[发明专利]一种微弱电流测量装置

说明书

本发明涉及一种微弱电流测量装置，包括检测组件、转换组件、电源组件和校准组件，校准组件用于各组件检测数据的修正，并被配置为：基于当前待检测装置的电流源情况，进行手动校准或自动校准的选择。自动校准包括：调整到各检测挡位并分别进行若干次检测，以检测均值作为各组件检测数据的修正标准。本发明的微弱电流测量装置基于高阻法原理设计，并设计校准组件作为该装置的前置组件，在保证装置检测微弱电流时具有较快速度的同时，将量程变更电路集成到计算单元和电流信号转换电路之间，使得使用者能够根据待测电流的大致范围调节至合适量程，保证测量的精准度，使得装置同时具有高性能和实用性，为放射性药品活度现场测量的实际应用打下了基础。

技术领域

本发明涉及极微弱电流检测技术领域，尤其涉及一种微弱电流测量装置。

背景技术

一般将nA量级以下的电流定义为微弱电流，在核技术应用、电离辐射、电化学以及材料学等多领域的科研工作中，经常需要开展关于微弱电流的检测。其中尤其是核医学，由于越来越多的短寿命或超短寿命人工核素应用于临床诊断和治疗，这些核素随着时间高速蜕变，这一特性为活度的绝对测量以及需要随时进行的结果核对工作造成了很大困难。

目前，中国计量科学研究院(NIM)研制了4πγ高压电离室活度测量系统，用于核素活度的快速测量与量值传递。该测量系统由4不γ高压电离室和极微弱电流检测电路组成。其中，极微弱电流检测电路是整个活度测量系统的关键部件。针对4不γ电离室的电流输出具有电流本底低、范围宽等特点，应用于电离室的微弱电流测量电路应具有如下特殊技术要求：

1、具有自动刻度校准功能，刻度校准操作简便；

2、具有fA(1fA＝1O-15A)级的电离室本底电流检测能力；

3、测量动态范围宽，几十fA至mA量级(电离室测量任务中的待测微弱电流信号范围常跨越多个数量级)；

4、具有较快的检测速度，有利于现场检测；

5、电流值检测精度高且示数稳定。

微弱电流检测的难点还在于待测电流信号幅度小，导致极易受到各类干扰源的影响，例如电学噪音、机械振动以及外界磁场的影响。不仅如此，外部温度、湿度以及场景空间大小的差异对电流环境适应能力和体积也有要求，导致基于大体积高值电阻的电流信号转换法无法使用。

针对4πγ电离室的输出电流特性，中国计量科学研究院(NIM)所研制的4πγ高压电离室活度测量系统中的极微弱电流检测电路可测量电流值的范围是0.1pA～10hA。该电路利用了汤姆逊平衡法作为静电计的原理，在保证了比较高的测量精度的同时大大扩充了动态监测范围。但是该设备也存在两点不足：首先汤姆逊平衡法是以牺牲较小电流的检测响应时间来保证极微弱电流的检测精度，其测量电离室本底微弱电流需要几个小时的检测时间，所以基于该技术的电流检测速度较慢；其次，使用了较多集成度低的分立元件，设备体积相当于一台家用立式冰箱大小。基于以上两点，该设备不具备现场实时测量的功能。

相关技术中，医学水平的发展导致使得越来越多的短半衰期、不同活度的放射性核素应用于核医学临床诊断及治疗，对活度计的检测响应时间、检测精确度都提出了更高的要求，研制一款具有更高精度，更广的活度测量范围以及更快响应速度的小体积放射性活度计迫在眉睫。作为活度计的核心部件，极微弱电流检测电路必须具有更广的电流测量动态范围，更高的测量精度与更快的响应速度，因此需要设计适合现场测量的、满足针对4πγ电离室的电流输出特性的极微弱电流检测电路。