一种电导与微分电导同步测量装置及方法制造方法及图纸

一种电导与微分电导同步测量装置，它包括直流信号源、交流信号源、运算放大器、反馈电阻、傅里叶谱分析仪，其特征是交流信号源连接运算放大器正输入端，直流信号源连接被测样品后接入运算放大器负输入端，运算放大器输出端连接傅里叶谱分析仪，运算放大器负输入端与傅里叶谱分析仪之间连有反馈电阻。本发明专利技术的优点是：１．可以避免交直流电压信号的相互影响，从而提高信噪比；２．监测测量结果的正确性；３．测量电路可以同步测量电导与微分电导，实现样品电导变化的超高分辨率测量；４．测量电路简单，容易实现。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种同步测量装置及方法，尤其涉及一种电导与微分电导同步 测量装置及方法。
技术介绍
电导测试技术广泛应用于电子、化工、生物、医学、环保等 领域，例如电子的隧穿特性测量，液体成分分析，生物组织探测等。 通常的方法有测量电流电压关系，然后进行数值微分得到电导，但由于电压源表的精 度较低，且换量程时候会发生跳点，严重影响到电导测量结果。 还有采用锁定放大技术[黄志尧等，工作频率可调的液体电导测量 装置，技术专利号CN2814424Y]来实现电导信号测量，但 其中电导测量电路板很复杂，装置制作存在困难。此外，样品电导信号由于受到噪声干扰往往变化非常微弱，使得通过简 单提高放大倍数来改善测量装置灵敏度不可能实现微弱信号检测。人们提出了 测量微分电导[Li， C.H., et al.. Applied Physics Letters, 2004. 85(9): 1544.]来判断样品电导信号随直流电压的关系。微分电导就是电导对电压的导 数，也即电流对电压的二阶微分；因为，被测电导信号中的噪声成分不具有相 关性，对电压的变化是没有变化的，其微分结果为零；而被测电导的微弱变化 通过微分后，却可以明显放大，也即电导信号中变化的拐点很容易出现在微分 电导的信号中。这种方法可有效抑制信道噪声，实现了电导变化的超高分辨率 测量。所以，在此，我们提出一种新的电导与微分电导同步测量装置及方
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供，它比通常的I一V测量方法有更高的精度，利用这套测量装置和方法，可以快速的、简便的判断电子在输运过程中主要的机制，以及液 体成分等。本专利技术是这样来实现的， 一种电导与微分电导同步测量装置包括直流信号 源、交流信号源、运算放大器、反馈电阻、傅里叶谱分析仪，其特征是交流信 号源连接运算放大器正输入端，直流信号源连接被测样品后接入运算放大器负 输入端，运算放大器输出端连接傅里叶谱分析仪，运算放大器负输入端与傅里 叶谱分析仪之间连有反馈电阻。电导与微分电导同步测量方法为交流信号源和直流信号源通过运算放大 器叠加后，共同施加于被测样品上；然后被测样品的响应电流信号通过反馈电 阻转换成电压信号；转换后的电压信号输入到傅里叶谱分析仪，傅里叶谱分析 仪对输出电压信号进行傅里叶变换，得到基频和二次谐波系数， 计算后可得到电导与微分电导值。实现电导及微分电导测量电路的输出电压为-7[4(0，...]-样品直流电压响应电流，...-样品基频响应电流，<formula>formula see original document page 4</formula>样品二次谐波响应电流，<formula>formula see original document page 4</formula>分别是交流信号的振幅和周期，以及直流信号的幅值;对进行傅里叶变换，可以得到各个频率的系数& ，^4'K,cos(^)c/,4k,cos(諸t) dt (n=l， 2…)由于高阶微分远小于低阶微分(即〉>-的和的341v')》^)，那么傅里叶变换下的系数6，应该主要反映的是电流对直流电压的一阶微分= ，即电导。同理，傅里叶变换下的系数62应该主要反映的是电流对直流电压的二阶微分(^ = |^)，即微分电导。存在以d「下的物理关系:6，1 3w及,4 3F246，a2义基频和二次谐波系数得到后，由于交流信号幅值与反馈电阻阻值 已知，根据上面公式计算后可得到电导与微分电导值。本专利技术的优点是1、利用交流和直流电压源通过运算放大器叠 加后施加于样品，可以避免交直流电压信号的相互影响，从而提 高信噪比；2、可以同步测量样品电导与微分电导，并可以和直流 电流电压曲线数值微分对比，监测测量结果的正确性；3、测量电路可以同步测量电导与微分电导，实现样品电导变化的超高分辨率测量；4、测量电路简单，容易实现。附图说明图l为本专利技术的原理方框图。图2为本专利技术测量二极管器件在直流电压为53()y^时的傅里叶频谱图。 图3为本专利技术测量二极管器件的电导与数值微分二极管电流电压曲线得到的电导比较图。图4为本专利技术测量二极管器件的微分电导图。在图中，1、直流信号源2、交流信号源3、被测样品4、运算放大器5、 反馈电阻6、傅里叶谱分析仪具体实施例方式如图1所示，本专利技术是这样来实现的， 一种电导与微分电导同步测量装置 包括直流信号源l、交流信号源2、运算放大器4、反馈电阻5、傅里叶谱分析 仪6，其特征是交流信号源2连接运算放大器4正输入端，直流信号源l连接 被测样品3后接入运算放大器4负输入端，运算放大器4输出端连接傅里叶谱 分析仪6，运算放大器4负输入端与傅里叶谱分析仪6之间连有反馈电阻5。如图2所示，图中横坐标是傅里叶变换频率，纵坐标为傅里 叶变换系数，我们利用该系统测量了 二极管(1N4004)样品正向电 压下的电学性质。测试结果如图2~4;图2是在直流电压为530mr 时，放大器正输入端接幅值为lOmK、频率为1000//Z的正弦信号， 并经10M1的反馈电阻输出电压傅里叶谱分析结果。由图可知，输 出的信号有基频(1000WZ)、 2次谐波(20007/Z)成分(如图中箭头所 示)，而其它频率成分几乎没有出现。说明更高频率谐波可以忽略 不计；也即高阶微分远小于低阶微分。根据基频和2次谐波傅里 叶谱分析系数可以得到电导和微分电导。如图3所示，横坐标为直流电压，单位伏，纵坐标为电导， 单位西门子；图中虚线为傅里叶变换求得电导；变换直流电压的 大小，可以得到不同直流电压下电导的变化关系；图中实线为二 极管直流电流电压关系数值微分求得电导。对比结果见图3。发 现它们符合较好，都是在直流电压小于250mr时，曲线平滑而保持低值，这里有一点区别，原因是微小交流信号的幅值仍然不够小。当直流电压大于300mr后，曲线呈指数上升趋势而急剧增大。 这说明此方法的正确性。注意到这里测量到的信号数值量级大约 在~10—2左右。如图4所示，横坐标为直流电压，单位为伏，纵坐标为微分 电导，单位为西门子/伏。由上同步可以得到不同直流电压下微分 电导的变化关系，结果如图4。发现它随直流电压的关系和电导随直流电压的关系相似，但是注意到信号的数值量级大约在~1 G_' 左右，这比测量电导信号明显放大了一个数量级以上。说明电导 信号中的微弱变化，通过微分电导的测量，可以明显放大其中的 变化。以上实例说明我们设计的电导与微分电导同步测量装置及方 法是正确的；且具有一非常显著的特点，就是利用该方法，我们 可以同时测量同 一 样品的电导和微分电导随直流电压的变化，且 通过以上方法测量微分电导后，可以实现电导信号的放大，实现 比传统测量电导的方法提高一个量级的精度。该装置与方法将会 在目前电子隧穿，成分分析的研究当中得到一定的推广。以上所述，仅为本专利技术中的具体实施方式，但本专利技术的保护 范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本专利技术所揭露的技术 范围内，可轻易想到的变换或替换，都应涵盖在本专利技术的包含范 围之内。因此，本专利技术的保护范围应该以权利要求书的保护范围 为准。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电导与微分电导同步测量装置，它包括直流信号源、交流信号源、运算放大器、反馈电阻、傅里叶谱分析仪，其特征是交流信号源连接运算放大器正输入端，直流信号源连接被测样品后接入运算放大器负输入端，运算放大器输出端连接傅里叶谱分析仪，运算放大器负输入端与傅里叶谱分析仪之间连有反馈电阻。

【技术特征摘要】
1、一种电导与微分电导同步测量装置，它包括直流信号源、交流信号源、运算放大器、反馈电阻、傅里叶谱分析仪，其特征是交流信号源连接运算放大器正输入端，直流信号源连接被测样品后接入运算放大器负输入端，运算放大器输出端连接傅里叶谱分析仪，运算放大器负输入端与傅里叶谱分析仪之间连有反馈电阻。2. 一种权利要求l所...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖文波，何兴道，
申请(专利权)人：南昌航空大学，
类型：发明
国别省市：36[中国|江西]