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詳細討論地下金屬探測器前置放大器的設計與研制(一)

文章來源:北京圣火大地科技www.dhflcsox.cn

詳細討論前置放大器的設計與研制。
1.常用直流放大器概況
目前常用的變換技術有以下幾種。
(1)高阻/-V變換技術⑴M
鍛常用的累計電流前置放大器是采用高阻/-V變換技術,該方法令待測信 號電流Kr)通過高阻i?,再測量R兩端的電壓VU),從而確定待測信號電流 值。即:
髙阻/-V變換原理是電離室陣列地下金屬探測器的輸出信號,凡是陣列電離室收集極與地之間的絕緣 電阻,G為電離室的輸出電容(極間電容),是高阻,A為一理想放大器。為了實現 高精度測量,電阻尺/必須遠遠大于否 則,電流/(/〉將被明顯地分流。在實際電 路中,通常選用具有高輸人阻抗和極低偏流的放大器,其輸人阻抗可以高達 1013(1〜10“D,甚至更高,而偏®電流在IpA以下。
圍3. 8高阻/-V變換電路原理圖
這種放大器對信號電流變化的響應速度主要取決于時間常數r=RCd。為 保證放大器足夠高的放大能力,一般選擇尺=io9n〜如果陣列地下金屬探測器的 輸出電容為50PF,則放大器的時間常數為50ms〜500ms,這顯然不利于快速信 號變化的測童。為改善這種放大器的時間響應特性,可以采用負反饋技術,能使 放大器的時間常數小于10ms。
(2)電容變換技術[隊2。.21]
該方法是:讓信號電流/(0給一個固定電容充電,經過一個充電周期Ts停rsI(t)dt止充電,將此時該電容上積累的電壓信號= J-^■■一轉化為數字信號后,令該電容上的電荷全部放掉,再重新開始一個新的充電周期。


一般Ts很短(幾奄秒〜幾十毫秒),故可忽略信號電流在7\內的變化,則:/(/) = (3.10)j S其原理如圖3.9所示。圖中/(0為電離室輸出信號,S,為充電控制開關,¾為 電容放電開關,C為充電電容,A為一理想運算放大器。當S,閉合,¾打開時, 給電容C充電;當S,打開,$閉合時,給電容C放電。為了達到較高的測量精度,要求電C穩定,而且要有很髙的絕緣阻抗(10“fl以上)。開關S,和$在 打開時也要有很高的絕緣阻抗(1013n以上)。放大器A通常選用具有髙輸入阻 抗和極低偏流的放大器。這種放大器對信號電流變化反應速度主要和充電時間 Ts有關。如果選用較小的Ts,就可以反映快速變化的信號,但此時放大器的輸 出電壓也變小,在放大器噪聲電流一定的情況下,將減小系統的動態范圍,因此 要根據檢測系統要求合理選擇充電時間Ts。

 
 

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