一种便携式微电流测量电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型一种微电流测量电路，具体指一种电化学仪器等的微电流测量电路，涉及微弱电信号的检测技术领域。其包括电阻器R1、R2、R3、R4、R5、R6、等效RX，第一运算放大器U1，第二运算放大器U2和切换开关S1及电源作电路连接；第一运算放大器U1分为两路运放U1A和U1B；Ua为U1A的输出端，Ub为U1B的正向输入端；由电阻器R1、R2、R3、R4与第一运算放大器U1A构成加法器；第一运算放大器U1B为第一跟随器，第二运算放大器U2为第二跟随器；切换开关S1一端与Ub端连接，另一端分别与电阻器R5或电阻器R6连接。本实用新型采用单电源供电，低功耗的器件，在便携式仪器中具有广阔的应用前景。
【专利说明】
一种便携式微电流测量电路
技术领域
[0001]本实用新型涉及微弱电信号的检测技术领域，具体指一种电化学仪器等的便携式微电流测量电路。
【背景技术】
[0002]随着科技发展，极限条件下的试验测量已成为进一步认识大自然的重要手段，这些试验中测量的都是一些非常弱的物理量，比如弱磁、弱声、弱光、弱振动、弱生物信号等，由于这些微弱的信号一般都是通过传感器进行I/V电量转换，使待测的弱信号转换成电信号。实际测量时，噪声和干扰无法回避，影响了测量的灵敏度和准确度。
[0003]在以研究测量pA级电流为目的，开发设计出精度为0.5级的微电流测量仪，测量的最小范围为IpA，对于pA级电流测量，测量电路无法直接捕获电流信号，需要进行I/V转换。对于转换后的电压信号需进行进一步的放大，否则会被运算放大器的失调电压、偏置电流这些直流信号干扰。问题在于，在放大捕获待测信号的同时，工频干扰、噪声、电路失调等杂质信号也同时被放大，所以需要设计出相关的后续电路加以过滤、去除。一般对于工频干扰，通过采取屏蔽、滤波即可。而对于电路失调等这些直流杂质信号的消除，成为新的研究课题。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型的目的在于消除杂波、干扰源信号，以达到精确稳定测量微弱电流，提出一种便携式微电流的测量电路。
[0005]本实用新型基于传统的I/V转换电路随着微电流的测量，会因增大反馈电阻，引起噪声，引起运放的失调，增加测量的误差，而采用加法器原理，将产生微弱电流直接流过大电阻产生对应的电压，然后经过一个微电流跟随器，达到了较好的测量效果。
[0006]本实用新型一种便携式微电流的测量电路工作原理(如附图1所示)简述如下:
[0007]一种便携式微电流的测量电路，包括电阻器Rl、R2、R3、R4、R5、R6、等效RX，第一运算放大器Ul，其中Ul分为两路运放UlA和U1B，第二运算放大器U2和切换开关SI及电源作电路连接。
[0008]所述RX为待测量电路的等效电阻器。
[0009]首先，根据加法器原理，由电阻器R1、R2、R3、R4和第一运算放大器UlA构成加法器。
[0010]所述电阻器R1、R2用以决定放大电路的电压控制增益，当R1 = R2 = R3 = R4时，第一运算放大器UlA的输出Ua = Ui+Uc。
[0011]第一运算放大器UlB为第一跟随器，Ub为第一跟随器的输入，Uc为第一跟随器的输出，则Uc = Ub。
[0012]其次，等效RX位于Ua与Ub之间。根据电流电势的流向原理，等效电阻器RX的电流由Ua流向Ub，电流为Iab，根据欧姆定律Iab= (Ua-Ub)/RX，从上述得知Ua = Ui+Uc、Ub = Uc;贝IjIab = Ui/RX。
[0013]第二运算放大器U2为第二跟随器，Ub为第二跟随器的输入，Uo为第二跟随器的输出。
[0014]根据跟随器原理110 = 1113。根据欧姆定律1^ = 1313*1?6;所以1]0 = 1313*1?6;根据上述Iab = Ui/RX，则 Uo = Ui/RX*R6。
[0015]再次，根据测量的量程设置切换开关SI，切换开关SI—端与Ub端连接，另一端与R5或R6连接。
[0016]根据Ui和RX的选择可以产生很微小的电流，流经R6，根据R6的值测量Uo可以准确测量lab。
[0017]根据运放LMC6001的特点，它最大Ib才为25fA，电流输入噪声才0.13fAATHz，能够准确检测PA级的电流检测。
[0018]综上所述，本实用新型一种便携式微电流的测量电路，采用加法器原理，将产生微弱电流直接流过大电阻产生对应的电压，然后经过一个微电流跟随器，达到了较好的测量效果。
【附图说明】
[0019]图1为本实用新型一种便携式微电流的测量电路原理图；
[0020]图2为本实用新型实施例1pA测试的效果图。
【具体实施方式】
[0021]以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步的描述
[0022 ] 实施例，在微量溶解氧中应用测量电路，包括电阻器Rl、R2、R3、R4、R5、R6、等效RX，第一运算放大器Ul，第二运算放大器U2和切换开关SI及电源作电路连接。
[0023]其中，
[0024]第一运算放大器Ul分为两路运放UlA和UlB，
[0025]由电阻器町、1?2、1?、1?4与第一运算放大器1]14构成加法器。
[0026]第一运算放大器UlB为第一跟随器，输入端为Ub，输出端为Uc。
[0027]第二运算放大器U2为第二跟随器，输入端为Ub，输出端为Uo。
[0028]切换开关SI—端与Ub端连接，另一端与R5或R6连接。
[0029]其中，Ui从600 到 800mV;
[0030]电阻器R1=R2 = R3 = R4，阻值从10ΚΩ到1ΜΩ ;电阻器R6，阻值从100K Ω到1G Ω，电源VCC，电压3.3V到15V。
[0031]所述第一运算放大器Ul，第二运算放大器U2，选择输入偏置电流较小符合fA级要求。
[0032]所述切换开关SI采用SW — SPDT。
[0033]Ua和Ub引出两个接线端子，其中，Ua端子接微量溶解氧电极的阳极，Ub端子接微量溶解氧电极的阴极;等效RX被微量溶解氧电极所替换。
[0034]当微量溶解氧电极产生的微弱电流流经电阻器R6，检测Uo便可进行微量溶解氧电流Iab的检测。
[0035]根据Iab= Uo/R6，Ui = lmV，R5 = R6 = IG Ω ;检测Uo = ImV,换算Iab = lpA。
[0036]其效果(如附图2所示)。
[0037]综上所述，本实用新型一种便携式微电流测量电路，基于加法器原理，将产生微弱电流直接流过大电阻产生对应的电压，然后经过一个微电流跟随器等的电路连接。采用单电源供电，选用普通的低功耗的器件，在便携式仪器中具有广阔的应用前景。
【主权项】
1.一种便携式微电流测量电路，其特征在于，包括电阻器Rl、R2、R3、R4、R5、R6、等效RX，第一运算放大器Ul，第二运算放大器U2和切换开关SI及电源作电路连接； 其中，第一运算放大器Ul分为两路运放UlA和UlB; Ua为UIA的输出端，Ub为UIB的正向输入端； 由电阻器町、1?2、1?3、1?4与第一运算放大器1]认构成加法器； 第一运算放大器UlB为第一跟随器，第二运算放大器U2为第二跟随器； 切换开关SI—端与Ub端连接，另一端与电阻器R5或电阻器R6连接。2.如权利要求1所述的一种便携式微电流测量电路，其特征在于， 所述电路的输入端为Ui; 所述第一跟随器的输入端为Ub，输出端为Uc; 所述第二跟随器的输入端为Ub，输出端为Uo; 所述等效RX位于Ua和Ub之间； 所述电阻器R1、R2用以决定放大电路的电压控制增益，当电阻器R1 = R2 = R3 = R4时，第一运算放大器UlA的输出Ua = Ui+Uc。3.如权利要求1或2所述的一种便携式微电流测量电路，其特征在于，所述电阻器Rl=尺2 = 1?3 = 1?4，阻值:101^到1]\^ ； 所述电阻器R5，R6阻值:100ΚΩ到1GQ ； 所述等效RX为待测量电路的等效电阻器； 所述电源VCC，电压值:3.3V到15V ； 所述第一运算放大器Ul，第二运算放大器U2，选择输入偏置电流较小符合fA级要求； 所述切换开关SI采用SW-SPDT。
【文档编号】G01R19/00GK205484500SQ201520976053
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2015年11月30日
【发明人】陈灵聪, 宋翔鹰
【申请人】上海仪电科学仪器股份有限公司, 上海雷磁环保工程有限公司