[发明专利]一种电容积分式弱电流测量的I/F变换电路

说明书

本发明公开了一种电容积分式弱电流测量的I/F变换电路，为了进一步实施上述技术方案，包括：电容积分器、电压比较器、单稳态触发器和复原脉冲电流源；其中，电容积分器、电压比较器和单稳态触发器依次相连，复原脉冲电流源分别与电容积分器和单稳态触发器相连；该变换电路能够直接将被测电流变换成与之成正比的频率信号，省去了V/F变换单元。由于电容的积分作用，测量的是某一时间间隔内电流的平均值，因此该电路对噪声和干扰具有较强的抑制能力。采用电容积分方法也省去可高值反馈电阻，向低端的测量范围也扩大了，可测到10^‑12～10^‑15A，提高了灵敏度。

技术领域

本发明涉及弱电流测量技术领域，更具体的说是涉及一种电容积分式弱电流测量的I/F变换电路。

背景技术

在核物理应用研究和测量中，经常会遇到微弱电流的测量问题。例如，电流电离室、电流工作状态下的闪烁探测器、环境剂量监测、β射线厚度计等各种核测量仪表等，都会遇到弱电流的测量问题。由于弱电流的来源不同，应用测量对象不同，弱电流不仅绝对值小，而且其变化范围也很大。弱电流的测量范围通常在10-6～10-12A之间，有时会低至10-15A。对这样的微弱电流，用常规的方法和静电计等仪器设备是无法进行测量的。

在核物理测量中，通常是将微弱电流变换为与之成正比的电压信号或频率信号来进行弱电流的测量和量化处理。常用的实现方法有两种，一种是电阻反馈式I/V变换方式，另一种是电容积分式I/F变换方式。电阻反馈式I/V变换方法是将被测弱电流通过I/V变换器变换为可观测的电压或接续V/F变换为可计数的脉冲频率。由于这种方法电路简单，调试方便，因此它的研究和应用也比较广泛。然而，电阻反馈式方法也存在一些缺点：一是测量灵敏度受反馈电阻和运算放大器输入电阻的限制，被测电流越小，要求反馈电阻和运算放大器的输入电阻越大，反馈电阻越大，高值电阻的稳定性越差，电压变换系数的稳定性也越差，还易产生震荡，反馈电阻的阻值也受运算放大器输入电阻的限制，这种方法的灵敏度为10-11A；二是对噪声和干扰比较敏感，被测电流受到任何微小的扰动都会经反馈电阻和运算放大器对变换的输出电压产生干扰。

因此，为了解决上述问题，如何提供一种电容积分式弱电流测量的I/F变换电路是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种电容积分式弱电流测量的I/F变换电路，目的在于解决现有技术中对微弱电流测量灵敏度低稳定性差等的问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种电容积分式弱电流测量的I/F变换电路，包括：电容积分器、电压比较器、单稳态触发器和复原脉冲电流源；其中，

所述电容积分器、所述电压比较器和所述单稳态触发器依次相连，所述复原脉冲电流源分别与所述电容积分器和所述单稳态触发器相连；

所述电容积分器包括第一运放和积分电容C，其中所述积分电容C跨接于所述第一运放的反相输入端和输出端之间，被测电流I从反相输入端输入，并全部经过所述积分电容C进行充电，所述第一运放的输出端与所述电压比较器的正相输入端相连；

所述电压比较器设置低阈值和双向甄别阈，所述电容积分器的输出电压超过甄别阈电压V_y触发所述电压比较器，使所述电压比较器输出产生跳变，输出周期性脉冲信号；

所述单稳态触发器的正触发输入端与所述电压比较器的输出端相连，所述单稳态触发器的控制端上连接有定时电阻R_t和定时电容C_t，所述单稳态触发器的两个输出端输出幅度与宽度均恒定的正负极性的双路脉冲，其中一个输出端与所述复原脉冲电流源的输入端相连，另一个输出端作为I/F变换电路的输出fout；