[发明专利]一种高精度微弱信号测试仪及测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及信号检测与处理领域，特别涉及一种适用于信号分析处理中的高精度微弱信号测试仪及测试方法。

背景技术

在强噪声背景环境下的微弱信号的检测方法研究是信号分析与处理技术中的综合技术领域。微弱信号不仅相对于噪声而言，其幅值电压小，信噪比低，而且其频率低。在常规信号测量与处理中，检测信号电压大，信号的频率高，一般为100Hz以上，信噪比高。在实际信号检测中，需要对淹没在噪声中频率为30Hz以下、幅值电流为pA级的超低频微弱信号进行检测、分析与识别。在强噪声背景环境下，精确地提取超低频微弱信号极其困难。现有的微弱信号检测方法精度低、信噪比低，对微弱信号精确地检测与分析带来一定的困难。因此需要研发一种高精度微弱信号测试仪，实现对强噪声背景环境下超低频微弱信号的检测具有重要意义。

发明内容

针对解决目前微弱信号检测方法检测精度低、检测方法繁琐、仪器价格昂贵等问题，本发明公开的一种高精度微弱信号测试仪及测试方法要解决的技术问题为：提供一种高精度、低噪声、操作简单、价格低廉的微弱信号测试仪及测试方法，能够高精度检测超低频微弱信号，以实现该种信号的记录与数据处理，从而提高信号检测与处理精度。所述的超低频微弱信号，频率为30Hz以下、幅值Ipp为10pA以下的电流信号。

本发明的目的是通过下述技术方案实现。

本发明公开的一种高精度微弱信号测试仪，包括前置电流-电压转换电路模块、第一级放大电路模块、电压跟随电路模块、第二级放大和低通滤波电路模块、信号反相放大电路模块和保护电路模块。

所述的前置电流-电压转换电路模块用于从传感器输入的超低频微弱电流信号I_in转换为超低频微弱电压信号V₁。

所述的第一级放大电路模块用于将超低频微弱电压信号V₁经过第一级放大得到超低频电压信号V₂，第一级放大电路的放大倍数由具体信号处理的精度需求和电路结构而定。

所述的电压跟随电路模块用于隔离第一级与第二级放大电路，降低它们之间的相互影响。

所述的第二级放大和低通滤波电路模块用于将超低频电压信号V₂经过低通滤波、第二级放大器放大得到超低频电压信号V₃。

所述的信号反相放大电路模块用于将放大后的信号V₃进行反相放大，使得最终的输出信号V₄与输入信号I_in同相，最终输出信号V₄为输出满足记录测试要求的电压信号。

所述的保护电路模块用于电路输入、输出的过流、过压保护。

本发明还公开基于一种高精度微弱信号测试仪的一种高精度微弱信号测试方法：从传感器输入的超低频微弱电流信号I_in经过前置电流-电压转换电路模块，转换为超低频微弱电压信号V₁；将超低频微弱电压信号V₁经过第一级放大电路模块放大得到超低频电压信号V₂；超低频电压信号V₂经过电压跟随电路模块、第二级放大和低通滤波电路模块放大得到超低频电压信号V₃；由于前面的前置电流-电压转换电路模块、第一级放大电路模块、第二级放大和低通滤波电路模块均是采用反相输入，所以放大后的信号V₃需要反相电路模块进行再反相放大，使得最终的输出信号V₄与输入信号I_in同相，最终输出信号V₄为输出满足记录测试要求的电压信号。

所述的前置电流-电压转换模块包括高阻抗放大器U_g1、第一电阻R₁、第二电阻R₂、第三电阻R₃和第一电容C₁。第一电阻R₁接在高阻抗放大器U_g1的反相输入端；第二电阻R₂为高阻抗放大器U_g1的负反馈电阻；第三电阻R₃一端接在高阻抗放大器U_g1的正相输入端，另一端接地；第一电容C₁为负反馈电容，与第二电阻R₂并联。