一种用于微电流信号的检测装置的制作方法

本发明涉及信号检测技术领域，尤其涉及一种用于微电流信号的检测装置。

背景技术：

微电流作为打开电子测试微观领域的一把钥匙，在安全检测、ph值检测、医疗检测领域得到了广泛应用，其探索的电流从ua、na到pa、fa甚至单个电子。

基于faims(非线性离子迁移谱)技术的炸药/毒品检测设备，在离化源将被检测粒子电离和带电离子，通过气路气流和迁移电场的作用，富集在检测电极，从而形成微弱的电流信号，其电流量在pa级别。

传统微电流信号检测装置电路信号抗干扰能力差，波形失真度高，并且信号采集屏蔽部分体积庞大，导致信号输入输出部分的空间利用率低，对爆炸物检测仪器的检测精度、检测物种类和检测误报警率具有较大影响。因此，现在亟需一种用于微电流信号的检测装置来解决上述问题。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明实施例提供一种用于微电流信号的检测装置。

本发明实施例提供了一种用于微电流信号的检测装置，包括微电流信号采集端口、微电流信号放大电路和屏蔽外壳，其中：

所述微电流信号采集端口，用于对微电流信号中的干扰噪声进行屏蔽，得到屏蔽干扰噪声后的微电流信号，所述微电流信号采集端口的输出端连接所述微电流信号放大电路；

所述微电流信号放大电路，设置在所述屏蔽外壳内部，用于对屏蔽干扰噪声后的微电流信号进行放大处理，得到目标微电流信号，以根据所述目标微电流信号获取信号检测结果；

所述屏蔽外壳，用于为所述微电流信号放大电路屏蔽干扰信号。

进一步地，所述微电流信号放大电路包括第一放大电路模块和第二放大电路模块，其中：

所述第一放大电路模块是由第一电阻、第二电阻、第三电阻、第五电阻、第七电阻、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容和第一运算放大器组成；

所述第二放大电路模块是由第四电阻、第六电阻、第八电阻、第二运算放大器组成。

进一步地，所述屏蔽外壳包括第一屏蔽外壳和第二屏蔽外壳，其中：

所述第一屏蔽外壳，用于为所述第一放大电路模块屏蔽干扰信号，所述第一放大电路模块设置在所述第一屏蔽外壳内部；

所述第二屏蔽外壳，用于为所述微电流信号放大电路进行信号屏蔽，所述第一放大电路模块、所述第二放大电路模块和所述第一屏蔽外壳设置在所述第二屏蔽外壳内部。

进一步地，所述第一屏蔽外壳为金属材质，所述第二屏蔽外壳为铝制材质，其中，所述第一屏蔽外壳与所述微电流信号放大电路的板卡pcb地信号连接，所述板卡pcb地信号的固定孔固定设置在所述第二屏蔽外壳的底部，以使得所述第二屏蔽外壳连接接地。

进一步地，所述第一放大电路模块中设置有保护环，所述保护环是通过对所述第一放大电路模块的输入端进行guarding环处理得到。

进一步地，所述微电流信号采集端口为mmcx连接器。

进一步地，所述mmcx连接器的接口直径不大于5mm，阻抗为50欧姆。

本发明实施例提供的用于微电流信号的检测装置，在对微电流信号进行检测时，具有更高的检测精度，对外界干扰信号具有更好的抗干扰能力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的用于微电流信号的检测装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的微电流信号放大电路的电路示意图；

图3为本发明实施例提供的第一屏蔽外壳的示意图；

图4为本发明实施例提供的第二屏蔽外壳的示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例提供的用于微电流信号的检测装置的结构示意图，如图1所示，本发明实施例提供了一种用于微电流信号的检测装置，包括微电流信号采集端口101、微电流信号放大电路102和屏蔽外壳103，其中：

所述微电流信号采集端口101，用于对微电流信号中的干扰噪声进行屏蔽，得到屏蔽干扰噪声后的微电流信号，所述微电流信号采集端口101的输出端连接所述微电流信号放大电路102。

在本发明实施例中，通过微电流信号采集端口101采集微电流信号，可对pa(皮安)级别微电流信号中的工频电磁场、尖峰脉冲、射频噪声和机械噪声等干扰噪声进行屏蔽，从而得到屏蔽干扰噪声后的微电流信号。

所述微电流信号放大电路102，设置在所述屏蔽外壳103内部，用于对屏蔽干扰噪声后的微电流信号进行放大处理，得到目标微电流信号，以根据所述目标微电流信号获取信号检测结果。

在本发明实施例中，微电流信号放大电路102通过对屏蔽干扰噪声后的微电流信号进行放大处理，从而输出稳定的标准信号电压，即目标微电流信号，以使得后续的检测电路对目标微电流信号进行检测。

所述屏蔽外壳103，用于为所述微电流信号放大电路102屏蔽干扰信号。在本发明实施例中，屏蔽外壳103对外界的干扰信号进行屏蔽，使得微电流信号放大电路102在进行放大处理时，抗干扰能力更强。

本发明实施例提供的用于微电流信号的检测装置，在对微电流信号进行检测时，具有更高的检测精度，对外界干扰信号具有更好的抗干扰能力。

在上述实施例的基础上，图2为本发明实施例提供的微电流信号放大电路的电路示意图，可参考图2所示，在本发明实施例中，所述微电流信号放大电路包括第一放大电路模块1021和第二放大电路模块1022，其中：

所述第一放大电路模块1021是由第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第五电阻r5、第七电阻r7、第一电容c1、第二电容c2、第三电容c3、第四电容c4和第一运算放大器组成u1a；具体地，第一电阻r1的第一端连接第一电容c1的第二端、第二电阻r2的第二端、第三电阻r3的第一端和第二电容的第一端，第一电阻r1的第二端接地，第一电容的第一端连接第二电阻r2的第一端、第五电阻r5的第二端和第一运算放大器u1a的第一输入端，第三电阻r3的第二端连接第二电容c2的第二端、第一运算放大器uia的输出端和第二放大电路模块1022的输入端，第三电容c3的第一端接地，第三电容c3的第二端连接驱动电源的负极和第一运算放大器uia的第一驱动端，第四电容c4的第一端接地，第四电容c4的第二端连接驱动电源的正极和第一运算放大器uia的第二驱动端，第五电阻r5的第一端连接第一放大电路模块1021的输入端，第七电阻r7的第一端接地，第七电阻r7的第二端连接第一运算放大器u1a的第二输入端。

进一步地，所述第二放大电路模块1022是由第四电阻r4、第六电阻r6、第八电阻r8、第二运算放大器u1b组成。可参考图2所示，在本发明实施例中，第六电阻r6的第一端连接第一放大电路模块1021的输出端，第六电阻r6的第二端连接第四电阻r4的第一端和第二运算放大器u1b的第一输入端，第四电阻r4的第二端连接第二运算放大器u1b的输出端和微电流放大电路的输出端，第八电阻r8的第一端接地，第八电阻r8的第二端连接第二运算放大器u1b的第二输入端。

在本发明实施例中，可参考图2所示，第一放大电路模块1021和第二放大电路模块1022组成的t型电阻网络结构的i-v转化电路，通过较小的阻值获取较高的灵敏度。具体地，在本发明实施例中，第二电阻r2为0603型，阻值范围800mω至1gω；第一电阻r1为0603型，阻值范围10至100k；第三电阻r3为0603型，阻值范围47至470k；第五r5、第七电阻r7和第八电阻r8为0603型，阻值均为10k；第六电阻r6为0603型，阻值100k；第四电阻r4为0603型，阻值范围100至900k；第一电容c1为0603型，容值范围10至100pf；第二电容c2、第三电容c3和第四电容c4为0603型，容值均为100nf；

当第二电阻r2》第三电阻r3时，相应的输入输出关系为：

vo＝-iir2(1+r3/r1)；

响应时间常数关系为：

τ＝r2×c1；

本发明实施例提供的第一放大电路模块1021和第二放大电路模块1022，采用ti的超低输入偏置电流运放芯片，反馈电阻的选择上仅为mω级别，在减小了温漂误差的同时，获得较高的输入电阻和较大的放大倍数，进一步通过分析电路环路的可靠性，确定电路稳定的条件以及环路补偿电路，解决了电路带宽的影响因素，降低了检测波形失真度。再通过后级的滤波电路，可稳定输出用于信号检测的标准信号电压，即目标微电流信号，从而完成对微电流的检测。

在上述实施例的基础上，所述屏蔽外壳包括第一屏蔽外壳和第二屏蔽外壳，其中：

所述第一屏蔽外壳，用于为所述第一放大电路模块屏蔽干扰信号，所述第一放大电路模块设置在所述第一屏蔽外壳内部；

所述第二屏蔽外壳，用于为所述微电流信号放大电路进行信号屏蔽，所述第一放大电路模块、所述第二放大电路模块和所述第一屏蔽外壳设置在所述第二屏蔽外壳内部。

在本发明实施例中，图3为本发明实施例提供的第一屏蔽外壳的示意图，可参考图3所示，将第一放大电路模块设置在第一屏蔽外壳301内部，从而对输入到第一放大电路模块中的微电流信号进行局部保护；图4为本发明实施例提供的第二屏蔽外壳的示意图，可参考图4所示，第二屏蔽外壳401将整个电路板包裹在其中，仅将微电流信号采集端口的输入端402露出，从而对微电流信号放大电路进行整体信号保护。

进一步地，在上述实施例的基础上，所述第一屏蔽外壳301为金属材质，所述第二屏蔽外壳401为铝制材质，具有抗干扰能力强，模块化程度高、外观质量轻和体积小巧等特点。其中，可参考图4所示，所述第二屏蔽外壳401为矩形结构，规格为45×13×28mm，第一屏蔽外壳与所述微电流信号放大电路的板卡pcb地信号连接，所述板卡pcb地信号的固定孔403固定设置在所述第二屏蔽外壳401的底部，以使得所述第二屏蔽外壳401连接接地，在本发明实施例中，所述第二屏蔽外壳401的底部设置有4个固定孔403，使得第二屏蔽外壳401具有良好的接地。

本发明实施例通过设置两组干扰信号屏蔽外壳，提高了波形抗干扰能力，为爆炸物检测仪器的数据处理提供了更加有效的数据支持，在提高设备检测精度的同时，提高了炸药样品的检测分辨率。

在上述实施例的基础上，所述第一放大电路模块中设置有保护环，所述保护环是通过对所述第一放大电路模块的输入端进行guarding环处理得到。

现有的信号传输使用屏蔽电缆实现干扰信号屏蔽，通常会将屏蔽层接地，从而导致引入了屏蔽电容，即输入引线与屏蔽层的寄生电容，该屏蔽电容会影响电路的运算精度及稳定性，导致pa级的电流容易被其淹没掉。在本发明实施例中，可参考图2所示，将屏蔽层(第一放大电路模块1021)输入端作归环设置，即进行guarding环处理，从而可以避免产生寄生电容。

在上述实施例的基础上，所述微电流信号采集端口为mmcx连接器。

在上述实施例的基础上，所述mmcx连接器的接口直径不大于5mm，阻抗为50欧姆。

在对微电流信号进行放大处理之前，需要输入一个稳定且低噪的信号电流源。现有的微电流信号输入端，通常采用bnc射频同轴电缆连接器作为信号输入接口，进行信号输入及屏蔽，该接口外接地屏蔽层围绕中心导体，保证微弱信号的良好传输。然而，bnc射频同轴电缆连接器的体积较大，对应的线材较粗、较硬和弯折度较低，对于在内部结构紧凑的便携式设备，导致其内部空间利用率较低。在本发明实施例中，微电流信号采集端口为50欧姆阻抗的mmcx连接器，截止频率dc-6ghz，接口直径不大于5mm，可选地，接口接插曲折度90°或180°。本发明实施例提供的用于微电流信号的检测装置，具有体积小巧，接插方便等特点，其线材柔性更好，可以适合小空间内的弯折和拓展。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。