专利名称：一种电流电压转换器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及ー种用于实现大范围弱电流信号测量的电流电压转换器。
背景技术：
同步辐射光束线站光束中心位置的探测是通过测量探测电极上的电流信号实现的，探测电极上的电流随着储存环注入电流的增加而増大，且电流的变化范围较大，从纳安到微安甚至到毫安量级，这给电流测量仪器的应用带来很多不便，即，既要考虑输入电流的大范围变化，又要考虑测量输出的精度满足探測要求，特别是小信号时测量的信噪比问题
坐坐寸寸o用于同步辐射光束线站光束位置精确探测的XBPM(X_ray BeamPositionMonitor,同步辐射装置中X射线的束流位置检测设备)通常为刀片探測器和丝扫描探測器，它们都是利用同步辐射光照射在探测电极上产生光电流，输入到相应的电子学设备中从而读出光束的位置信息。特别是刀片探测器，目前被广泛应用于第三代同步辐射装置的光束线前端区中，监测光斑的位置变化情況，给每条光束线站的实验用户提供其光斑的位置信息，和作为稳定光斑输出的反馈控制信号。通常情况下，电流信号的测量是采用电流放大器来实现的，根据输入电流的強弱选择不同的放大倍数来输出相应的电压信号。目前，在XBPM中就是采用这种常规的电流測量方法，然而，由于输入信号的电缆较长、干扰信号较大等原因，其输出信号很不稳定，因此，不能真实反映測量信号的变化情況。如果采用具有低输入阻抗的电流-电压转换器作为电子学设备，井能自动选择输入量程，必将显著地提高测量的信噪比，准确地反映出探測信号的变化。然而，上海光源最初采用的XBPM电流-电压转换器就是非自动量程的，结果在使用过程中经常遇到输出溢出或输出电压太小的情况发生，给使用造成很多不便；改成自动量程的电流-电压转换器后，这种情况就不会出现了。实现自动量程的方法很多，如采用比较器电路监测电压输出信号，人工逐个实施量程切換来获得适当的输出电压用于測量，直到输出电压在I IOV的电压之间为止。但这种方法的缺陷明显，包括切换电路频繁操作，导致切换电路寿命缩短；电路设计、自动量程算法复杂，容易导致不稳定等。鉴于上述情況，目前需要对这类电流-电压转换器进行改进，以满足使用需要。
实用新型内容为了解决上述现有技术存在的问题，本实用新型g在提供ー种电流电压转换器，以实现自动量程功能，从而较大程度的提高XBPM测量的自动化水平。本实用新型所述的ー种电流电压转换器，它包括IV转换�？椋浣邮胀馕淙氲牡缌餍藕牛⒏萘砍虆⒘渴涑鱿嘤Φ牡缪剐藕�;通过ー低通滤波�？橛胨鯥V转换�？榱拥哪Ｊ荒？椋洳裳龅缪剐藕�;与所述模数转换�？榱拥闹醒氪砟？椋涓菟龅缪剐藕牛涑鱿嘤Φ目刂菩藕牛灰约傲釉谒鲋醒氪砟？橛隝V转换�？橹涞牧砍糖袚Q跨阻�？椋涓菟隹刂菩藕牛蛩鯥V转换�？樘峁┫嘤Φ牧砍虆⒘�。在上述的电流电压转换器中，所述模数转换�？楹椭醒氪砟？橥ü煌ㄑ督鹰碛胪馕衔换ㄑ读�。在上述的电流电压转换器中，所述转换器还包括用于设置所述IV转换�？�、低通滤波�？�、模数转换�？�、中央处理�？�、量程切換跨阻模块和通讯接ロ的机箱。在上述的电流电压转换器中，所述转换器还包括设置在所述机箱内、与中央处理�？榱拥牡缭茨？�。由于采用了上述的技术解决方案，本实用新型通过模数转换�？椴裳鵌V转换�？槭涑龅牡缪剐藕牛⑴浜现醒氪砟？楦莶裳峁杂隝V转换�？榱拥牧砍糖袚Q跨阻模块进行控制，从而实现本电流电压转换器的自动量程功能，把在预设变化范围的输入电流信号转换成某个最佳量程的规定变化范围的输出电压信号，进而可以较方便地避免现有技术中存在的问题，同时提高XBPM测量的精度和可靠性。
图I是本实用新型一种电流电压转换器的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图，给出本实用新型的较佳实施例，并予以详细描述。如图I所示，本实用新型，即ー种电流电压转换器，它包括IV转换�？�1，其接收外围输入的电流信号，并根据量程參量输出相应的电压信号;通过ー低通滤波�？�2与IV转换�？镮连接的模数转换�？�3，其采样电压信号；与模数转换�？�3连接的中央处理�？�4，其根据电压信号，输出相应的控制信号；以及连接在中央处理�？�4与IV转换�？镮之间的量程切換跨阻�？�5，其根据控制信号，向IV转换�？镮提供相应的量程參量。在本实施例中，模数转换�？�3和中央处理�？�4还通过一通讯接ロ(图中未示)(本实施例中，采用DB25接ロ)与外围上位机(图中未示)通讯连接。本电流电压转换器还包括用于设置IV转换�？镮、低通滤波�？�2、模数转换�？�3、中央处理�？�4、量程切换跨阻模块5和通讯接ロ的机箱(图中未示)(本实施例中，采用19英寸-2U的机箱)，以及设置在机箱内、与中央处理�？�4连接的电源�？�(图中未示)，本实施例中，电源�？榭煞庠诼梁心冢唤銎帘慰赡芤氲磨ㄆ蹈扇牛逼淠诓课妊构芄潭ㄔ诮鹗艋鷫由嫌兄谄渖⑷取１臼凳├墓ぷ髟砣缦翴V转换�？镮输出的电压信号经过低通滤波�？�2之后，由中央处理�？�4控制模数转换�？�3对其实施连续采样；中央处理�？�4根据采样结果控制量程切換跨阻�？�5，启动量程切換，模数转换�？�3的存在使得中央处理�？�4能够很容易判定当前输出电压所处的大致范围，如果输出的电压信号饱和(如，大于10V)，则控制量程切換跨阻�？�5选择最大量程，如果在该量程下输出的电压信号依然饱和，表明此时输入的电流信号超过了 IV转换�？镮中放大器的测量范围，此时中央处理�？�4给出提醒警示；否则，中央处理模块4判定当前输出的电压信号是处于最佳量程的(如，可保证输出电压信号在I IOV之间)，如果不是最佳量程，则中央处理�？�4需要切換几次量程输出，才能选中最佳量程。举例来说，中央处理�？�4首先判断IV转换�？镮输出的电压信号是否大于10V，如果输出信号大于10V，再判断此时量程切換跨阻模块5是否已切换为最大量程，如果是最大量程，则表明输入的电流信号太大超出了測量范围，中央处理模块4需要给出提醒警示；如果不是最大量程，则控制量程切換跨阻�？�5把量程切换为最大量程，此时IV转换�？镮输出的电压信号必然小于10V,处于模数转换模块3的测量范围之内，中央处理�？�4根据模数转换�？�3的測量结果很容易实现“量程切換的粗调”。如果模数转换�？�3采样的电压信号小于10mV，则控制量程切換跨阻�？�5将量程减小3档(每档减小一个数量级)；如 果模数转换�？�3采样的电压信号不小于IOmV但是小于lOOmV，则控制量程切換跨阻�？�5将量程减小2档；如果模数转换�？�3采样的电压信号不小于IOOmV但是小于IV，则控制量程切換跨阻�？�5将量程减小I档；如果模数转换模块3采样的电压信号不小于IV，则此时量程就是最佳量程；如果量程减小到最小量程，则保持此量程不变。“量程粗调”的结果相当于加速了 “最佳量程”的搜索过程，完全避免了量程切換跨阻�？�5的频繁操作，有助于延长其使用寿命。上述自动量程过程结束后，通过通讯接ロ与外围上位机通信，从而把自动量程的结果也就是最佳量程的參量及其输出结果传输给上位机，上位机结合IV转换�？镮输出的电压信号及其相应的量程可以准确读出输入的电流信号的大�。⒔邢允镜�。本实施例中，中央处理�？�4可以采用常用单片机；量程切換跨阻�？�5可采用从IK欧姆 IG欧姆的跨阻，以实现把10纳安 10毫安7个数量级变化范围的输入电流转换成I IOV的电压输出，量程切換可以由受中央处理�？�4控制的继电器实现，以减小电路板漏电流等的影响。综上所述，本实用新型的上述实施例具有以下优点I、能实现IOnA到IOmA大范围的输入电流的线性电流-电压转换，并输出I IOV
的电压信号及其相对应的最佳量程參量。2、通过中央处理�？�4合理控制量程切換跨阻�？�5，从而显著减小量程切換的次数(最多3次量程切換就可以完成)，延长量程切換跨阻模块5的使用寿命，同时，中央处理模块4还能够灵活实现施密特触发器的功能及滤波功能。3、模数转换�？�3针对经过低通滤波之后的电压信号进行采样，可以避免现场干扰和频繁启动量程切換，可延长其元器件的使用寿命。以上所述的，仅为本实用新型的较佳实施例，并非用以限定本实用新型的范围，本实用新型的上述实施例还可以做出各种变化。即凡是依据本实用新型申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本实用新型专利的权利要求保护范围。本实用新型未详尽描述的均为常规技术内容。
权利要求1.ー种电流电压转换器，其特征在于，所述转换器包括 IV转换�？椋浣邮胀馕淙氲牡缌餍藕牛⒏萘砍虆⒘渴涑鱿嘤Φ牡缪剐藕牛� 通过ー低通滤波模块与所述IV转换�？榱拥哪Ｊ荒？椋洳裳龅缪剐藕牛� 与所述模数转换�？榱拥闹醒氪砟？椋涓菟龅缪剐藕牛涑鱿嘤Φ目刂菩藕牛灰约� 连接在所述中央处理�？橛隝V转换�？橹涞牧砍糖袚Q跨阻�？椋涓菟隹刂菩藕牛蛩鯥V转换�？樘峁┫嘤Φ牧砍虆⒘�。
2.根据权利要求I所述的电流电压转换器，其特征在于，所述模数转换�？楹椭醒氪砟？橥ü煌ㄑ督鹰碛胪馕衔换ㄑ读�。
3.根据权利要求2所述的电流电压转换器，其特征在于，所述转换器还包括用于设置所述IV转换�？�、低通滤波�？�、模数转换�？椤⒅醒氪砟？�、量程切換跨阻�？楹屯ㄑ督鹰淼幕洹�
4.根据权利要求3所述的电流电压转换器，其特征在于，所述转换器还包括设置在所述机箱内、与中央处理�？榱拥牡缭茨？�。
专利摘要本实用新型涉及一种电流电压转换器，它包括IV转换�？椋煌ü坏屯瞬？橛胨鯥V转换�？榱拥哪Ｊ荒？椋挥胨瞿Ｊ荒？榱拥闹醒氪砟？椋灰约傲釉谒鲋醒氪砟？橛隝V转换�？橹涞牧砍糖谢豢缱枘？�。本实用新型通过模数转换�？椴裳鵌V转换�？槭涑龅牡缪剐藕牛⑴浜现醒氪砟？楦莶裳峁杂隝V转换�？榱拥牧砍糖谢豢缱枘？榻锌刂疲佣迪直镜缌鞯缪棺黄鞯淖远砍坦δ埽言谠ど璞浠段У氖淙氲缌餍藕抛怀赡掣鲎罴蚜砍痰墓娑ū浠段У氖涑龅缪剐藕牛梢越戏奖愕乇苊庀钟屑际踔写嬖诘奈侍猓碧岣遆BPM测量的精度和可靠性。
文档编号G01R19/00GK202562986SQ201220164110
公开日2012年11月28日 申请日期2012年4月17日 优先权日2012年4月17日
发明者张永立, 蒋建国, 龚培荣, 朱周侠, 徐慧超, 周剑英, 施学兰 申请人:中国科学院上海应用物理研究所
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