[实用新型]一种用于电容积分型微弱电流测量电路的低漏电流复位器

说明书

本实用新型属于微弱电流测量技术领域，具体涉及一种用于电容积分型微弱电流测量电路的低漏电流复位器，连接在对待测微弱电流(1)进行测量的电容积分型微弱电流测量电路(2)上，包括复位电流电路(3)、多路复用器(4)、D/A转换器(5)、电压跟随器(6)、逻辑控制单元(7)；电压跟随器(6)能复制待测微弱电流(1)的电压作为复位电流电路(3)的关断电压，D/A转换器(5)能为复位电流电路(3)提供极性和大小能调节的导通电压；还包括控制多路复用器(4)选择输出关断电压或导通电压、控制D/A转换器(5)输出的导通电压的极性和大小的逻辑控制单元(7)。本实用新型能大幅提升电容积分型微弱电流测量电路系统的测量下限及最小分辨力。

技术领域

本实用新型属于微弱电流测量技术领域，具体涉及一种用于电容积分型微弱电流测量电路的低漏电流复位器。

背景技术

一般将nA(10^-9A)量级以下的电流称为微弱电流。在辐射探测、电化学、新型材料等领域的科学研究工作中，经常需要进行微弱电流测量。微弱电流测量难点不仅仅在于待测量的信号幅度非常小，还由于它极容易受到各种类型干扰，有时甚至会被干扰噪声淹没。干扰源的类型不仅仅是电子学噪声，还有电场、磁场和电磁场，甚至机械振动产生的摩擦生电效应，施加外力产生的压电效应，电化学物质与湿气混合形成的电化学噪声和绝缘材料引入的漏电流都会严重影响微弱电流的测量结果，甚至使测量无法正常进行。尤其在进行pA(10^-12A)级乃至fA(10^-15A)级的微弱电流测量时，这些影响尤其明显。目前微弱电流的测量方法主要有两大类：

一类是I-V变换法，该方法通过高值电阻(根据待测量电流的大小，通常在10⁹Ω量级至10¹¹Ω量级)，将待测量微弱电流信号转换为较易测量的电压信号，通过公式便可以计算出电流值；

另一类是电容积分法(采用该法的电容积分型微弱电流测量电路见图1)，该方法利用积分电容收集电荷，随着电荷在电容极板上的积累，电容两端的电压逐渐增加，通过计算一定时间内在已知容值电容端电压的变化率，通过公可以计算出该段时间内电流的平均值。由于电容相对高值电阻的稳定性更好、温度系数更低，并且电容通过积分的方式可以抑制部分类型电子学噪声和外部干扰的影响。因此，电容积分法较I-V变换法更加适合应用于测量精度较高的场合，如电离辐射计量领域中广泛使用基于电容积分法的测量装置完成各种类型电离室输出微弱电离电流信号的测量。

基于电容积分法的测量方案中，一个重要的过程是释放电容上积累的电荷，以便进行下一次测量。为了释放这部分电荷，需要加入额外的复位装置。目前，复位装置的实现形式主要通过开关方式和电流源方式两种类型。开关方式，即使用开关与积分电容并联，当开关导通时电容两端短接释放电荷。该方法结构简单，但因对开关断开时引入的漏电流有较高要求，常用的晶体管式开关无法满足要求，故一般采用机械式的干簧管继电器作为开关。该方法的缺点一是由于电容积累了大量电荷继电器导通放电的瞬间会形成大的电流冲击，该电流冲击可能会造成芯片损坏，二是机械式继电器断开瞬间会因机械接触与摩擦产生电荷，积分电容收集后产生电压变化，而产生的电荷量不可控，故会对测量产生影响。因此，一般较多采用电流源方式，该方法使用恒流源输出与输入电流极性相反的电流对电容进行反向充电，使积分电容的电荷完成释放，恒流源电路大多由场效应管或晶体管组成，其组成的恒流源电路关断时的电位与输入端存在电位差，如辐射探测领域中经常使用的电离室其电荷收集极(即电流输出端)电位常在几十毫伏，与恒流源关断时的零电位(或PN结反向偏置电位)存在较大的电位差，该电位差会形成漏电流，多为pA级(10^-12A)甚至nA(10^-9A)级，该漏电流不仅会产生测量误差，更会影响测量电路的测量下限和最小分辨能力。

实用新型内容