微弱电流测量及其干扰滤除的问题 已更新原理图

zl36

微弱电流测量及其干扰滤除的问题 已更新原理图 [复制链接]

本人对电化学实验中的缓慢变化的直流进行测量，该直流变化范围在nA（甚至更小）到mA级别，采用电流跟随器转换成电压测量（采用OPA132或是CA3140或是OPA121或是OPA129），现在问题在于本人使用电阻R2、R4来模拟前端系统产生待测电流 i 进入电流跟随器进行测量时可以达到比较好的效果（在使用1M电阻R5的电流跟随器后面B处用FLUKE8050 AC档测量得到6mV交流电压，相当于6nA底噪干扰），但是在接入实际前端系统（乃一溶液系统）后，该直流源就会引入很大的交流干扰（在使用10K电阻R5的电流跟随器后面B处用FLUKE8050 AC档测量得到高达200mV甚至更高的交流电压，相当于至少20μA底噪干扰），在有用直流信号逐渐变小后，该交流噪声还是不减弱，基本恒定，但这时无形中就把有用直流信号湮没。
      针对问题作如下分析，考虑下面几种可能：
1.电源干扰：由于电源纹波串入到前端系统，导致噪声增大，但是在使用电阻来模拟的时候噪声还是比较小的，所以可能不是这个问题，但是我已尝试改变过电源，有些许好转；
2.工频干扰：这是做测量中最容易出现的干扰，与1分析相同，在电阻模拟时没有太大干扰，但是与模拟时还有一个很大的区别，就是实际待测溶液系统是由两个烧杯组成，中间用试管连接，这些溶液面积很大，会不会比电阻更容易引入工频干扰。用频率计在电流跟随器输出端测量，发现频率在500-800Hz之间变化，不知是否是高次谐波；
3.电场和磁场干扰：与2分析相容，由于暴露面积很大，容易吸收外界电场或是磁场，从而带来噪声；
4.溶液本身的振荡引起的干扰。
      对应处理措施：
      第1种可能的处理；尽量减小纹波电压，目前用FLUKE8050 AC档测试电源输出端，有2mV最有交流噪声，不知这样测试和理解是否正确；
      第2、3、4种可能无法处理（这也是发此贴的目的），只考虑到两种形式：1.由于干扰信号太大，想在电流跟随器后面处理本人做不到，已经尝试过用低通滤波，但是不可能衰减那么多；2.在电流刚进入电流跟随器是处理，通过串入电感和并联电容进行滤波，但是在这个位置处理的干扰源属于恒流源型，不知能否行得通。
      总之，简单的讲，需要解决的问题是从微弱直流中把干扰交流电流滤掉。
      以上是本人针对相应问题的分析，有些地方都不知道是否正确，在此还请大家指点。
先将大致原理图更新如下：


[ 本帖最后由 zl36 于 2010-3-8 12:05 编辑 ]

lixiaohai8211

建议前端电阻最少用到M级，在做射随之后再做滤波的处理。首先看看是共模干扰的还是差模干扰，然后再采取相应的措施。另外运放的偏置电流应该选尽量低的。

zl36

感谢版主照顾新人，看了解答还是有些疑问，基础不是很扎实;P
1.前端电阻是不是我说的电流跟随器上反相端与输出端之间的电阻？如果是这个的话，那么我在测量小信号的时候肯定是要把它加大的，这样才能得到测量的到的电压值，但是现在问题是还没有等到我把电阻加大，噪声已经很大了，所以现在进行不下去；
2.共模干扰和差模干扰懂的概念，但是不知道在实际电路中如何区分。我这个被测端就一条引出线，不知道怎么看是共模干扰还是差模干扰（估计会被笑死:( ）；
3.我这里使用的运放已经是失调电流很小的那种，都在pA左右，不过失调电压可能有些会高一些，但是基本可以修正，我想应该够用。
    再次感谢版主！希望再次指点！

wangjiafu1985

加低通滤波应该可以吧，除非你的低通滤波器本身就有很大的噪声。

zl36

谢谢楼上关注
本人在后端做了两种尝试：
1.加入由UAF42组成的50Hz陷波器，但是基本无改善，可能是干扰信号并不是集中在50Hz，这两天可以尝试用UAF42做一个10Hz的低通；
2.用OPA132做了一个二阶低通滤波器，但是不知道是什么原因，总是发热比较厉害，不过输出端效果还是可以，暂且不用该方案。
    个人觉得在后端做滤波好像不叫困难，主要是局限性比较小，在大电流时可能会有效果，但是一旦测量小电流时（nA级别），电流跟随器中电阻必然需要加大，噪声也跟着放大，这就没办法将过大的噪声衰减到输入信号级别。

zl36

现在考虑在电流跟随器输入端加入LC低通滤波，不知道这样行不行得通

crazyk

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