直流微電流測量的研究進展
2022年電子技術應用第7期
李爽玉，馮榮尉，賈冬宇
北京東方計量測試研究所，北京100094
摘要： 直流微電流測量技術廣泛應用于核輻射檢測、靜電檢測、空間輻射探測等領域，是一項特色極值量測量技術，涉及高阻抗運放電路設計、泄漏電流防護等多項技術。直流微電流測量技術研究主要從電阻式和電容式反饋電路著手，分析測量電路的工作原理和傳遞函數，重點分析漏電流、熱電勢、運算放大器和電阻參數對測量誤差的影響，推導電路傳遞函數并仿真分析，最終提出減小各項參數對測量結果影響的方案。對近年來國內外直流微電流測量的方法進行了綜述，分析了電流電壓轉換法、電流頻率變換法和調制解調放大法。對國內外直流微電流測量儀器的現狀進行調查，世界上出現了很多高精度的微弱電流測量儀器，使微弱信號測量得到很大的提升。
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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