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2008年11月14日 (金)

微小電流

微小電流の計測は,測定時間(帯域の逆数)を長く必要とする。

1秒間に流れる1フェムトA(1fA)では16000個/秒の電子の流れである。総ての電子をセンサで捉え増幅することはできないので,この半分から1/10程度となる。

仮に時間が1msなら16個の電子しかやってこない。統計的ばらつきは個数の平方根に比例するので,±4個のオーダーになり,S/N比は4程度以下になる。

時間分解能が高ければ,信号は離散的になるだろう。

光電子増倍管などを用いるなら,数え落としは多少生じるが,フォトンによって生じる電気パルスを数えることができる。これがフォトンカウンティングである。光だけではなく増倍機構を持つセンサはいく種類かある。

微小電流を連続と見るか,離散的にやってくるかと見るかで世界が異なる。

また,高エネルギーのフォトン(X線)などを適当な物体に入射させると,1個のフォトンそのエネルギーに応じてで複数の電子が生じる。1パルス当たりのフォトンで生じる2次電子の数で分類すれば,X線のエネルギーすなわち材料の特性X線のエネルギーから原子番号が判明する。これが,電子顕微鏡を用いたEDX計測である。

画像を得る際には光電流を連続的なアナログ信号として扱い,パルス電流として扱う際にはそのエネルギーに着目する。

微小電流領域では,連続信号とみるなら通常のアナログ処理,離散パルスとみるならそのパルスはノイズではなく立派な信号である。微小電流計測においては,ある意味でノイズと信号の境界は明白でなく,使用目的によってその評価は異なる。

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コメント

すいません。数値の確認です。
電子1個の電荷量が 1.6×10^-19 クーロン
なので、
電流1A毎秒では1クーロンが運ばれる定義から
1fAでの電子の移動数は 10^-15/(1.6×10^-19 )
から約 6.3x 10^3 個
1m秒では 6.3個 となりませんでしょうか?

e-junkieさま
コメントありがとうございました。
わたしの間違いです。仮数部の割り算やるのを間違いました。こんなミス、自分ではなかなか見つかりません。
こういうミスの記録もブログの内なので、ブログ本体はそのままにし、コメントも残しておきたいと思います。よろしくお願いします。 by アナログエンジニア

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