基于電流頻率變換法的微弱電流測(cè)量電路

趙 旭倪 寧張慶賢高 飛胡 倩

1（成都理工大學(xué)地學(xué)核技術(shù)四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 成都 610059）

2（中國(guó)原子能科學(xué)研究院核技術(shù)綜合所 北京 102413）

通常將nA量級(jí)以下的電流稱為微弱電流。在核技術(shù)應(yīng)用［1］、電離輻射探測(cè)［2?3］、航空航天［4］、新型材料等領(lǐng)域經(jīng)常需要開展微弱電流信號(hào)的測(cè)量，而微弱電流測(cè)量電路的性能在很大程度上決定儀器靈敏度和分辨率［5］。微弱電流測(cè)量的難點(diǎn)在于待測(cè)信號(hào)幅度小且極易受到各類干擾源（電子學(xué)噪聲、機(jī)械振動(dòng)的摩擦電效應(yīng)、外界電磁場(chǎng)、電化學(xué)效應(yīng)等）影響［6］，不僅會(huì)產(chǎn)生測(cè)量誤差，還有可能致使測(cè)量無法進(jìn)行。此外，上述應(yīng)用領(lǐng)域的測(cè)量任務(wù)中待測(cè)微弱電流信號(hào)范圍經(jīng)常跨越多個(gè)數(shù)量級(jí)，如電離輻射探測(cè)中通常需要測(cè)量的微弱電流范圍為10?15~10?8A［7］。此外，有時(shí)因?yàn)閼?yīng)用環(huán)境（溫度、濕度）與應(yīng)用場(chǎng)景需求（小空間）的差異對(duì)電路環(huán)境適應(yīng)性和體積有一定要求，這就導(dǎo)致廣泛使用的基于大體積高值電阻的I-V（電流-電壓）變換法無法使用。針對(duì)基于高值電阻的I-V變換微弱電流測(cè)量電路體積大、濕度敏感度高、高絕緣繼電器工作溫度范圍較小的問題［8］，本文為輻射防護(hù)場(chǎng)所監(jiān)測(cè)高氣壓電離室型劑量?jī)x設(shè)計(jì)了一種采用電容積分方式，通過積分電路、復(fù)位電路和邏輯電路將待測(cè)微弱電流轉(zhuǎn)換為數(shù)字脈沖頻率信號(hào)的小體積、寬量程、高精度微弱電流測(cè)量電路。

1 測(cè)量電路工作原理

基于I-F變換法的微弱電流測(cè)量電路示意圖如圖1所示。待測(cè)微……