直流微电流测量的研究进展
2022年电子技术应用第7期
李爽玉，冯荣尉，贾冬宇
北京东方计量测试研究所，北京100094
摘要： 直流微电流测量技术广泛应用于核辐射检测、静电检测、空间辐射探测等领域，是一项特色极值量测量技术，涉及高阻抗运放电路设计、泄漏电流防护等多项技术。直流微电流测量技术研究主要从电阻式和电容式反馈电路着手，分析测量电路的工作原理和传递函数，重点分析漏电流、热电势、运算放大器和电阻参数对测量误差的影响，推导电路传递函数并仿真分析，最终提出减小各项参数对测量结果影响的方案。对近年来国内外直流微电流测量的方法进行了综述，分析了电流电压转换法、电流频率变换法和调制解调放大法。对国内外直流微电流测量仪器的现状进行调查，世界上出现了很多高精度的微弱电流测量仪器，使微弱信号测量得到很大的提升。
中圖分類號： TM933
文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.222584
中文引用格式： 李爽玉，馮榮尉，賈冬宇. 直流微電流測量的研究進展[J].電子技術應用，2022，48(7)：13-18.
英文引用格式： Li Shuangyu，Feng Rongwei，Jia Dongyu. Research on the progress of weak current detection[J]. Application of Electronic Technique，2022，48(7)：13-18.
文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.222584
中文引用格式： 李爽玉，馮榮尉，賈冬宇. 直流微電流測量的研究進展[J].電子技術應用，2022，48(7)：13-18.
英文引用格式： Li Shuangyu，Feng Rongwei，Jia Dongyu. Research on the progress of weak current detection[J]. Application of Electronic Technique，2022，48(7)：13-18.
Research on the progress of weak current detection
Li Shuangyu，Feng Rongwei，Jia Dongyu
Beijing Orient Institute of Measurement and Test，Beijing 100094，China
Abstract： DC micro current measurement technology is widely used in nuclear radiation detection, electrostatic detection, space radiation detection and other fields. It is a characteristic extreme value measurement technology, involving many technologies such as high impedance operational amplifier circuit design, leakage current protection and so on. The research on DC micro current measurement technology mainly starts with resistive and capacitive feedback circuits, analyzes the working principle and transfer function of the measurement circuit, focuses on the influence of leakage current, thermal potential, operational amplifier and resistance parameters on the measurement error, deduces the circuit transfer function and simulation analysis, and finally puts forward a scheme to reduce the influence of various parameters on the measurement results. This paper summarizes the DC micro current measurement methods at home and abroad in recent years, and analyzes the current voltage conversion method, current frequency conversion method and modulation, demodulation and amplification method. The current situation of DC micro current measuring instruments at home and abroad is investigated. There are many high-precision weak current measuring instruments in the world, which greatly improves the weak signal measurement.
Key words : weak current detection；preamplifier；I-V conversion；I-F conversion
0 引言
微弱信號不僅指的是幅度很小的信號，更指的是淹沒在噪聲中難以提取出的信號。對淹沒在背景噪聲中的微弱信號利用電子學和信號處理的方法進行測量，即微弱信號檢測。直流微電流也屬于微弱信號，一方面指的是其值小于10-6 A的電流，另一方面指的是淹沒在噪聲之下的電流信號[1-2]。在直流微電流檢測的過程中，前置放大器在整個測試系統(tǒng)中的十分重要，其噪聲特性和增益對測試性能具有很大的影響[3]。該項研究不但涉及電子學、儀器儀表學、電化學等，而且在醫(yī)學治療、資源探測等領域都具有非常廣泛的應用[4]。
在生物技術領域，膜片鉗技術作為現代細胞電生理研究的基本方法，廣泛應用在神經科學、細胞生物學等多學科領域研究，是一種對膜片上的離子通道的皮安級離子電流進行檢測記錄的方法。重離子腫瘤治療是當前最理想的放療方式，通過對輻照劑量的實時測量和監(jiān)控可以保證對健康組織的影響最小，此時需要通過對積分電離室輸出的電流信號進行測量，其輸出電流為納安級別。
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作者信息：
李爽玉，馮榮尉，賈冬宇
(北京東方計量測試研究所，北京100094)
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