一种微电流测量方法

庄所增

摘要    为进一步提升微电流数据信号测量的准确性、科学性和实际效益，本论文在运用开关调制、多级放大、差分、状态辨别等多样化工具构成微电流测量方法体系的基础上，解决了多级放大和运放电路饱和的重要难题，在提升微电流测量系统信噪比的同时加强了对微电流测量方法的研究，对当代社会微电流测量方法的深入探讨有着重要的现实意义和理论意义。

【关键词】微电流 测量方法 设计

随着我国经济社会的快速发展和科技水平的进一步提升，弱磁、弱声、弱光和弱振动等一系列极限条件下的试验测量已成为当代科学家和相关人士进一步认识大自然的重要技术手段，然而，在实际试验过程中，此类微弱的信号大多是通过相应传感器进行电量转化，从而使待测弱信号转化为电信号以便相关研究人员探讨。因此，相关工作人员在实际测量时不可避免地会受到相应噪声和干扰的影响，进而降低整个试验测量的准确度和科学性。在此背景下，本文从微电流测量的相关内涵出发，在探讨微电流-电压转化原理和差分调制电路原理的基础上，深入研究了微电流测量方法系统设计的相关理论知识及其校准试验结果，旨在为优化我国微电流测量方法的科学性带来更多的思考和启迪。

1 微电流测量相关内容概述

众所周知，微弱信号的检测需要相关工作人员利用科学仪器等尽可能地过滤掉相关干扰信号，最大限度地还原原有待测信号，从而提升微弱信号的信噪比。也就是说，有效地抑制噪声对微弱电流的干扰是微电流测量的重要及关键内容，科学合理的微电流检测方法的研究和提出以及微电流测量仪器的研制是目前微电流测量行业的核心热点。就我国目前常用的微电流检测方法而言，取样积分法、相关检测法、噪声分解法、光电耦合法以及计算机程序控制法等都是微电流测量常用的科学方法。由于噪声干扰是微电流测量过程中不容忽视的压制性干扰信号，有关工作人员根据噪声种类及特点将其分为了两大类：首先是来自电子信息系统内部固有的噪声，包括相关设备运放的偏置电流、失调电压以及有关元件发热产生的热噪声等。再者是来自电子信息系统外部环境的噪声，主要包括工频干扰、射频噪声、机械噪声等。总之，相关工作人员在利用有关机械设备对微电流相关信号参数进行统计和分析时，必须考虑噪声干扰对微电流测量结果带来的不良影响，并采取合适方法对测量结果进行一定的修正。

2 微电流测量方法设计理论

2.1 微电流-电压转换原理

在工作人员对微电流测量方法进行设计时，首先利用的便是微电流-电压转化定理。也就是说，任何一个形成闭合回路的两端电流网络都可看成是一个等效电压源，而电压源和某一等效电阻窜联，进而形成运放反馈电流法测量相应的微电流，其整体原理结构如图1所示。相关设计人员在考虑反馈电阻、平衡电阻、运放失调电压等的基础上，根据相关公式得到理想电路的具体输出数值，进而得出电压的输出误差对微电流测量结果准确性进行相应优化。

2.2 差分、调制电路原理

差分调制是在中央处理器控制调制开关的基础上对微电流进行調制，并进一步借助调制电路和差分电路过滤掉电路周围环境的杂质直流信号，从而达到与待测电流信号成正比例关系的最大程度上纯洁的微压信号，为相关工作人员破解微电流信息打下坚实的基础。利用差分调制电路过滤掉电路系统中直流杂质信号的测量方法，能够最大程度上消除微电流测量过程中测量仪器以及测量电路本身对微电流测量造成的干扰及不良影响。图2所示即为微电流差分调制前置放大器的相关模型。

3 系统设计

在微电流测量系统的设计过程中，相关工作人员应加强对测量电路构成、第一级放大电路、第二级放大电路、状态判别电路等重要部分的设计。通常情况下，测量电路可由前置放大阶段、信号放大阶段和微电流输出阶段等三部分组成。前置放大阶段能有效借助其设备将微电流信号进行调制放大，并将其电流信号转化为相应的微压信号，而电流输出阶段主要由采样保持、差分电路等构成，调制开关将放大后的电压信号进行分类的采样保持，差分电路则尽可能地去除系统误差，最后输出与被测微电流成正比的电压信号，进而得出所需信息。微电流测量系统中第一级放大电路的放大过程主要由8个小级完成，前置放大电路输出的微压信号在第1级放大电路中进行放大时，主要由中央处理器控制相应的放大级数，而级数具体数值的确定则需要相应工作人员根据多路开关依次闭合的实际状态判别电路的具体性质而做出判断。通常情况下，当电路输出的信号超过运放工作的线性范围数值时，级数则倒退1级，并将其送往中央处理器处理。此外，为尽可能避免工频干扰信号被多次放大而给所需信息带来的不良影响，每级放大电路都应设置相应的低通滤波器。微电流测量系统中第二级放大电路的放大过程主要由4个小级完成，每小级放大电路的实际放大倍数均不宜过大，同时，每级放大电路的实际放大倍数都不应超过运放的饱和电压和输出信号的最大值，其结构示意图如图3所示。设备可根据微电流测量系统中调制开关的实际运行状态将信号放大阶段输出的具体结果存放在相应寄存器中，并进一步利用差分电路和前置放大电路以尽可能地消除电路中的杂质直流干扰信号。在状态判别电路中，大多采用3V电源的前置放大电路，在经过微电流-电压转化后将相应信号输送到对应状态的判别电路，经判别电路中特定功能的判断后将最终结果传送到微电流测量系统的中央处理器，中央主要放大电路则常采用15V供电电源的运算放大器，进一步将相应的电路传输结果传送至另一判别电路，最后将总体判别结果传输至中央处理器，进而为相关研究人员提供特定的数据信息。

4 试验仿真

在微电流测量系统中的工频干扰实验时，有关工作人员可以通过空间辐射、传导进入等方式对待测量的仪器加装相应的金属屏蔽层，进而使微电流测量系统周围环境的噪声得到有效的抑制，通过对比测试者接触相应金属外壳时测试电路输出的有关波形图可知，采用金属屏蔽层的方式能够在极大程度上降低周围环境噪声对微电流测量系统的不良影响。为进一步证明采用调制电路和差分电路等过滤掉微电流测量体系中电路失调等直流杂质信号的有效性和可行性，工作人员可用示波器分别测量采样电路输入端的波形图和差分电路实际输出端的波形图，通过对比前后波形图之间的图形差异以得出直流杂质是否被有效过滤的结论。

5结论

总之，随着我国电子科技信息技术的进一步发展及其应用范围的不断拓宽，微电流的测量在当代社会众多领域都具有不可忽视的重要地位，有关工作人员应在切实把握微电流测量极其容易受到环境条件和仪器设备自身干扰的基础上，尽可能地在充分利用自身资源的基础上优化微电流测量方法，为微电流测量结果的准确性和稳定性打下坚实的基础。

参考文献

[1]胡军.一种微电流测量方法的研究[J].国外电子测量技术，2014，33（04）：31-35.

[2]肖乐，刘觉民，向增等.微机控制电化学系统中的微电流测量设计[J].研究与设计，2014，38（02）：327-328，340.

[3]于海洋，袁瑞铭，王长瑞等.微电流测量方法评述[J].华北电力技术，2006（11）：51-54.

[4]汪小婷.微电流测量方法探讨[J].计量与测试技术，2016，43（12）：65-66，68.