CN105425025B - 一种高精度多量程微弱电流检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高精度多量程微弱电流检测系统，包括复位电路、与复位电路通过线路相连的单片机控制电路，所述的单片机控制电路分别通过线路与动态调零电路、过程放大电路、信号选择电路、前置放大电路、参考信号产生电路、正弦波信号产生电路相连。本发明电路采用模拟开关切换电路分时选通，使被测电流分别通过线性放大电路或非线性电路再通过共用过程放大电路和相敏解调电路及低通滤波电路，分量程测量，减少了产品的成本，提高测量的动态范围，提高信噪比从而提高测量精度。
Description
技术领域
本发明涉及一种高精度多量程微弱电流检测系统。
背景技术
人类进入信息时代后，需要获取的信息越来越多，而很大一部分信息是通过检测信号获取的。随着科学技术向微观世界的发展中，常常很多待检测的信号本身是非常微弱的。由于该部分待测信号非常微弱，当被测信号微弱到可以与噪声相比较时，往往被被噪声淹没，此时对它们的检测往往变得异常的困难，常规的检测方法无法解决。微弱信号检测就是一门利用现代电子学、信息论、和物理学，分析噪声产生的原因和规律，研究被测信号的特点和相关性，从噪声中提取有用信号的新兴技术科学。微弱信号检测在军事、生产、科研、医学等诸多领域有着非常广泛的应用，特别是在新科技革命中的生物工程技术、新材料技术、海洋技术、空间技术、智能装备等领域中需要获取的信号很多是微弱信号。例如：人体心电信号的检测，高分辨率侦察卫星，反隐形技术，高灵敏度声纳探测，精细化工分析，磁盘的弱电流恢复技术，纳米技术，生物电流分析等。为此，研究微弱信号检测技术具有重要的现实意义。
微弱电流是一种典型的微弱信号。微弱电流(小于10-6A)普遍存在于人类生活中，一直为人们所关注，随着科学领域相关研究水平的进展，对微弱电流量进行准确的自动测试提出了许多新的要求。例如在医疗方面，微弱电流疗法就是利用微弱电流刺激细胞能量合成，增强局部组织的生物电流，促进愈合；在航天方面，探测器产生的总电离量与输出电路中积累的电荷直接有关，并在某一段时间内所要测量的电路中电流是十分微弱的(通常仅在10-8～10-14安培范围内)。此外，测量半导体的反向漏电流，估计空气高层大气的电离率以及为其它许多科学领域提供资料方面，也都需要精确地测量微弱电流。
在现实生活中，其他的微弱物理量，第一步总是先转换为电流信号或电压信号。例如弱光、弱磁、弱声、微位移、微电容、微流量、微压力、微振动、微温差等，一般都是通过相应的传感器将其转换为微电流或者微电压，再经过放大器放大其幅度以期指示被测量的大小。可见，对微电流有很大的现实意义，本发明研究的一种高精度多量程微弱电流检测系统，就能解决降低产品成本，提高测量的动态范围，提高信噪比的问题。
发明内容
本发明提供了一种高精度多量程微弱电流检测系统，本发明电路采用模拟开关切换电路分时选通，使被测电流分别通过线性放大电路或非线性电路再通过共用过程放大电路和相敏解调电路及低通滤波电路，分量程测量，减少了产品的成本，提高测量的动态范围，提高信噪比从而提高测量精度。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是：
一种高精度多量程微弱电流检测系统，包括复位电路、与复位电路通过线路相连的单片机控制电路，所述的单片机控制电路分别通过线路与动态调零电路、过程放大电路、信号选择电路、前置放大电路、参考信号产生电路、正弦波信号产生电路相连；所述的动态调零电路通过线路与过程放大电路相连；所述的过程放大电路与饱和判别电路相连；所述的饱和判别电路通过线路与单片机控制电路相连；所述的正弦波信号产生电路通过线路与前置放大电路相连；所述的前置放大电路通过线路与信号选择电路相连，所述的信号选择电路通过线路与过程放大电路相连；所述的过程放大电路通过线路与相敏解调电路相连；所述的相敏解调电路通过线路与绝对值电路相连；所述的绝对值电路通过线路与A/D转换电路相连；所述的A/D转换电路通过线路与单片机控制电路相连；所述的参考信号产生电路通过线路与相敏解调电路相连；所述的相敏解调电路还通过线路与符号判别电路相连；所述的符号判别电路通过线路与单片机控制电路相连；所述的单片机控制电路分别通过线路与串口通信电路、液晶显示相连。
本发明的有益效果是：本发明电路采用模拟开关切换电路分时选通，使被测电流分别通过线性放大电路或非线性电路再通过共用过程放大电路和相敏解调电路及低通滤波电路，分量程测量，减少了产品的成本，提高测量的动态范围，提高信噪比从而提高测量精度。
附图说明
图1为本发明的电路图；
图2为本发明的信号选择电路图；
图3为本发明的过程放大电路图；
图4为本发明的动态调零电路图；
图5为本发明非线性(对数-反对数放大)电路图；
图6为本发明相敏检测电路图；
图7为本发明绝对值电路图；
图8为本发明方波产生电路图；
图9为本发明饱和判断电路图；
图10为本发明AD转换电路图。
具体实施方式
实施例1
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1-10所示，本实施例的一种高精度多量程微弱电流检测系统，包括复位电路13、与复位电路13通过线路相连的单片机控制电路1，所述的单片机控制电路1分别通过线路与动态调零电路2、过程放大电路3、信号选择电路4、前置放大电路5、参考信号产生电路6、正弦波信号产生电路7相连；所述的动态调零电路2通过线路与过程放大电路3相连；所述的过程放大电路3与饱和判别电路8相连；所述的饱和判别电路8通过线路与单片机控制电路1相连；所述的正弦波信号产生电路7通过线路与前置放大电路5相连；所述的前置放大电路5通过线路与信号选择电路4相连，所述的信号选择电路4通过线路与过程放大电路3相连；所述的过程放大电路3通过线路与相敏解调电路9相连；所述的相敏解调电路9通过线路与绝对值电路10相连；所述的绝对值电路10通过线路与A/D转换电路11相连；所述的A/D转换电路11通过线路与单片机控制电路1相连；所述的参考信号产生电路6通过线路与相敏解调电路9相连；所述的相敏解调电路9还通过线路与符号判别电路12相连；所述的符号判别电路12通过线路与单片机控制电路1相连；所述的单片机控制电路1分别通过线路与串口通信电路14、液晶显示15相连。
整个系统在单片机的控制下实现。在进行测试前，将信号接地，在零输入的情况下测量过程放大电路3的输出，以便动态调零电路2对过程放大电路3的失调电压和失调电路进行预调整，使得零输入零输出。然后将信号进入前置放大电路5，然后由信号选择电路4(先选择线性放大)进入过程放大电路3，再经过相敏解调电路9进行噪声消除，再经过A/D转换电路11进入单片机控制电路1。单片机判断输入信号的大小，如果信号强度过小，表示本次检测量程无效，并再次发出命令给复位电路13，选择非线性放大，再经过同样的路径进入单片控制电路1进行测量；如果强度适合则表示本次检测量程有效。最后由单片机控制电路1通过串口通讯电路14发送给上位机、通过液晶显示电路15给显示屏发送测量结果的显示信息。
本电路为了减小对数电路的温度影响，还设置来匹配三极管；为减小过程放大电路3中的集成运放的直流偏置误差和失调电压，设置了动态调零电路2；为相敏检测的需要设置来正弦波信号发生电路7和参考信号产生电路6；为测得信号是否超量，以及选择哪级的电压输出作为AD的测量输入，设置了饱和判别电路8。
本实施例的电路采用模拟开关切换电路分时选通，使被测电流分别通过线性放大电路或非线性电路再通过共用过程放大电路和相敏解调电路及低通滤波电路，分量程测量，减少了产品的成本，提高测量的动态范围，提高信噪比从而提高测量精度。
Claims (1)
1.一种高精度多量程微弱电流检测系统，其特征在于，包括复位电路(13)、与复位电路(13)通过线路相连的单片机控制电路(1)，所述的单片机控制电路(1)分别通过线路与动态调零电路(2)、过程放大电路(3)、信号选择电路(4)、前置放大电路(5)、参考信号产生电路(6)、正弦波信号产生电路(7)相连；所述的动态调零电路(2)通过线路与过程放大电路(3)相连；所述的过程放大电路(3)与饱和判别电路(8)相连；所述的饱和判别电路(8)通过线路与单片机控制电路(1)相连；所述的正弦波信号产生电路(7)通过线路与前置放大电路(5)相连；所述的前置放大电路(5)通过线路与信号选择电路(4)相连，所述的信号选择电路(4)通过线路与过程放大电路(3)相连；所述的过程放大电路(3)通过线路与相敏解调电路(9)相连；所述的相敏解调电路(9)通过线路与绝对值电路(10)相连；所述的绝对值电路(10)通过线路与A/D转换电路(11)相连；所述的A/D转换电路(11)通过线路与单片机控制电路(1)相连；所述的参考信号产生电路(6)通过线路与相敏解调电路(9)相连；所述的相敏解调电路(9)还通过线路与符号判别电路(12)相连；所述的符号判别电路(12)通过线路与单片机控制电路(1)相连；所述的单片机控制电路(1)分别通过线路与串口通信电路(14)、液晶显示(15)相连。
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