程放大電路與飽和判別電路相連;所述的飽 和判別電路通過線路與單片機控制電路相連;所述的正弦波信號產(chǎn)生電路通過線路與前置 放大電路相連;所述的前置放大電路通過線路與信號選擇電路相連，所述的信號選擇電路 通過線路與過程放大電路相連;所述的過程放大電路通過線路與相敏解調(diào)電路相連;所述 的相敏解調(diào)電路通過線路與絕對值電電路相連;所述的絕對值電電路通過線路與A/D轉(zhuǎn)換 電路相連;所述的A/D轉(zhuǎn)換電路通過線路與單片機控制電路相連;所述的參考信號產(chǎn)生電路 通過線路與相敏解調(diào)電路相連;所述的相敏解調(diào)電路還通過線路與符號判別電路相連;所 述的符號判別電路通過線路與單片機控制電路相連;所述的單片機控制電路分別通過線路 與串口通信電路、液晶顯示相連。
[0007]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明電路采用模擬開關(guān)切換電路分時選通，使被測電流 分別通過線性放到電路或非線性電路再通過共用過程放大電路和相敏解調(diào)電路及低通濾 波電路，分量程測量，減少了產(chǎn)品的成本，提高測量的動態(tài)范圍，提高信噪比從而提高測量 精度。
【附圖說明】
[0008] 圖1為本發(fā)明的電路圖； 圖2為本發(fā)明的信號選擇電路圖； 圖3為本發(fā)明的過程放大電路圖； 圖4為本發(fā)明的動態(tài)調(diào)零電路圖； 圖5為本發(fā)明非線性(對數(shù)-反對數(shù)放大）電路圖； 圖6為本發(fā)明相敏檢測電路圖； 圖7為本發(fā)明絕對值電路圖； 圖8為本發(fā)明方波產(chǎn)生電路圖； 圖9為本發(fā)明飽和判斷電路圖； 圖10為本發(fā)明AD轉(zhuǎn)換電路圖。
【具體實施方式】
[0009] 實施例1 下面結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0010] 如圖1-10所示，本實施例的一種高精度多量程微弱電流檢測系統(tǒng)，包括復(fù)位電路 13、與復(fù)位電路13通過線路相連的單片機控制電路1，所述的單片機控制電路1分別通過線 路與動態(tài)調(diào)零電路2、過程放大電路3、信號選擇電路4、前置放大電路5、參考信號產(chǎn)生電路 6、正弦波信號產(chǎn)生電路7相連;所述的動態(tài)調(diào)零電路2通過線路與過程放大電路3相連;所述 的過程放大電路3與飽和判別電路8相連;所述的飽和判別電路8通過線路與單片機控制電 路1相連;所述的正弦波信號產(chǎn)生電路7通過線路與前置放大電路5相連;所述的前置放大電 路5通過線路與信號選擇電路4相連，所述的信號選擇電路4通過線路與過程放大電路3相 連;所述的過程放大電路3通過線路與相敏解調(diào)電路9相連;所述的相敏解調(diào)電路9通過線路 與絕對值電電路10相連;所述的絕對值電電路10通過線路與A/D轉(zhuǎn)換電路11相連;所述的A/D轉(zhuǎn)換電路11通過線路與單片機控制電路1相連;所述的參考信號產(chǎn)生電路6通過線路與相 敏解調(diào)電路9相連；所述的相敏解調(diào)電路9還通過線路與符號判別電路12相連;所述的符號 判別電路12通過線路與單片機控制電路1相連;所述的單片機控制電路1分別通過線路與串 口通信電路14、液晶顯示15相連。
[0011] 整個系統(tǒng)在單片機的控制下實現(xiàn)。在進行測試前，將信號接地，在零輸入的情況下 測量過程放大電路3的輸出，以便動態(tài)調(diào)零電路2對過程放大電路3的失調(diào)電壓和失調(diào)電路 進行預(yù)調(diào)整，使得零輸入零輸出。然后將信號進入前置放大電路5,然后由信號選擇電路4 (先選擇線性放大)進入過程放大電路3,再經(jīng)過相敏解調(diào)電路9進行噪聲消除，再經(jīng)過A/D轉(zhuǎn) 換電路11進入單片機控制電路1。單片機判斷輸入信號的大小，如果信號強度過小，表示本 次檢測量程無效，并再次發(fā)出命令給復(fù)位電路13,選擇非線性放大，再經(jīng)過同樣的路徑進入 單片控制電路1進行測量;如果強度適合則表示本次檢測量程有效。最后由單片機控制電路 1通過串口通訊電路14發(fā)送給上位機、通過液晶顯示電路15給顯示屏發(fā)送測量結(jié)果的顯示 信息。
[0012] 本電路為了減小對數(shù)電路的溫度影響，還設(shè)置來匹配三極管;為減小過程放大電 路3中的集成運放的直流偏置誤差和失調(diào)電壓，設(shè)置了動態(tài)調(diào)零電路2;為相敏檢測的需要 設(shè)置來正弦波信號發(fā)生電路7和參考信號產(chǎn)生電路6;為測得信號是否超量，以及選擇哪級 的電壓輸出作為AD的測量輸入，設(shè)置了飽和判別電路8。
[0013]本實施例的電路采用模擬開關(guān)切換電路分時選通，使被測電流分別通過線性放到 電路或非線性電路再通過共用過程放大電路和相敏解調(diào)電路及低通濾波電路，分量程測 量，減少了廣品的成本，提尚測量的動態(tài)范圍，提尚?目噪比從而提尚測量精度。
【主權(quán)項】
1. 一種高精度多量程微弱電流檢測系統(tǒng)，其特征在于，包括復(fù)位電路（13)、與復(fù)位電路 (13)通過線路相連的單片機控制電路（1)，所述的單片機控制電路（1)分別通過線路與動態(tài) 調(diào)零電路(2)、過程放大電路(3)、信號選擇電路(4)、前置放大電路(5)、參考信號產(chǎn)生電路 (6)、正弦波信號產(chǎn)生電路(7)相連;所述的動態(tài)調(diào)零電路(2)通過線路與過程放大電路(3) 相連;所述的過程放大電路(3)與飽和判別電路(8)相連;所述的飽和判別電路(8)通過線路 與單片機控制電路（1)相連;所述的正弦波信號產(chǎn)生電路(7)通過線路與前置放大電路(5) 相連;所述的前置放大電路(5)通過線路與信號選擇電路(4)相連，所述的信號選擇電路(4) 通過線路與過程放大電路(3)相連;所述的過程放大電路(3)通過線路與相敏解調(diào)電路(9) 相連;所述的相敏解調(diào)電路(9)通過線路與絕對值電電路（10)相連;所述的絕對值電電路 (10)通過線路與A/D轉(zhuǎn)換電路（11)相連;所述的A/D轉(zhuǎn)換電路(11)通過線路與單片機控制電 路（1)相連;所述的參考信號產(chǎn)生電路(6)通過線路與相敏解調(diào)電路(9)相連；所述的相敏 解調(diào)電路(9)還通過線路與符號判別電路（12)相連;所述的符號判別電路（12)通過線路與 單片機控制電路（1)相連;所述的單片機控制電路（1)分別通過線路與串口通信電路（14)、 液晶顯示（15)相連。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高精度多量程微弱電流檢測系統(tǒng)，包括復(fù)位電路、與復(fù)位電路通過線路相連的單片機控制電路，所述的單片機控制電路分別通過線路與動態(tài)調(diào)零電路、過程放大電路、信號選擇電路、前置放大電路、參考信號產(chǎn)生電路、正弦波信號產(chǎn)生電路相連。本發(fā)明電路采用模擬開關(guān)切換電路分時選通，使被測電流分別通過線性放到電路或非線性電路再通過共用過程放大電路和相敏解調(diào)電路及低通濾波電路，分量程測量，減少了產(chǎn)品的成本，提高測量的動態(tài)范圍，提高信噪比從而提高測量精度。
【IPC分類】G01R19/25
【公開號】CN105425025
【申請?zhí)枴緾N201510817776
【發(fā)明人】胡紅錢, 吳瑞, 唐施敏, 毛榮, 高奇峰
【申請人】浙江工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院
【公開日】2016年3月23日
【申請日】2015年11月23日