微弱光电流信号放大器的设计

针对等离子体物理实验装置托卡马克(EAST)实验中微弱信号的探测需要,结合EAST的恶劣电磁环境以及光电检测电路的基本工作原理,设计了一种实用的光电弱信号电流放大器.电路由前置电流放大器、有源滤波放大电路构成,结合电磁兼容技术对信号进行接地和屏蔽,以及合理布线,旨在保证增益和带宽的同时降低噪声.实验表明,基于本设计的光...     

微弱电流I-V转换电路保护环设计

针对微弱信号电路易受干扰和输入端泄漏电流影响测量精度问题,对电路进行了保护环的设计。该电路分别采用T型反馈电阻网络和单个大电阻反馈网络,选择输入电阻足够大、偏置电流小的运算放大器进行设计。EMI仿真和实验结果都表明保护环的引入提高了电路的抗干扰性,从而显著地提升了电路的灵敏度、测量的精度和稳定性。     

基于碳化硅探测器的前端信号调理电路设计

碳化硅探测器能够在高温、高辐射强度下稳定工作,适用于核辐射探测。碳化硅探测器输出端连接前端信号调理电路,能够放大碳化硅探测器输出的微弱信号,从而使后端设备采集到准确的数据。设计了前端信号调理电路,包括电荷灵敏前置放大电路和脉冲成形主放大电路,重点分析了影响电荷灵敏前置放大电路变换增益、上升时间、噪声等性能指标的影响因素,采用阻容反馈、极零相消、有源滤波成形等设计提升电路的整体性能。实验室仿核脉冲测试及²⁴¹ Am中子源辐照测试表明,该电路可用于碳化硅探测器的核辐射测量。     

低噪声前置放大电路设计

对于微弱信号的提取和放大分析,低噪声测量系统往往是分析处理的第一个阶段,其中关键的部分是前置放大器,而噪声成为重要的制约因素,它决定了整个系统的精度。介绍了一种低噪声前置放大电路的设计,该电路由两级构成:第一级使用分立元件设计,第二级使用低噪集成元器件设计。通过仿真表明,电路实现了电压增益80 d B,电路的带宽为300 k Hz,电路的噪声性较商用放大器更优异。该电路结构简单,易于实现,适用于低频微信号的放大。     

宽量程fA级电离室电流测量

针对辐射探测中电流电离室输出电流十分微弱,且电流范围较宽,模拟电路处理困难,难以达到精确测量等问题,设计了可检测nA级到fA级的宽量程电流电离室微弱电流计.提出了以高精度前置放大电路、高分辨率模数转换为基础,从电气隔离、恒温控制、电磁屏蔽等方面,解决模拟处理电路微弱信号易受温度漂移、湿度、电磁干扰影响等问题的方法,从而...     

极弱电流信号检测电路中前置放大器模拟研究

极弱准直流电流信号测量技术在精密仪器仪表研制过程中有着广泛地应用,其中前置放大器是核心,决定了系统的噪声水平和响应时间常数。在前置放大器的模拟研究中,通过建立电阻直接反馈法和"T"型电阻网络反馈法构成前置放大器的电噪声模型,获取了前置放大器在各种情况下的性能参数。模拟结果表明:系统的信噪比与传感器等效电容值成反比,与反馈电容值成正比,且不能笼统地认为电阻直接反馈法和"T"型电阻网络反馈法哪种方法更优,应根据具体的情况选用合适的反馈形式。该模拟结果可为极弱电流信号检测器中前置放大器设计提供参考。     

半导体探测器输出电流检测系统前置放大器设计

为满足半导体探测器输出电流检测系统的需求,设计了与之相适应的前置放大器。该前置放大器基于超低偏置电流运放ADA4530,采用单个反馈电阻和T型反馈网络的I/V变换前置放大电路组成。测试结果表明:该前置放大器的放大倍数可达10 mV/pA,直流偏移为8μV;对于pA级分辨率,其输出噪声电压频谱密度仅为17.75 nV/(Hz)~(1/2),输出总噪声为409μV;可用于μA~pA范围内的核辐射探测器电流信号测量。     

基于电流频率变换法的微弱电流测量电路

电离辐射探测中经常需要开展微弱电离电流测量.微弱电离电流的测量因待测信号极其微弱需要克服各类型干扰源的影响,同时需要达到较宽的测量范围,故具有较大挑战.为了完成辐射防护用电离室输出微弱电流信号的测量,设计了一款基于电流频率变换法的宽量程微弱电离电流测量电路,其有效量程为10?13～10?8 A.通过Keithley 6...     

长时间电流积分数字仪的设计

本文介绍的长时间电流积分数字仪,是用电流-频率(I-F)转换电路将微弱电流转换成脉冲信号,结合后级脉冲计数器及处理控制电路,实现对10pA-10μA量级输入电流的长时间测量。该仪器可用于电离室、法拉第筒等输出电流或电荷的测量,测量时间范围1s-192h。该电路的设计实现,为长时间测量电流或电荷,并进行束流监测提供了一种可行、通用、高性价比的好方法。     

一种基于电流频率变换法的微弱电离电流测量电路

<正>一般将nA量级及以下的电流信号称为微弱电流信号,电离辐射探测中常需开展微弱电离电流测量。微弱电离电流的测量因待测信号极其微弱需克服各类干扰源的影响,同时需达到较宽的测量范围,故具有较大挑战。为完成辐射防护用电离室输出微弱电流信号的测量,设计了一款基于电流频率变换法的宽量程微弱电离电流测量电     

X射线工业CT中的数据采集

介绍了X射线工业CT中数据采集的一种方法.将X射线转换成与之成线性关系的微弱电流信号,通过检测电流信号测量出X射线的相对强度.这种采集方法可根据X射线的剂量强度,灵活的改变电流检测电路的参数,因此适用于不同能量级的X射线的采集.该X射线采集方法已经成功应用工业CT数据采集系统中.     

ITER软X射线检测系统及其电磁兼容设计

国际热核聚变实验反应堆是世界上在建的最大的磁约束聚变装置托克马克装置,通过对其中软X射线的测量,可实现等离子体辐射对锯齿、色骨模等磁流体现象的物理研究和成像反演。软X射线诊断系统就是用来检测软X射线的设备。由于热核聚变时恶劣电磁环境及远距离传输,在设计信号检测系统时必须进行电磁兼容设计,以降低系统噪声、提高检测精度。本文中使用的检测电路采用差分结构实现电流信号到电压信号的转换,重点研究检测电路的实现及其电磁兼容设计。从电磁抗干扰的三要素出发,结合实验测试,针对电磁干扰的特殊性,讨论了滤波电路设计、印制电路板(Printed Circuit Board,PCB)走线、电磁屏蔽及信号接地在系统中实现。本文采用32通道板卡集成设计;信号增益提高至107 V?A-1;放大器带宽达到120 k Hz。通过测试结果可以看出,信号噪声降至8 mV。通过优化设计提高了检测电路的集成度和放大电路的增益及带宽,同时降低了检测电路的噪声。     

A method for weak impact signal discrimination based on para-approximate entropy

Impact signal of the loose part in a nuclear power plant provides vital information about its mass and location. Hence detection of the impact signal is of great significance. In a practical NPP working environment, some weak impact signals may submerge in background noises. A signal detection and impact signal discrimination method is proposed in this paper. Teager energy operator is used to process a whitened signal using auto-regression model. It increases the signal to noise ratio (SNR) and makes the impact signal detection easy. Para-approximate entropy method is proposed to process the energy envelop for discriminating the loose part impact signal from other interferences. Simulated experiment has been carried out to verify the proposed method. Data analysis proves that it is capable to detect and discriminate a weak impact signal with low SNR.     

束流均匀性测量前端读出电子学电路的设计

针对重离子治癌中的束流监测需要,用T型反馈电阻网络组成的电流-电压转换(IVC)电路将大面积二维位置灵敏平行板雪崩探测器( PPAC)输出的多路10pA～100 nA的微弱电流转换成-2V～-20 mV的电压信号,配合数据获取处理系统实现了近代物理研究所重离子治癌中的束流均匀性测量.实验表明该电路具有速度快、精度高等优...     

共面栅碲锌镉探测器读出电路设计及性能研究

为有效读出共面栅碲锌镉(CPG-CZT)探测器的核脉冲信号,本文结合CPG-CZT探测器工作原理及国内外研究,设计了可用于CPG-CZT探测器的读出电路,主要包括高压偏置电路、前置放大电路、增益调节及减法电路。为研究读出电路性能,本文测试了各单元电路的性能及探测系统能量分辨率随偏置电压、增益调节电路中两路信号的相对增益G的变化规律。结果表明：高压偏置电路两路输出偏压与输入偏置电压的相关系数R²均为0.998;前置放大电路输出噪声为5 mV;增益调节及减法电路输出信号噪声为10 mV;输入偏置电压、相对增益G的变化均会影响探测系统能量分辨率,当偏置电压为-1650 V、相对增益G为0.7时对¹³⁷Cs源产生的γ射线能量分辨率最佳,可达3.65%,且无明显拖尾现象。     

瞬态微弱信号输出稳定性分析

本文分析了在辐射探测瞬态微弱信号获取中,系统输出不稳定的原因,并通过改变放大电路中的反馈网络结构,利用频域特性,采用最佳相位补偿的方法实现微弱信号稳定放大输出。最后利用CZT探测器在低能γ射线的辐射探测系统中验证测试,实验表明,辐射脉冲信号调理系统通过增加稳定性措施后,可有效提高CZT探测器对~(241)Am源的能量分辨率。     

弱电流测量中的I-F变换电路

介绍了一种用于弱电流测量中的I-F变换电路,它将输入的电流信号直接变换为脉冲频率输出,然后送入计数器计数和送入计算机处理。并对其电路原理作了较详细的阐述。经过在现场检验和使用,该电路工作稳定可靠,灵敏度高．抗干扰能力强等特点,得到了满意的结果。     

基于MSP430F4618混合编程的伽玛能谱采集方法研究

为了缩短手持式伽玛能谱仪的测量死时间,完成低电压工作和低功耗设计,采用超低功耗微处理器MSP430F4618与外围信号调理、反符合电路接口,并与片内采样保持和A/D转换器一起,构成能谱信号采集电路。采用C语言和汇编语言混合编程方法,通过汇编编程完成底层信号的采样保持、A/D转换与能谱采集程序设计,通过C语言编程完成系统监控与任务调度程序设计。采用高效DC-DC电路完成由两节可充电5号电池供电的手持式伽玛能谱仪电源设计。应用上述方法研制的伽玛能谱仪样机进行测试,结果表明能谱采集执行时间缩短了2～3倍,即缩短了测量死时间;并且整机工作电流不超过150 mA,两节2 400 mAh的5号可充电电池可供样机持续工作时间超过10小时,能够满足实际应用需求。     

单光子分辨时间谱仪信噪比的研究

研究了单光子分辨时间谱仪的信噪比和影响信噪比的因素,探讨了降低本底干扰、提高探测效和信噪比的方法。结果表明,信噪比与探测器对源张的立体角和探测效率成正比,与电子学噪声成反比,合理选择辐射源的活度对减小偶然符合计数是重要的,加符合门和单光子鉴别器为提高测量精度和探测效率提供了一种有效途径。