電流測(cè)量裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及能夠在大范圍內(nèi)短時(shí)間且精確地測(cè)量微小電流的電流測(cè)量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 例如，作為測(cè)量電離室輻射（射線）檢測(cè)器的輸出電流的電流測(cè)量裝置，例如提案 有在專(zhuān)利文獻(xiàn)1中所記載的電流/頻率轉(zhuǎn)換裝置。該電流/頻率轉(zhuǎn)換裝置包括：將輸入電 流作為電荷存儲(chǔ)，輸出與該存儲(chǔ)的電荷成比例的電壓的積分放大電路；以與從上述積分放 大電路輸出的電壓成比例的頻率輸出占空比為50%的脈沖信號(hào)的頻率轉(zhuǎn)換電路；和在供 給上述脈沖信號(hào)時(shí)對(duì)存儲(chǔ)在上述積分電路中的電荷進(jìn)行放電的電荷栗電路。
[0003] 專(zhuān)利文獻(xiàn)
[0004] 專(zhuān)利文獻(xiàn)1 :日本專(zhuān)利第4479430號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 發(fā)明要解決的課題
[0006] 然而，像電離室輻射檢測(cè)器那樣，為了覆蓋10-15Α~10-6Α的較大的測(cè)量電流 區(qū)域（~9位），在專(zhuān)利文獻(xiàn)1所記載的電流/頻率轉(zhuǎn)換裝置中，最小電流的輸出頻率為 0. 001Hz左右，用于獲得測(cè)量結(jié)果的響應(yīng)時(shí)間為1000秒。此處，為了使響應(yīng)時(shí)間為例如1 秒，必須將最小電流的輸出頻率設(shè)定在1Hz以上，測(cè)量電流區(qū)域的最小電流上升3位，因此， 測(cè)量電流區(qū)域相應(yīng)地變窄。
[0007] 因此，例如為了確保1秒的響應(yīng)時(shí)間且擴(kuò)大測(cè)量電流區(qū)域，采用具有能夠測(cè)量的 電流區(qū)域不同的多個(gè)電路常數(shù)，根據(jù)被測(cè)量電流來(lái)切換電路常數(shù)的方法。
[0008] 但是，在進(jìn)行電流區(qū)域的切換的情況下，需要切換電流區(qū)域的時(shí)間，因此，存在響 應(yīng)與其切換時(shí)間相應(yīng)地延遲這種未能解決的問(wèn)題。
[0009] 因此，本發(fā)明著眼于上述現(xiàn)有例的未解決的問(wèn)題，其目的在于提供一種能夠在短 時(shí)間內(nèi)精確地測(cè)量大范圍的微小電流的電流測(cè)量裝置。
[0010] 用于解決課題的方法
[0011] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明涉及的一實(shí)施方式的電流測(cè)量裝置，其將被測(cè)量電流 的電流測(cè)量范圍至少分成低區(qū)和高區(qū)，按各區(qū)進(jìn)行電流測(cè)量。而且，電流測(cè)量裝置包括：對(duì) 被測(cè)量電流進(jìn)行積分并輸出積分信號(hào)的積分電路；低區(qū)側(cè)電流測(cè)量部，從該積分電路輸出 的積分信號(hào)輸入到該低區(qū)側(cè)電流測(cè)量部，計(jì)算與該積分信號(hào)的變化率成比例的低區(qū)側(cè)電流 測(cè)量值；高區(qū)側(cè)電流測(cè)量部，其基于與從積分電路輸出的積分信號(hào)的周期對(duì)應(yīng)的脈沖信號(hào)， 計(jì)算高區(qū)側(cè)電流測(cè)量值；根據(jù)脈沖信號(hào)對(duì)存儲(chǔ)在積分電路中的電荷進(jìn)行放電的電荷栗電 路；和測(cè)量值決定部，其基于由低區(qū)側(cè)電流測(cè)量部計(jì)算出的低區(qū)側(cè)電流測(cè)量值和由高區(qū)側(cè) 電流測(cè)量部計(jì)算出的高區(qū)側(cè)電流測(cè)量值，來(lái)決定被測(cè)量電流的測(cè)量值。
[0012] 發(fā)明效果
[0013] 根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施方式，將被測(cè)量電流的積分信號(hào)供給到低區(qū)側(cè)電流測(cè)量部和 高區(qū)側(cè)電流測(cè)量部?jī)烧撸傻蛥^(qū)側(cè)電流測(cè)量部計(jì)算與積分信號(hào)的變化率成比例的電流測(cè)量 值，由高區(qū)側(cè)電流測(cè)量部基于與積分信號(hào)的頻率對(duì)應(yīng)的脈沖信號(hào)來(lái)計(jì)算電流測(cè)量值。因此， 當(dāng)被測(cè)量電流為低區(qū)側(cè)時(shí)，采用由低區(qū)側(cè)電流測(cè)量部計(jì)算的電流測(cè)量值，當(dāng)被測(cè)量電流為 高區(qū)側(cè)時(shí)，采用由高區(qū)側(cè)電流測(cè)量部計(jì)算的電流測(cè)量值，由此，能夠在大范圍內(nèi)短時(shí)間且精 確地測(cè)量被測(cè)量電流。
【附圖說(shuō)明】
[0014] 圖1是表示作為本發(fā)明涉及的電流測(cè)量裝置的一實(shí)施方式的第一實(shí)施方式的概 略結(jié)構(gòu)的框圖。
[0015] 圖2是表示圖1的電流測(cè)量裝置的具體結(jié)構(gòu)的框圖。
[0016] 圖3是表示由運(yùn)算處理電路執(zhí)行的低區(qū)側(cè)電流測(cè)量處理步驟的一例的流程圖。
[0017] 圖4是表示由運(yùn)算處理電路執(zhí)行的高區(qū)側(cè)電流測(cè)量處理步驟的一例的流程圖。
[0018] 圖5是表示由運(yùn)算處理電路執(zhí)行的高區(qū)側(cè)電流測(cè)量值存儲(chǔ)區(qū)域無(wú)效化處理步驟 的一例的流程圖。
[0019] 圖6是表示由運(yùn)算處理電路執(zhí)行的測(cè)量值決定處理步驟的一例的流程圖。
[0020] 圖7是用于說(shuō)明第一實(shí)施方式的動(dòng)作的時(shí)序圖。
[0021] 圖8是表示低區(qū)側(cè)電流測(cè)量部中被測(cè)量電流值與積分電壓信號(hào)的變化率的關(guān)系、 高區(qū)側(cè)電流測(cè)量部中被測(cè)量電流值與積分電壓信號(hào)的頻率的關(guān)系的說(shuō)明圖。
[0022] 圖9是表示作為本發(fā)明的一實(shí)施方式的第二實(shí)施方式的框圖。
[0023] 圖10是用于說(shuō)明第二實(shí)施方式的動(dòng)作的時(shí)序圖。
[0024] 圖11是用于說(shuō)明沒(méi)有設(shè)置初始化電路的情況下的動(dòng)作的時(shí)序圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 下面，參照附圖，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。
[0026] 圖1是表示作為本發(fā)明的一實(shí)施方式的第一實(shí)施方式的概略結(jié)構(gòu)的框圖。
[0027] 如圖1所示，本發(fā)明涉及的電流測(cè)量裝置1包括：輸入有被測(cè)量電流Iin的電流輸 入端子2 ;和與該電流輸入端子2連接的作為積分電路的電荷積分電路3。另外，電流測(cè)量 裝置1包括：輸入有從電荷積分電路3輸出的作為積分信號(hào)的積分電壓信號(hào)的低區(qū)側(cè)電流 測(cè)量部4和高區(qū)側(cè)電流測(cè)量部5 ;和基于由兩個(gè)電流測(cè)量部4和5計(jì)算出的測(cè)量值來(lái)決定 測(cè)量值的測(cè)量值決定部6。電流測(cè)量裝置1還包括：使由電荷積分電路3存儲(chǔ)的電荷以一 定量放電的電荷栗電路7。
[0028] 此處，如像電離室輻射檢測(cè)器的輸出電流那樣，被測(cè)量電流Iin是具有ΚΓ15A(lfA)~10_6A(1 μΑ)的大范圍的測(cè)量電流區(qū)域（~9位）的負(fù)的微小電流。
[0029] 如圖2所示，電荷積分電路3的具體結(jié)構(gòu)包括：將被測(cè)量電流Iin供給到反相輸入 偵牝非反相輸入側(cè)接地的運(yùn)算放大器31 ;和在該運(yùn)算放大器31的輸出側(cè)與反相輸入側(cè)之間 連接的積分用電容器32。因此，在電荷積分電路3中，設(shè)積分用電容器32的靜電容為C，如 果輸入負(fù)的被測(cè)量電流Iin，則輸出對(duì)其進(jìn)行積分而得到的由下述（1)式表示的正的積分 電壓信號(hào)Vo。
[0030] (數(shù)學(xué)式1)
[0032] 由該式⑴可知，運(yùn)算放大器31的積分電壓信號(hào)Vo與經(jīng)過(guò)時(shí)間T成比例地上升。 此時(shí)，在積分用電容器32,存儲(chǔ)有被輸出的積分電壓信號(hào)Vo與電容器的靜電容C的乘積的 電荷 Q( = CXVo)。
[0033] 低區(qū)側(cè)電流測(cè)量部4的具體結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括:A/D轉(zhuǎn)換電路4,以規(guī)定取樣周 期（例如Is左右）讀取從電荷積分電路3輸出的積分電壓信號(hào)Vo,將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)； 和作為低區(qū)測(cè)量值運(yùn)算部的運(yùn)算處理電路42,輸入有從該A/D轉(zhuǎn)換電路41輸出的數(shù)字信 號(hào)，例如由微型計(jì)算機(jī)構(gòu)成。
[0034] 此處，運(yùn)算處理電路42包括：低區(qū)側(cè)測(cè)量值運(yùn)算部42a，基于至少?gòu)腁/D轉(zhuǎn)換電路 41輸出的數(shù)字信號(hào)Vod，執(zhí)行低區(qū)側(cè)電流測(cè)量處理；和高區(qū)側(cè)測(cè)量值運(yùn)算部42b，作為每隔 規(guī)定時(shí)間（例如125ms)的定時(shí)中斷處理，執(zhí)行高區(qū)側(cè)電流測(cè)量處理。
[0035] 在運(yùn)算處理電路42中，由低區(qū)側(cè)測(cè)量值運(yùn)算部42a，基于從A/D轉(zhuǎn)換電路41輸出 的數(shù)字信號(hào)Vod，執(zhí)行低區(qū)側(cè)電流測(cè)量處理，計(jì)算積分電壓信號(hào)Vo的每單位時(shí)間的變化率 Rc，將計(jì)算出的變化率Rc乘以換算系數(shù)Kc (例如" 1"），來(lái)計(jì)算低區(qū)側(cè)電流測(cè)量值11? (= RcXKc) 〇
[0036] 該低區(qū)側(cè)電流測(cè)量處理例如作為每隔設(shè)定成與A/D轉(zhuǎn)換電路41的取樣周期相等 的規(guī)定時(shí)間的定時(shí)中斷處理（例如1秒）來(lái)執(zhí)行。
[0037] 關(guān)于A/D轉(zhuǎn)換電路41的數(shù)字信號(hào)Vod (η)，在從后述的脈沖信號(hào)形成電路52輸出 脈沖信號(hào)Ρ1，使存儲(chǔ)在電荷積分電路3的積分用電容器32中的電荷汲?。╬ump)的中途進(jìn) 行取樣的情況下，電荷積分電路3的運(yùn)算放大器31的積分電壓信號(hào)Vo劇烈變化，積分電壓 信號(hào)Vo的每單位時(shí)間的變化率Rc與被測(cè)量電流Iin的比例性被破壞，無(wú)法用于計(jì)算被測(cè) 量電流I in，因此將其放棄。
[0038] 關(guān)于放棄的數(shù)字信號(hào)Vod (η)的數(shù)量，是在電荷汲取中途進(jìn)行了取樣的信號(hào)，實(shí)施 例中在電荷汲取中途進(jìn)行取樣的情況下，下一個(gè)取樣定時(shí)一定是汲取該電荷后，所以最大 可以是1個(gè)。在該電荷汲取中途的取樣為多次的情況下，放棄該次數(shù)的數(shù)字信號(hào)Vod (η)。
[0039] 為了進(jìn)行這樣的處理，低區(qū)側(cè)電流測(cè)量處理如圖3所示，首先，在步驟S31中，參照 表示是否為該數(shù)字信號(hào)Vod (η)的放棄處理的標(biāo)志FP1進(jìn)行判斷，在FP1為"0"的情況下， 前進(jìn)至步驟S32。
[0040] 在步驟S32中，在A/D轉(zhuǎn)換電路41的數(shù)字信號(hào)Vod(n)并非放棄處理的情況下，參 照表示上一次取樣之后是否有從脈沖信號(hào)形成電路52向計(jì)數(shù)器電路53輸入P1信號(hào)的標(biāo) 志CNF進(jìn)行判斷，在沒(méi)有該P(yáng)1信號(hào)輸入的情況（CNF ="0"）下，前進(jìn)至步驟S33,在有該P(yáng)1 信號(hào)輸入的情況下（CNF = " 1"），前進(jìn)至放棄處理的步驟S40。
[0041] 在步驟S34中，計(jì)算用定時(shí)中斷周期Tt去除在步驟S33中讀取的數(shù)字信號(hào)Vod (η) 與上一次讀取的數(shù)字信號(hào)Vod (η - 1)之差（Vod (η) - Vod (η - 1))而得到的每單位時(shí)間 的變化率Rc(微分處理），然后前進(jìn)至步驟S35。此處，上一次讀取的數(shù)字信號(hào)Vod(n - 1) 也包括在后述的放棄處理即將結(jié)束之前的步驟S38中讀取到的數(shù)字信號(hào)Vod。
[0042] 在該步驟S35中，將在步驟S34中計(jì)算出的每單位時(shí)間的變化率Rc乘以換算系數(shù) Kc (例如"1"）來(lái)計(jì)算低區(qū)側(cè)電流測(cè)量值Ii^( = RcXKc)，接著，前進(jìn)至步驟S36,將在步驟 S35中計(jì)算出的低區(qū)側(cè)電流測(cè)量值返更新存儲(chǔ)在低區(qū)側(cè)電流測(cè)量存儲(chǔ)區(qū)域，該低區(qū)側(cè)電流 測(cè)量存儲(chǔ)區(qū)域形成于內(nèi)置在運(yùn)算處理電路42中的存儲(chǔ)器中，前進(jìn)至步驟S37。
[0043] (放棄處理）
[0044] 在汲取存儲(chǔ)在電荷積分電路3的積分用電容器32中的電荷的中途對(duì)從A/D轉(zhuǎn)換 電路41輸出的數(shù)字信號(hào)Vod進(jìn)行了取樣的情況下，按照以下所示的步驟執(zhí)行該信號(hào)Vod的 放棄處理。
[0045] 在步驟S32中進(jìn)行向放棄處理跳轉(zhuǎn)的判斷。在步驟S32中，在有從脈沖信號(hào)形成電 路52向計(jì)數(shù)器電路53輸入P1信號(hào)的情況（CNF = " 1"）下，前進(jìn)至放棄處理的步驟S40。在 放棄處理中，并不讀取輸入電流和比例性受到破壞的A/D轉(zhuǎn)換電路41的數(shù)字信號(hào)Vod (η)， 而是將其放棄，前進(jìn)至步驟S40,在步驟S40中，使表示向放棄處理跳轉(zhuǎn)的標(biāo)志FP1 = "1"， 前進(jìn)至步驟S37,執(zhí)行后述的步驟S37,并結(jié)束定時(shí)中斷處理，返回規(guī)定的主程序。
[0046] 在下一次的本處理的步驟S31中，在該標(biāo)志FP1 ="1"（放棄處理中）的情況下前 進(jìn)至步驟S38,在步驟S38中，為了在下一次的本處理的步驟S34中能夠計(jì)算變化率，讀取并 保持該數(shù)字信號(hào)Vod (η)，然后在步驟SS39中使該標(biāo)志FP1為"0"，