微电流检测方法的研究

发布时间：2017-04-23 01:05

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【摘要】： 本论文的目的是研究并实现对pA级微弱直流电流的高精度检测。微电流即微弱电流，属于“微弱信号”范畴。微弱信号是指幅度很微小的信号，而更广义的是指被噪声淹没的信号。微弱是相对于噪声而言的。所以只靠放大并不能检测出微弱信号，只有在有效地抑制噪声的条件下增大微弱信号的幅度，才能提取出有用信号。因此，必须研究微弱信号检测的理论、方法和设备，包括噪声的来源和性质，分析噪声产生的原因和规律以及噪声的传播途径，有针对性地采取有效措施抑制噪声。微弱信号检测技术在许多领域具有广泛的应用，例如军事侦察、物理学、化学、电化学、生物医学、天文学、地学、磁学等。随着科学技术的发展，对微弱信号进行检测的需要日益迫切，微弱信号检测是发展高新技术、探索及发现新的自然规律的重要手段，对推动相关领域的发展具有重要的意义。 本文在查阅了多种文献的基础上，首先研究了噪声的种类、特性及其传播的机理和有关元器件的噪声模型，总结了一系列低噪声设计原则，并结合本课题(直流微电流检测)，，采取了相应的设计原则和措施。本着高精度、寿命长、成本低、电路简单等原则采取了合适的检测方法，建立了检测模型，并在实验中进行了积极的探索和总结。依据有关噪声模型及一系列低噪声设计原则，计算电路参数、选择元器件。在电路板低噪声设计(布线)、清洁、干燥、元器件组装、防漏电、防尘防潮、屏蔽与接地等方面也进行了耐心细致的工作。 实验结果表明，本实验的测试精度可控制在±0.005 pA(±5 fA)，1pA、2pA输入电流测试结果的平均值在1小时时间内的漂移量不大于0.0065 pA(6.5 fA)，3pA输入电流测试结果的平均值的漂移量仅为0.002 pA(2 fA)。
【关键词】：微弱信号 噪声抑制 抗干扰 差动放大 屏蔽 接地 稳定性
【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TM933.1
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 前言7-9
• 1 绪论9-13
• 1.1 课题背景及意义9
• 1.2 微弱电流检测的国内外现状9-10
• 1.3 典型微电流测量方法概述10-12
• 1.3.1 开关电容积分法10-11
• 1.3.2 运算放大器(+T型电阻网络+单片机)11
• 1.3.3 场效应管+运算放大器(+T型电阻网络+单片机)11-12
• 1.3.4 其他方法12
• 1.4 课题的目的12-13
• 2 总体设计方案13-15
• 3 噪声分析15-27
• 3.1 噪声定义和分类15-17
• 3.1.1 噪声定义15
• 3.1.2 噪声分类15-17
• 3.2 噪声的特性17-19
• 3.2.1 随机噪声的统计特性17-18
• 3.2.2 噪声的频谱分布18-19
• 3.3 随机噪声的等效噪声带宽19
• 3.4 放大器噪声分析19-23
• 3.4.1 电子系统内部的固有噪声源19-21
• 3.4.2 放大器的噪声系数21-22
• 3.4.3 最佳源电阻与噪声匹配22-23
• 3.4.4 运算放大器的噪声特性23
• 3.5 干扰噪声耦合途径23-27
• 3.5.1 传导耦合23
• 3.5.2 公共阻抗耦合23-24
• 3.5.3 电容性耦合24
• 3.5.4 电感性耦合24-25
• 3.5.5 电源耦合25
• 3.5.6 电磁辐射耦合25-27
• 4 低噪声放大器设计原则及措施27-51
• 4.1 元器件选择27-32
• 4.1.1 有源器件(放大器)的选取27-29
• 4.1.2 电阻及电位器的选取29-31
• 4.1.3 电容器的选取31-32
• 4.2 线路板低噪声技术32-37
• 4.2.1 防漏电技术32-35
• 4.2.2 布线技术35-36
• 4.2.3 PCB可靠性布局36
• 4.2.4 PCB电磁兼容设计36-37
• 4.3 屏蔽与接地技术37-47
• 4.3.1 电磁屏蔽37-45
• 4.3.2 接地技术45-47
• 4.4 安装及其他低噪声设计47-51
• 5 实验及数据分析51-68
• 5.1 实验概况及相关情况说明51-55
• 5.1.1 实验信号源及供电电源51-53
• 5.1.2 实验地点及时间选择53
• 5.1.3 实验时段及其成果53-55
• 5.2 实验第一时段典型现象及数据分析55-57
• 5.3 电路第一次整改方案57-58
• 5.4 实验第二时段典型现象及数据分析58-60
• 5.5 电路第二次整改方案60-62
• 5.6 实验第三时段典型现象及数据分析62-68
• 结论68-72
• 致谢72-73
• 参考文献73-75
• 附录75-78
• 附录 A 实验现场图片75-76
• 附录 B I-V转换电路的噪声增益76-77
• 附录 C 双运算放大器组成的特定电路77-78
• 在校学习期间所发表的论文78

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 张贵宇;庹先国;王洪辉;奚大顺;张兆义;;飞安级微弱电流C、R测量法性能对比及改进[J];电测与仪表;2011年12期

2 段俊萍;;电路实现微弱电流检测[J];国外电子测量技术;2009年03期

3 黄年龙;吴明赞;李竹;;基于有限元法的孔缝结构矩形腔屏蔽效能数值仿真[J];电子器件;2013年05期

4 郭松野;王东兴;王翠娟;汪广羊;;有机静电感应三极管交流小信号检测电路设计[J];哈尔滨理工大学学报;2010年02期

5 谷志新;王述洋;徐凯宏;吕雄飞;;单片机测量微弱电流信号的设计[J];机电产品开发与创新;2010年03期

6 赵胜强;秦浩;;一种用于产品检测的微电流测试方法[J];自动化仪表;2010年11期

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1 闫行;微弱电流信号检测系统的设计[D];中北大学;2011年

2 周佩丽;光电离型和红外光谱吸收型气体传感器中微弱信号检测技术研究[D];中北大学;2011年

3 顾睿风;九十六通道电化学仪设计研究[D];南京理工大学;2011年

4 陈卫华;LED路灯照度检测系统设计[D];杭州电子科技大学;2012年

5 杜妙璇;外场调控反铁电材料相变脉冲电流效应及检测方法研究[D];中北大学;2012年

6 王利民;基于S3C2410的嵌入式氢气浓度监测系统[D];重庆大学;2010年

7 于亚男;位置敏感探测器的微弱光电流检测系统研究[D];武汉理工大学;2012年

8 乔莎;半波直流电流检测方法及实现[D];济南大学;2012年

9 黄年龙;智能检测仪中微弱信号处理方法的研究[D];南京理工大学;2013年

10 陈小涛;船舶生活污水大肠杆菌快速检测系统研究[D];大连海事大学;2013年

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本文编号：321572