CN202013377U - 超微电流检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种超微电流检测装置，包括可编程增益放大模块、调整模块、模/数转换模块和控制模块。可编程增益放大模块具有控制端、零点偏差提取端、检测信号输入端和模拟信号输出端，检测信号输入端与待测单元相连，可编程增益放大模块根据控制端接收到的控制信号设置放大倍数。调整模块包括第一放大器，第一放大器的同相输入端与可编程增益放大模块的零点偏差提取端相连，第一放大器的输出端分别与第一放大器的反相输入端和待测单元相连。模/数转换模块与可编程增益放大模块相连。控制模块分别与模/数转换模块和可编程增益放大模块相连。本实用新型提供的超微电流检测装置，能消除零点偏差，自动调节增益，提高了超微电流检测效果。

Description

超微电流检测装置

技术领域

本实用新型涉及精密仪器检测领域，尤其涉及一种超微电流检测装置。

背景技术

科学研究、教学实验和生产实践中存在着大量的微弱电流信号，在静电研究、材料测试、电力设备在线监测、光电互感器等应用与测试中常常需要对这些微弱电流信号进行测量。现有技术的电流测量中，一般是将电流表串联到被测回路中，理想状态下，电流表的接入不会引起任何误差，但是在实际的测量中，电流表的接入将改变电路的参数，从而将会带来的测量误差。在用电流表测量电流时，电流表的内阻越小或测量时的压降越小对被测量电路的影响就越小。微弱电流信号极容易受到环境因素的干扰，甚至被淹没在背景噪声中。当电流小到1nA时，即为超微电流时，测量就变的十分困难，而且现有技术的电流表的内阻非常大并有非常大的电感，对被测电路影响非常大，无法对微弱电流信号进行测量。

实用新型内容

本实用新型提供一种超微电流检测装置，以提高对超微电流的检测效果。

本实用新型实施例提供一种超微电流检测装置，包括：

可编程增益放大模块，具有控制端、零点偏差提取端、检测信号输入端和模拟信号输出端，所述检测信号输入端与待测单元相连，所述可编程增益放大模块根据所述控制端接收到的控制信号设置放大倍数，将所述检测信号输入端接收到的检测信号，按照所述放大倍数放大后生成输出电压信号，将所述输出电压信号通过所述模拟信号输出端输出；

调整模块，包括第一放大器，所述第一放大器的同相输入端与所述可编程增益放大模块的零点偏差提取端相连，所述第一放大器的输出端分别与所述第一放大器的反相输入端和所述待测单元相连；

模/数转换模块，与所述可编程增益放大模块相连，所述模/数转换模块将接收到的所述输出电压信号进行摸/数转换处理后，生成数字信号；

控制模块，分别与所述模/数转换模块和所述可编程增益放大模块相连，所述控制模块根据所述数字信号生成所述控制信号，并将所述数字信号输出。

如上所述的超微电流检测装置，还包括：

基准电压模块，包括基准单元、调零单元和稳压单元，所述基准单元、所述调零单元和所述稳压单元依次连接，所述调零单元将所述基准单元产生的基准电压调整成绝对零基准电压，所述稳压单元将所述绝对零基准电压经过稳压处理后生成所述恒定电压信号；相应地，

所述可编程增益放大模块还具有基准端，所述基准端与所述稳压单元相连。

如上所述的超微电流检测装置，还包括：

采样电阻，连接在所述检测信号输入端与所述待测单元之间。

如上所述的超微电流检测装置，还包括：

屏蔽罩，所述待测单元设置在所述屏蔽罩中。

如上所述的超微电流检测装置，所述调整模块还包括：

第二放大器，所述第二放大器的同相输入端与地接点相连，所述第二放大器的反相输入端通过第一电阻与所述第一放大器的输出端相连，所述第二放大器的输出端通过第二电阻与所述第二放大器的反相输入端相连，且与所述屏蔽罩相连。

如上所述的超微电流检测装置，其中，

所述检测信号输入端通过第一银线与所述待测单元相连。

如上所述的超微电流检测装置，其中，

所述屏蔽罩通过第二银线与所述第二放大器的输出端相连。

如上所述的超微电流检测装置，其中，

所述第一银线和所述第二银线的外侧均包裹有屏蔽层。

如上所述的超微电流检测装置，还包括：

显示模块，与所述控制模块相连，所述显示模块将从所述控制模块接收到的所述数字信号显示。

本实用新型提供的超微电流检测装置，通过可编程增益放大模块的设置，可以实现增益的自动调节，以实现对超微电流的检测。而且通过调整模块的设置，可以对待测单元的入口导线的零点偏差进行消除，提高了对超微电流的检测效果。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种超微电流检测装置结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的另一种超微电流检测装置结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的再一种超微电流检测装置结构示意图

附图标记：

11-可编程增益放大模块；12-调整模块；      13-模/数转换模块；

14-控制模块；          121-第一放大器；   15-基准电压模块；

151-基准单元；         152-调零单元；     153-稳压单元；

RI-采样电阻；          16-待测单元；      122-第二放大器；

R1-第一电阻；          R2-第二电阻；      R3-第一可调电阻；

R4-第二可调电阻；      17-屏蔽罩；        18-显示模块；

GND-地接点。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。需要说明的是，在附图或说明书中，相似或相同的元件皆使用相同的附图标记。

图1为本实用新型实施例提供的一种超微电流检测装置结构示意图。如图1所示，在本实施例中，该超微电流检测装置包括可编程增益放大模块11、调整模块12、模/数转换模块13和控制模块14。可编程增益放大模块11具有控制端、零点偏差提取端、检测信号输入端和模拟信号输出端，检测信号输入端与待测单元16相连，可编程增益放大模块11根据控制端接收到的控制信号设置放大倍数，将检测信号输入端接收到的检测信号，按照放大倍数放大后生成输出电压信号，将输出电压信号通过模拟信号输出端输出。调整模块12包括第一放大器121，第一放大器121的同相输入端与可编程增益放大模块11的零点偏差提取端相连，第一放大器121的输出端分别与第一放大器121的反相输入端和待测单元16相连。模/数转换模块13与可编程增益放大模块11相连，模/数转换模块13将接收到的输出电压信号进行摸/数转换处理后，生成数字信号。控制模块14分别与模/数转换模块13和可编程增益放大模块11相连，控制模块14根据数字信号生成控制信号，并将数字信号输出。

在本实施例中，可编程增益放大模块11具体可以根据控制信号进行放大倍数的调整，检测信号输入端接收到的检测信号按照设定放大倍数进行放大，以使生成的输出电压信号在模/数转换模块13可以识别的范围内。可编程增益放大模块11具体可以通过入口导线与待测单元16相连，以获得检测信号。检测信号具体可以为电流信号，也可以为经过采样电阻获得与电流信号相对应的电压信号。可编程增益放大模块11可以自动调节增益，尤其对于超微电流信号的检测，可以根据检测需要自动调整放大倍数，提高了对超微电流检测的准确性和适应性。而且可编程增益放大模块11具有零点偏差提取功能，可以对检测信号的零点偏差进行提取。具体的，调整单元的第一放大器121的输出端与待测单元16的入口导线的外层相连，第一放大器121可以根据可编程增益放大模块11提取的零点偏差消除待测单元16的入口导线的零点漂移，避免由于入口导线的零点漂移对超微的检测信号的影响，提高了检测精度。模/数转换模块13具体可以为12位的模/数转换器，可以进一步提高模/数转换的精度。控制模块14根据数字信号生成控制信号，以对可编程增益放大模块11的放大倍数进行调整，控制模块14具体可以为单片机，可也以为嵌入式处理器等其他控制器，控制模块14可以根据功能需要进行选择，控制模块14和模/数转换模块13可以独立设置，也可以一体设置，不以本实施例为限。

本实施例提供的超微电流检测装置，通过可编程增益放大模块11的设置，可以实现增益的自动调节，以实现对超微电流的检测。而且通过调整模块12的设置，可以对待测单元16的入口导线的零点偏差进行消除，提高了对超微电流的检测效果。

图2为本实用新型实施例提供的另一种超微电流检测装置结构示意图。如图2所示，在本实施例中，该超微电流检测装置还包括基准电压模块15，基准电压模块15包括基准单元151、调零单元152和稳压单元153，基准单元151、调零单元152和稳压单元153依次连接，调零单元152将基准单元151产生的基准电压调整成绝对零基准电压，稳压单元153将绝对零基准电压经过稳压处理后生成恒定电压信号；相应地，可编程增益放大模块11还具有基准端，基准端与稳压单元153相连。

在本实施例中，基准电压模块15为可编程增益放大模块11提供恒定电压信号，可编程增益放大模块11根据该恒定电压信号，对检测信号进行放大处理，提高了信号放大的稳定性。

在本实施例中，超微电流检测装置还可以包括采样电阻RI，采样电阻RI连接在检测信号输入端与待测单元16之间。通过采样电阻RI的设置，可以将超微电流信号转换为电压信号进行采集，具体的，采样电阻RI可以设置为千欧级的电阻，若检测信号为纳安级的电流信号，则可以通过采样电阻RI将其转换为微伏级的电压信号，提高了对超微电流的检测效果。

在本实施例中，优选地，超微电流检测装置还包括屏蔽罩17，待测单元16设置在该屏蔽罩17中。通过屏蔽罩17的设置，可以屏蔽外界噪声信号对待测单元16的干扰，屏蔽罩17的材料优选地为银，可以提高屏蔽罩17的屏蔽效果。

在本实施例中，进一步地，调整模块12还可以包括第二放大器122，第二放大器122的同相输入端与地接点GND相连，第二放大器122的反相输入端通过第一电阻R1与第一放大器121的输出端相连，第二放大器122的输出端通过第二电阻R2与第二放大器122的反相输入端相连，且与屏蔽罩17相连。通过第二放大器122的设置，可以使屏蔽罩17整体接地，减小检测环境对屏蔽罩17的电势造成的影响，进一步减小了噪声信号的干扰，提高了检测效果。

在本实施例中，优选地，检测信号输入端通过第一银线与待测单元16相连。通过第一银线作为入口导线，可以提高对检测信号的传输速度，减少对检测信号的损耗。

在本实施例中，优选地，屏蔽罩17通过第二银线与第二放大器122的输出端相连。

在本实施例中，优选地，第一银线和第二银线的外侧均包裹有屏蔽层。通过屏蔽层的设置，可以有效避免外界噪声信号的干扰，进一步提高了检测精度。则调整模块12的第一放大器121的输出端与第一引线的屏蔽层相连。

在本实施例中，超微电流检测装置还可以包括显示模块18，显示模块18与控制模块14相连，显示模块18将从控制模块14接收到的数字信号显示。显示模块18具体可以为LED(Light Emitting Diode)显示模块，也可以为LCD(Liquid Crystal Display)显示模块，以对检测结果进行显示，提高了检测的便捷性。

在实际应用过程中，可以根据测量需要选择上述器件，为获得合适的电压，上述技术方案的各器件之间可以连接适当的阻性元件和容性元件，不以本实施例为限。

图3为本实用新型实施例提供的再一种超微电流检测装置结构示意图。如图3所示，基准电压模块15中的基准单元151可以采用REF200，REF200为温度稳定性良好的基准电源，可以有效地抑制温度漂移，并在电源电压变化时，失调电压不受影响。调零单元具体可以通过调整第一可调电阻R3实现手动调零，在该超微电流检测装置进行超微电流检测之前，可以首先通过第一可调电阻R3对该装置进行调零。稳压单元153可以采用OP1177，OP1177为高精密的放大器。可编程增益放大模块11可以采用PGA202，具体的，PGA202的控制端为两个接口，分别以A0和A1表示，可以根据A0和A1的值，即控制信号，将放大倍数设置为1、10、100和1000其中之一。PGA202的检测信号输入端为两个接口，分别通过采样电阻RI与待测单元16的入口导线相连。PGA202的零点偏差提取端也为两个接口，该两个接口之间也可以跨接第二可调电阻R4，在检测前进行调零工作时，可以同时对第一可调电阻R3和第二可调电阻R4进行调节，使该超微电流检测装置系统归零。调整模块12可以采用OPA2604，OPA2604具体具有两个高精密的放大器，以实现第一放大器和第二放大器的功能，第一放大器的输出端具体与入口导线的外屏蔽层相连，用于将入口导线外屏蔽层的零点偏差放大后接地，第二放大器的输出端与屏蔽罩17外层相连，用于将屏蔽罩17整体接地。控制模块14可以采用C8051F005单片机，C8051F005单片机集成有模/数转换模块，可以对可编程增益放大模块11输出的电压信号转换为数字信号，因此无需另外设置模/数转换模块，简化了系统结构。C8051F005单片机再将数字信号通过显示模块18进行显示，具体的，可以通过LED显示模块对数字信号的数值进行显示，也可以通过LCD显示模块对数字信号的波形进行显示。

本实施例提供的超微电流检测装置，在其PCB布局过程中，还可以对电源噪声进行隔离，布线尽量避免线间干扰和噪声干扰的引入，进一步提高超微电流检测装置的检测精度。

本实用新型实施例提供的超微电流检测装置，通过调整模块的设置，可以对待测单元入口导线的零点偏差进行消除，通过可编程增益放大模块11的设置，可以在控制模块的控制下进行增益调节，以将检测信号方法到可以被模/数转换模块识别的范围，提高了对超对电流的检测效果。该超微电流检测装置具有自动换档、自动标定、自动零点漂移与温度漂移补偿功能。且对电流测量范围极宽，可以实现安培、毫安、微安、纳安、皮安和飞安级电流的检测。该超微电流检测装置体积小重量轻。准确度极高，无常规仪表的位数限制，全浮点显示，可以精确到小数点后的四位。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种超微电流检测装置，其特征在于，包括：

可编程增益放大模块，具有控制端、零点偏差提取端、检测信号输入端和模拟信号输出端，所述检测信号输入端与待测单元相连，所述可编程增益放大模块根据所述控制端接收到的控制信号设置放大倍数，将所述检测信号输入端接收到的检测信号，按照所述放大倍数放大后生成输出电压信号，将所述输出电压信号通过所述模拟信号输出端输出；

调整模块，包括第一放大器，所述第一放大器的同相输入端与所述可编程增益放大模块的零点偏差提取端相连，所述第一放大器的输出端分别与所述第一放大器的反相输入端和所述待测单元相连；

模/数转换模块，与所述可编程增益放大模块相连，所述模/数转换模块将接收到的所述输出电压信号进行摸/数转换处理后，生成数字信号；

控制模块，分别与所述模/数转换模块和所述可编程增益放大模块相连，所述控制模块根据所述数字信号生成所述控制信号，并将所述数字信号输出。

2.根据权利要求1所述的超微电流检测装置，其特征在于，还包括：

基准电压模块，包括基准单元、调零单元和稳压单元，所述基准单元、所述调零单元和所述稳压单元依次连接，所述调零单元将所述基准单元产生的基准电压调整成绝对零基准电压，所述稳压单元将所述绝对零基准电压经过稳压处理后生成所述恒定电压信号；相应地，

所述可编程增益放大模块还具有基准端，所述基准端与所述稳压单元相连。

3.根据权利要求1所述的超微电流检测装置，其特征在于，还包括：

采样电阻，连接在所述检测信号输入端与所述待测单元之间。

4.根据权利要求3所述的超微电流检测装置，其特征在于，还包括：

屏蔽罩，所述待测单元设置在所述屏蔽罩中。

5.根据权利要求4所述的超微电流检测装置，其特征在于，所述调整模块还包括：

第二放大器，所述第二放大器的同相输入端与地接点相连，所述第二放大器的反相输入端通过第一电阻与所述第一放大器的输出端相连，所述第二放大器的输出端通过第二电阻与所述第二放大器的反相输入端相连，且与所述屏蔽罩相连。

6.根据权利要求5所述的超微电流检测装置，其特征在于：

所述检测信号输入端通过第一银线与所述待测单元相连。

7.根据权利要求6所述的超微电流检测装置，其特征在于：

所述屏蔽罩通过第二银线与所述第二放大器的输出端相连。

8.根据权利要求7所述的超微电流检测装置，其特征在于：

所述第一银线和所述第二银线的外侧均包裹有屏蔽层。

9.根据权利要求1-8任一所述的超微电流检测装置，其特征在于，还包括：

显示模块，与所述控制模块相连，所述显示模块将从所述控制模块接收到的所述数字信号显示。

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