空间辐射测量中微弱信号处理电路设计与研制

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在空间探测活动中,空间辐射环境是影响航天器高可靠性、长寿命,造成航天员损伤的重要因素之一。因此,对空间辐射环境进行探测和研究是空间科学的重要研究内容。研发适用于空间在轨测量的辐射剂量监测技术和设备至关重要。本文针对空间辐射探测器输出的极小信号,研发微弱信号测量技术和微弱电流源技术及装置。为满足大动态范围的微弱信号测量,采用多级放大的方法,设计了以高精度的电流-电压变换电路、电压线性放大电路、低通滤波电路为主要结构的测量电路,实现了pA-μA量程的微弱电流测量。根据微弱信号的特点,从电路结构、参数设计方面,关键部位采取了信号保护技术、屏蔽技术,实现电路中噪声抑制和隔离。并以高精度运算放大器为核心部件,完成整个实际电路。试验表明,该电路测量范围10pA-10μA,最小可分辨电流10-13A,响应时间快,具有漂移低、实现方便,功耗、体积小的优点。为了实现上述电流测量电路进行调试和校准,设计了一种基于运算放大器的电阻式微弱电流发生器,利用高值电阻将标准电压转换成微弱电流。针对在输出端负载不确定或变化时,设计负反馈调整电路,能根据采样电阻两端的电压及时调整激励电压,修正负载对输出电流的影响,实现微弱电流稳恒输出。电路中采取了屏蔽和滤波处理,克服噪声的影响。试验表明该电路能实现100pA-10μA电流输出,输出稳定,不受负载的影响。在1nA电流输出时,误差不超过-20pA。论文主要完成如下两项工作:1.采用多级放大的方法,设计与研制了微弱电流测量电路,关键部位采用信号保护技术、屏蔽技术,实现10pA-10μA电流测量。2.采用电压-电流变换法,设计与研制了基于运算放大器的电阻式微弱电流发生器,电路中设计负反馈调整网络,采取了屏蔽及滤波处理,实现了100pA-10μA的电流稳恒输出。
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