CN110058078A - 一种基于i-f变换的电流测量电路及测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于I‑F变换的电流测量电路及测量方法，该测量电路包括用于感应电流的充电电路，用于放大充电电路感应到的电流并转换成电压的高阻运放电路，用于数据传输的多路选择电路，反向充电电路，以及数据处理电路。本发明提供的测量电路和测量方法形成闭环控制，可根据充电电路上的电流变化来实时调节，即满足了高量程的测试，又提高了低剂量反应灵敏。
Description
技术领域
本发明涉及一种测量电路及测量方法，尤其是涉及一种基于I-F变换的电流测量电路及测量方法。
背景技术
在射频测量中常常需要对变化很慢又很弱的电信号(10-7～10-15A甚至更小) 进行测量，例如，电离室输出的电流信号、光电倍增管输出的电流信号以及加速器提供的带电离子的束流等，还有再辐射场为了对工作现场的剂量控制和对环境放射性污染等方面的检测，主要是对种子的辐射测量，均属于弱电流的测量。显然，用普通的电流表是无法测量这样笑的电流的，故需要对待测电流加以放大或变换后进行测量，目前，小电流测量绝大部分都是采用以下两种方式：
1、电压直接放大测量方式，测量采用如图1所示的电路原理，主要包含：高阻、前放高阻放大器、模拟整形电路、主放高阻放大器、比较器、TTL整形电路；其测量原理是：输入小电流I通过高阻和前放放大器转换为电压V，经过模拟整形电路和主放放大器将信号放大到可测量的幅度，最后通过比较器和TTL 整形电路转换为数字信号输出，从而达到小电流的测量。
2、I-F变换电流频率测量方式，测量电路采用如图2所示的电路原理，主要包含：充电电容、前放高阻放大器、放电控制电路、比较器、TTL整形电路。其测量原理是：输入小电流I通过充电电容在经过前放高阻放大器达到一定的幅度，使比较器翻转，TTL整形电路检测到比较器翻转后触发两路输出，一路反馈用于控制放电电路，一路信号最终输出，即待测量电流。
以上两种方法均可对小电流进行测量，但存在以下问题：
1、电压直接放大测量方式，放大倍数特别大，噪声很难抑制，高阻受温度影响较大，体积大，测量精度不高。
2、I-F变换电流频率测量方式，克服了第一种电压直接放大测量方式所有缺点，而且测试稳定，量程宽，但缺点是兼顾高量程而低剂量反应不灵敏，生产调试环境要求高。
发明内容
为了解决现有技术中所存在的问题，本发明的目的在于提供一种高量程、低剂量反应灵敏高的基于I-F变换的电流测量电路。
为实现本发明的目的，在此所提供的基于I-F变换的电流测量电路包括：
充电电路，用于感应电流；
高阻运放电路，用于放大所述充电电路感应到的电流并转换成电压；
多路选择电路，用于数据传输,将高阻运放输出信号分为两路，一路输出给数据处理器，另一路用于反向充电电路，同时数据处理器通过多路选择电路控制反向充电；
反向充电电路，对充电电路进行反向充电；以及
数据处理电路，接收由所述多路选择电路输入的数据并对数据进行ADC处理、计算获得电流，并产生逻辑电平经所述多路选择电路和所述放电电路对所述充电电路进行充电。
本发明在此的第二个目的在于提供一种基于I-F变换的电流测量方法，该方法利用充电电路对电流进行感应并进行电流-电压转换，对转换获得的电压进行 ADC处理、计算获得电流，并产生逻辑电平对充电电路进行充电。
本发明的有益效果是：本发明提供的测量电路和测量方法形成闭环控制，可根据充电电路上的电流变化来实时调节，即满足了高量程的测试，又提高了低剂量反应灵敏。
附图说明
图1为现有的电压直接放大测量方式的电路原理框图；
图2为现有的I-F变换电流频率测量方式的电路原理框图；
图3为本发明所提供的电流测量电路的电路原理框图；
图4为本发明所提供的电流测量电路的电路图。
具体实施方式
在此结合附图和示例对本发明所要求保护的技术方案作进一步详细的说明。
为了解决现有的小电流测量电路低剂量反应不灵敏的问题，本发明在此提供了一种高量程、低剂量反应灵敏高的基于I-F变换的电流测量电路。
在此提供的测量电路的电路原理如图3所示，其包括了用于感应电流的充电电路，用于放大充电电路感应到的电流并转换成电压的高阻运放电路，用于数据传输的多路选择电路，反向充电电路，以及数据处理电路。接通电源，当电离室检测到有射线产生一定量的负电流加载于充电电路上，由于电流比较微弱，充电电路上的电压缓慢下降，形成一条缓慢下降的充电斜线，经高阻运放电路反向后，生成一条从缓慢上升的充电斜线，充电斜线通过多路选择电路传输至数据处理电路，数据处理电路对接收到的数据进行ADC处理、计算获得电流，并产生逻辑电平经控制反向充电电路对充电电路进行反向充电，使充电电路上形成一个周而复始的锯齿波充电电压。
本发明所提供的测量电路可以用于测量电离室输出的电流信号、光电倍增管输出的电流信号、加速器提供的带电离子的束流、辐射测量等，用于测量辐射量时，当充电斜线的斜率发生变化时，即检测到相关小电流(即存在射线)，通过数据处理电路计算即可得到相当的辐射剂量。
本发明所记载测量电路中的充电电路、高阻运放电路、多路选择电路、反向充电电路、以及数据处理电路可以采用现有的任何一种，在此分别采用以下电路结构：
充电电路由电容C1构成，高阻运放电路由高阻运算放大器U1构成，反向充电电路由开关管Q1构成，多路选择器由U2构成，数据处理电路由可编程单片机 U3构成，具体电路连接关系如图4所示。
电容C1的第一极板与高阻运算放大器U1连接并作为输入端lin，电容C1 的第二极板经电阻R18接地，还经电容C17接多路选择器U2，高阻运算放大器 U1的输出端还经电阻R18接地；多路选择器U2与单片机U3之间通信连接，实现数据传输。多路选择器U2的信号输出端还通过三极管Q1与电容C1的第一极板连接。
上电工作后，当电离室检测到有射线时产生一定量负电流加载于输入端 lin，通过电容C1、电阻R18向电容C1进行反向充电，由于电流比较微弱，电容C1的电压将从+0V缓慢下降，经过高阻运算放大器U1反向后，生成一条从+0V 缓慢上升的充电斜线，充电斜线通过多路选择器U2传送到单片机U3的内部ADC 实时采样并进行分析，当充电斜线的斜率发生变化时，即检测到相关的的射线，通过单片机相应的算法得到相当的辐射剂量，同时单片机U3产生一逻辑电平通过U2、开关管Q1将缓慢上升的充电斜线通过多路选择器U2、开关管Q1和电阻 R18加载于电容C1的第一极板上向电容C1反向充电，从而在电容C1的第一极板上形成一个周而复始的锯齿波充电电压，电离室根据检测到射线的多少产生不同斜率的充电曲线，通过对充电曲线斜率的分析计算得到相应的剂量，从而完成辐射检测。
在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (7)
1.一种基于I-F变换的电流测量电路，其特征在于：该电路包括，
充电电路，用于感应电流；
高阻运放电路，用于放大所述充电电路感应到的电流并转换成电压；
多路选择电路，用于数据传输,将高阻运放输出信号分为两路，一路输出给数据处理器，另一路用于反向充电电路，同时数据处理器通过多路选择电路控制反向充电；
反向充电电路，对充电电路进行反向充电；以及
数据处理电路，接收由所述多路选择电路输入的数据并对数据进行ADC处理、计算获得电流，并产生逻辑电平经所述多路选择电路和所述反向放电电路对所述充电电路进行反向充电。
2.根据权利要求1所述的基于I-F变换的电流测量电路，其特征在于：所述充电电路为电容C1。
3.根据权利要求1所述的基于I-F变换的电流测量电路，其特征在于：所述高阻运放电路包括高阻运放放大器。
4.根据权利要求1所述的基于I-F变换的电流测量电路，其特征在于：所述数据处理电路为单片机。
5.一种基于I-F变换的电流测量方法，其特征在于：该方法利用充电电路对电流进行感应并进行电流-电压转换，对转换获得的电压进行ADC处理、计算获得电流，并产生逻辑电平对充电电路进行充电。
6.根据权利要求5所述的基于I-F变换的电流测量方法，其特征在于：所述充电电路为电容C1。
7.根据权利要求5所述的基于I-F变换的电流测量方法，其特征在于：所述逻辑电平经反向充电电路加载于所述充电电路上。
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