高精度数字程控微电流测量装置的研究
发布时间：2022-02-12 19:36
微弱信号测量是一门重点研究如何有效抑制各类噪声与提高信噪比的新兴学科,在诸如生物医疗器械、新型纳米材料、电化学分析以及核技术等众多领域有着广泛的应用。在核电领域,微电流检测技术是自给能探测器在线中子测量的关键技术之一,而自给能探测器是监测堆中子通量进而控制反应堆功率的重要部件,堆用自给能中子通量探测器输出信号的动态范围为pAμA,需匹配后置微电流测量电路。目前,常用微电流测量仪器结构复杂、适用性差,维护困难。难以满足核电现场监控的需要。中广核研究院与成都理工大学合作研发自给能探测器配套的信号采集与处理系统,以实现对反应堆中子通量的高精度监测。。论文的主要研究内容如下:（1）微电流测量方法研究。分析微电流测量方法的基本原理与优缺点,选择低时延、高精度的微电流测量方法,在保证测量精度的前提下尽可能地降低响应时间。（2）微电流测量电路研发。采用跨阻变换法设计微电流仪的硬件电路。微电流仪通过模拟开关切换量程,凭借数据采集电路对放大电路输出信号进行模数转换以及降噪处理,并通过总线与上位机通信。（3）微电流测量的影响因素研究。深入研究降低微电流测量精度的影响因素,采用特殊的屏...
【文章来源】：成都理工大学四川省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
KeysightB2980A系列亚飞安表
图 3-1 跨阻放大及量程切换电路图跨阻放大及量程切换电路如图 3-1 所示，采用了超低输入偏置电流的运放ADA4530-1 作为跨阻放大电路的主体部分、低漏电流模拟开关芯片 MUX36D04与各反馈电阻串联组成的电阻选择网络来实现量程的切换。（1）来自信号源的微电流通过同轴屏蔽线及 SMA 射频接头进入到运放ADA4530-1 反相输入端，正相输入端接地（即运放输入端“虚地”），运放极高的输入电阻将迫使输入电流全部流过反馈电阻并输出电压信号。（2）ADA4530-1 芯片的其他管脚接法如图 3-1，管脚 4、5 均通过各自的一阶 RC 滤波器分别接±5V 低纹波模拟电源，R5 和 C4 构成一阶低通滤波器用以滤除运放输出的尖峰噪声，管脚 7 的缓冲器接地以驱动保护环减小 PCB 板漏电流影响。（3）MUX36D04 根据两开关控制端 A0、A1 来同时选通双路 4 通道之一，本文将 B 路开关全部接地，从而当 A0、A1 输入 00~11 时，分别对应 A 路通道开关 S1~S4 的闭合导通状态。S1~S4 的 4 个通道分别接 RF1=1MΩ、RF2=10MΩ、
22图 3-2 A/D 变换原理图ADC 模数转换电路如图 3-2 所示。（1）转换电路的电源采用+5V 的单电源供电，该电源与微电流检测板的+5V源自同一线性稳压器 78L05 降压而提供。（2）微电流检测模块的电压输出信号通过 SMA 射频接头及同轴屏蔽线与模拟信号输入引脚 V1 相连实现对检测板输出信号采集。而引脚 DBx（其中x=0,1,2,…,14,15）是转换结果输出端口，用来将数字信号传输至 FPGA 处理。（3）基准电压源由 ADC 内部基准源模块提供，其值为 2.5V；通过引出REFIN/REFOUT 引脚且 REF SELECT 引脚为低电平时便可实现外接电压基准源的功能。（4）过采样功能选择引脚OS[0:2]全部外接至FPGA的可用IO，可通过FPGA来为 ADC 转换器配置不同的采样倍率。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于反馈积分法的微弱电流测量装置设计[J]. 倪宁,宋明哲,高飞,侯金兵,魏可新,肖雪夫. 核电子学与探测技术. 2017(10)
[2]半导体探测器输出电流检测系统前置放大器设计[J]. 郭子成,刘国福,吴石林,李懋. 核电子学与探测技术. 2017(07)
[3]钒自给能探测器中子响应计算方法[J]. 毕光文,汤春桃,杨波. 核技术. 2017(06)
[4]微弱电流I-V转换电路保护环设计[J]. 牛晓阳,千奕,杨海波,佘乾顺,孔洁,苏弘. 核电子学与探测技术. 2017(05)
[5]探测信噪比计算方法及原理综述[J]. 罗一涵,刘妍妍,陈科. 电声技术. 2016(06)
[6]静电计级运算放大器[J]. 今日电子. 2015(12)
[7]基于跨阻放大的微弱电容检测电路[J]. 穆林枫,张文栋,何常德,薛晨阳. 电测与仪表. 2015(18)
[8]大量程全自动阻抗测量仪研究[J]. 李文强,黄刚,杨录. 仪器仪表学报. 2014(04)
[9]基于AD7606的多通道数据采集系统设计[J]. 陶海军,张一鸣,曾志辉. 工矿自动化. 2013(12)
[10]PL2303单片机串口转USB口实现串行通信[J]. 胡家华,徐鹏,郑昌雨,周扬,梁春阳,宁宇. 单片机与嵌入式系统应用. 2013(04)
硕士论文
[1]高气压电离室微弱电流信号测量技术研究[D]. 倪宁.成都理工大学 2013
[2]基于ADuC847微电流测量仪的研究与开发[D]. 肖乐.湖南大学 2013
[3]基于隧道效应的微弱电流检测装置的设计[D]. 王静怡.南京航空航天大学 2013
本文编号：3622312
【文章来源】：成都理工大学四川省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
KeysightB2980A系列亚飞安表
图 3-1 跨阻放大及量程切换电路图跨阻放大及量程切换电路如图 3-1 所示，采用了超低输入偏置电流的运放ADA4530-1 作为跨阻放大电路的主体部分、低漏电流模拟开关芯片 MUX36D04与各反馈电阻串联组成的电阻选择网络来实现量程的切换。（1）来自信号源的微电流通过同轴屏蔽线及 SMA 射频接头进入到运放ADA4530-1 反相输入端，正相输入端接地（即运放输入端“虚地”），运放极高的输入电阻将迫使输入电流全部流过反馈电阻并输出电压信号。（2）ADA4530-1 芯片的其他管脚接法如图 3-1，管脚 4、5 均通过各自的一阶 RC 滤波器分别接±5V 低纹波模拟电源，R5 和 C4 构成一阶低通滤波器用以滤除运放输出的尖峰噪声，管脚 7 的缓冲器接地以驱动保护环减小 PCB 板漏电流影响。（3）MUX36D04 根据两开关控制端 A0、A1 来同时选通双路 4 通道之一，本文将 B 路开关全部接地，从而当 A0、A1 输入 00~11 时，分别对应 A 路通道开关 S1~S4 的闭合导通状态。S1~S4 的 4 个通道分别接 RF1=1MΩ、RF2=10MΩ、
22图 3-2 A/D 变换原理图ADC 模数转换电路如图 3-2 所示。（1）转换电路的电源采用+5V 的单电源供电，该电源与微电流检测板的+5V源自同一线性稳压器 78L05 降压而提供。（2）微电流检测模块的电压输出信号通过 SMA 射频接头及同轴屏蔽线与模拟信号输入引脚 V1 相连实现对检测板输出信号采集。而引脚 DBx（其中x=0,1,2,…,14,15）是转换结果输出端口，用来将数字信号传输至 FPGA 处理。（3）基准电压源由 ADC 内部基准源模块提供，其值为 2.5V；通过引出REFIN/REFOUT 引脚且 REF SELECT 引脚为低电平时便可实现外接电压基准源的功能。（4）过采样功能选择引脚OS[0:2]全部外接至FPGA的可用IO，可通过FPGA来为 ADC 转换器配置不同的采样倍率。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于反馈积分法的微弱电流测量装置设计[J]. 倪宁,宋明哲,高飞,侯金兵,魏可新,肖雪夫. 核电子学与探测技术. 2017(10)
[2]半导体探测器输出电流检测系统前置放大器设计[J]. 郭子成,刘国福,吴石林,李懋. 核电子学与探测技术. 2017(07)
[3]钒自给能探测器中子响应计算方法[J]. 毕光文,汤春桃,杨波. 核技术. 2017(06)
[4]微弱电流I-V转换电路保护环设计[J]. 牛晓阳,千奕,杨海波,佘乾顺,孔洁,苏弘. 核电子学与探测技术. 2017(05)
[5]探测信噪比计算方法及原理综述[J]. 罗一涵,刘妍妍,陈科. 电声技术. 2016(06)
[6]静电计级运算放大器[J]. 今日电子. 2015(12)
[7]基于跨阻放大的微弱电容检测电路[J]. 穆林枫,张文栋,何常德,薛晨阳. 电测与仪表. 2015(18)
[8]大量程全自动阻抗测量仪研究[J]. 李文强,黄刚,杨录. 仪器仪表学报. 2014(04)
[9]基于AD7606的多通道数据采集系统设计[J]. 陶海军,张一鸣,曾志辉. 工矿自动化. 2013(12)
[10]PL2303单片机串口转USB口实现串行通信[J]. 胡家华,徐鹏,郑昌雨,周扬,梁春阳,宁宇. 单片机与嵌入式系统应用. 2013(04)
硕士论文
[1]高气压电离室微弱电流信号测量技术研究[D]. 倪宁.成都理工大学 2013
[2]基于ADuC847微电流测量仪的研究与开发[D]. 肖乐.湖南大学 2013
[3]基于隧道效应的微弱电流检测装置的设计[D]. 王静怡.南京航空航天大学 2013
本文编号：3622312
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