CN216747538U - 一种适用于现场快速检测的电化学分析灵敏度自调节装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种适用于现场快速检测的电化学分析灵敏度自调节装置，所述自调节装置包括恒电位电路，还包括对检测所得电流数据进行分析的移动终端；电化学检测时，恒电位电路对待测物质施加电压波形激励，并经模数转换模块采样待测物质的响应电流用于分析；所述恒电位电路包括可编程控制的数字电位器芯片；所述数字电位器芯片用于电化学分析灵敏度自动调节时的反馈回路电阻调整；当移动终端判定检测过程测得的电流数据与恒电位电路当前灵敏度不匹配时，数字电位器芯片自动调节电位器的电阻值以改变响应电流回传电路的阻值，使恒电位电路的电流分析灵敏度与当前电化学检测相匹配，本实用新型能实现电化学检测时的电流分析灵敏度自动调节。

Description

一种适用于现场快速检测的电化学分析灵敏度自调节装置

技术领域

本实用新型涉及电化学检测技术领域，尤其是一种适用于现场快速检测的电化学分析灵敏度自调节装置。

背景技术

现有的便携式电化学检测装置及方法在进行电化学检测时其响应电流的分析灵敏度往往必须人工进行手动选择，也有些装置及方法采用固定不变的单一电流分析灵敏度。手动选择电流分析灵敏度会导致电化学检测过于繁琐和低效，使得检测不够简便，而固定不变的单一电流分析灵敏度势必带来响应电流检测精度上的不足。

发明内容

本实用新型提出一种适用于现场快速检测的电化学分析灵敏度自调节装置，能实现电化学检测时的电流分析灵敏度自动调节。

本实用新型采用以下技术方案。

一种适用于现场快速检测的电化学分析灵敏度自调节装置，所述自调节装置包括恒电位电路，还包括对检测所得电流数据进行分析的移动终端；

所述恒电位电路的电路组成包括了用于控制数字电位器芯片的MCU微控制器模块，还包括电压跟随器模块、模数转换模块、数模转换模块、电极接口模块、低通滤波器模块、TIA跨阻放大器模块、内部零点模块、参考电压源模块、蓝牙模块、数字电位器模块；电化学检测时，恒电位电路对待测物质施加电压波形激励，并经模数转换模块采样待测物质的响应电流用于分析；所述恒电位电路包括可编程控制的数字电位器芯片；

所述数字电位器芯片用于电化学分析灵敏度自动调节时的反馈回路电阻调整；当移动终端判定检测过程测得的电流数据与恒电位电路当前灵敏度不匹配时，数字电位器芯片自动调节电位器的电阻值以改变响应电流回传电路的阻值，使恒电位电路的电流分析灵敏度与当前电化学检测相匹配。

所述移动终端安装电化学检测APP；所述恒电位电路在进行电化学检测时，恒电位电路将检测得到的实时电流数据发送至电化学检测APP，并在移动终端内以电流数据列表的方式存储。

所述自调节装置中，对于电流分析灵敏度过高的判定和自动调整方法具体为：在电化学检测APP的电流分析灵敏度异常捕捉代码中设计了整型变量A，在电化学检测过程中，该整型变量A为电流数据列表中电流数据绝对值大于等于电流检测量程上限值的电流数据个数之和，当整型变量A的数值大于等于预设阈值B，则电化学检测APP判断检测过程中出现了电流分析灵敏度过高的异常行为，恒电位电路自动调低响应电流回传电路的阻值，并重启检测，使恒电位电路的电流分析灵敏度与当前电化学检测相匹配。

所述自调节装置中，对电流分析灵敏度过低的自动调节方法为：在单次电化学检测结束时，将电流数据列表中的电流最大值与电流最小值相减得最大最小电流差值；将最大最小电流差值与电流检测量程限值作对比，若最大电流与最小电流的差值小于等于电流检测量程限值的一半，则电化学检测APP判断检测过程中出现了电流分析灵敏度过低的异常现象，恒电位电路自动调高响应电流回传电路的阻值，并重启检测，使恒电位电路的电流分析灵敏度与当前电化学检测相匹配。

通过数字电位器芯片对响应电流回传电路的阻值大小进行自动调整时，每次电阻值的调整大小为当前数字电位器电阻输出值的10%，电阻的调整调整范围在100Ω~100kΩ。

所述移动终端安装电化学检测APP；所述电化学检测APP的功能包括循环伏安法的检测参数设置、检测状态控制以及实时的检测伏安图绘制。

所述数字电位器芯片以蓝牙方式与移动终端相连；所述恒电位电路包括用于数字电位器芯片的MCU微控制器模块，还包括电压跟随器模块、模数转换模块、数模转换模块、电极接口模块、低通滤波器模块、TIA跨阻放大器模块、内部零点模块、参考电压源模块、蓝牙模块、数字电位器模块。

所述MCU微控制器模块为STM32F103RCT6；所述电压跟随器模块为AD8608；所述模数转换模块为AD7694；所述数模转换模块为AD5541；所述内部零点模块为ADR4520；所述参考电压源模块为ADR4540；所述蓝牙模块为HC-05；所述数字电位器模块为AD5270。

所述电化学检测基于物质的氧化还原反应，在检测中，通过电化学三电极体系向含有待测物质的水溶液中施加特定的电压激励波形，使待测物质将在电极表面发生得失电子的氧化还原反应而产生响应电流，产生的响应电流流经由对电极和工作电极构成的响应电流回传电路，所述响应电流回传电路与数字电位器的电流反馈电阻相连，并且数字电位器可通过对输出电阻值的调整改变响应电流回传电路电阻值的大小，自动使恒电位电路的电流分析灵敏度与当前电化学检测相匹配，使恒电位电路可通过分析响应电流数值来对定量判断待测物质浓度。

本实用新型所述方案，在电化学检测过程中针对电流分析灵敏度过高和电流分析灵敏度过低的异常检测行为能够进行电流分析灵敏度的自动调节，该方案首先将在电化学检测的过程中实时判断电流检测分析灵敏度状态是否正常，并具有捕捉电流分析灵敏度异常的相应代码和功能。在捕捉到电流分析灵敏度异常后，本方案将相应的自动调节数字电位器的电流反馈电阻阻值大小，自动为电化学检测匹配最佳的电流分析灵敏度，提高电化学检测的准确程度。

相比于传统技术，本实用新型在恒电位电路上的数字电位器模块可以通过自动化方案（如可编程固件）来自动实现电流分析灵敏度的自调节，提高了电流检测的精度和电化学检测的准确度。相比于需要人工手动进行电流分析灵敏度调节的电化学检测装置，本装置免去了人工操作的繁琐流程，提高了电化学检测时的自动化程度；相比于只有单一电流分析灵敏度的电化学检测装置，本装置具有电流分析灵敏度自调节的优势，在电流检测精度和电流检测灵敏度上都有大幅度的提高。该装置及方法极其适用于现场快速检测领域的电化学分析需要（例如各种基于电化学方法的POCT[Point-of-care testing]装置）。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步详细的说明：

附图1是本实用新型的运行流程示意图；

附图2是本实用新型的工作原理示意图；

附图3是本实用新型的灵敏度自动调节示意图；

附图4 是本实用新型部分电路的原理示意图。

具体实施方式

如图所示，一种适用于现场快速检测的电化学分析灵敏度自调节装置，所述自调节装置包括恒电位电路，还包括对检测所得电流数据进行分析的移动终端；所述恒电位电路的电路组成包括了用于控制数字电位器芯片的MCU微控制器模块，还包括电压跟随器模块、模数转换模块、数模转换模块、电极接口模块、低通滤波器模块、TIA跨阻放大器模块、内部零点模块、参考电压源模块、蓝牙模块、数字电位器模块；电化学检测时，恒电位电路对待测物质施加电压波形激励，并经模数转换模块采样待测物质的响应电流用于分析；所述恒电位电路包括可编程控制的数字电位器芯片；所述数字电位器芯片用于电化学分析灵敏度自动调节时的反馈回路电阻调整；当移动终端判定检测过程测得的电流数据与恒电位电路当前灵敏度不匹配时，数字电位器芯片自动调节电位器的电阻值以改变响应电流回传电路的阻值，使恒电位电路的电流分析灵敏度与当前电化学检测相匹配。

所述移动终端安装电化学检测APP；所述恒电位电路在进行电化学检测时，恒电位电路将检测得到的实时电流数据发送至电化学检测APP，并在移动终端内以电流数据列表的方式存储。

所述自调节装置中，对于电流分析灵敏度过高的判定和自动调整方法具体为：在电化学检测APP的电流分析灵敏度异常捕捉代码中设计了整型变量A，在电化学检测过程中，该整型变量A为电流数据列表中电流数据绝对值大于等于电流检测量程上限值的电流数据个数之和，当整型变量A的数值大于等于预设阈值B，则电化学检测APP判断检测过程中出现了电流分析灵敏度过高的异常行为，恒电位电路自动调低响应电流回传电路的阻值，并重启检测，使恒电位电路的电流分析灵敏度与当前电化学检测相匹配。

所述预设阈值B为整数20，

所述自调节装置中，对电流分析灵敏度过低的自动调节方法为：在单次电化学检测结束时，将电流数据列表中的电流最大值与电流最小值相减得最大最小电流差值；将最大最小电流差值与电流检测量程限值作对比，若最大电流与最小电流的差值小于等于电流检测量程限值的一半，则电化学检测APP判断检测过程中出现了电流分析灵敏度过低的异常现象，恒电位电路自动调高响应电流回传电路的阻值，并重启检测，使恒电位电路的电流分析灵敏度与当前电化学检测相匹配。

通过数字电位器芯片对响应电流回传电路的阻值大小进行自动调整时，每次电阻值的调整大小为当前数字电位器电阻输出值的10%，电阻的调整调整范围在100Ω~100kΩ；

当电位器的总输出电阻范围在100KΩ以内，输出电阻分辨率为10位时，对电位器的电流反馈电阻阻值进行调整时采用多次自调节调整的方法，具体为：

若电位器当前的输出电阻阻值范围在10~100KΩ之间，则每次自调节时电阻调整值为10kΩ；

若电位器当前的输出电阻阻值范围在1~10kΩ之间，则每次自调节时电阻调整值为1KΩ；

若电位器当前的输出电阻阻值范围在100~1000Ω之间，则每次自调节时电阻调整值为100Ω。

所述移动终端安装电化学检测APP；所述电化学检测APP的功能包括循环伏安法的检测参数设置、检测状态控制以及实时的检测伏安图绘制。

所述数字电位器芯片以蓝牙方式与移动终端相连；所述恒电位电路包括用于数字电位器芯片的MCU微控制器模块，还包括电压跟随器模块、模数转换模块、数模转换模块、电极接口模块、低通滤波器模块、TIA跨阻放大器模块、内部零点模块、参考电压源模块、蓝牙模块、数字电位器模块。

所述MCU微控制器模块为STM32F103RCT6；所述电压跟随器模块为AD8608；所述模数转换模块为AD7694；所述数模转换模块为AD5541；所述内部零点模块为ADR4520；所述参考电压源模块为ADR4540；所述蓝牙模块为HC-05；所述数字电位器模块为AD5270。

所述电化学检测基于物质的氧化还原反应，在检测中，通过电化学三电极体系向含有待测物质的水溶液中施加特定的电压激励波形，使待测物质将在电极表面发生得失电子的氧化还原反应而产生响应电流，产生的响应电流流经由对电极和工作电极构成的响应电流回传电路，所述响应电流回传电路与数字电位器的电流反馈电阻相连，并且数字电位器可通过对输出电阻值的调整改变响应电流回传电路电阻值的大小，自动使恒电位电路的电流分析灵敏度与当前电化学检测相匹配，使恒电位电路可通过分析响应电流数值来对定量判断待测物质浓度。

实施例：

本例中，采用智能手机作为移动终端，在进行电化学检测分析时，首先给装置中的恒电位电路部分上电，恒电位电路上电后将自动进行初始化操作。

打开移动终端上安装的电化学检测APP，打开电化学检测APP后首先进入循环伏安法的参数设置界面，在参数设置界面可以进行循环伏安法检测的上限电位、下限电位、电压扫描速率设置、检测周期数等参数的设置。

在正式开启检测前，首先应完成电化学检测APP和恒电位电路的蓝牙连接，蓝牙连接成功后，点击开始检测按键，电化学APP便通过蓝牙无线的方式向恒电位电路发送开启检测指令，恒电位电路此时开启检测，恒电位电路向待测物质施加特定的电压激励波形，并实时的对响应电流进行采样与转换，电流数据通过蓝牙实时的传输至电化学APP，并在电化学APP的检测界面上实时的绘制伏安曲线，在电化学APP绘制伏安曲线的同时，APP也在对电流分析灵敏度状态进行监测。

在传统技术下，电化学检测时，若电流分析灵敏度过高时，电化学检测中容易发生电流检测的超量程问题，表现为检测伏安结果图出现削峰现象；而在电流分析灵敏度过低时，表现为检测伏安结果图出现矮小扁平化的现象，以上两种伏安曲线图均不利于检测结果的观察。

而在本例所述装置中，一旦监测到响应电流分析灵敏度出现检测异常行为，APP将立即自动重启检测，并在重启检测的同时，通过程序重配置电路上数字电位芯片的电流反馈电阻阻值大小，进行电流分析灵敏度的自动调节，为电化学检测自动匹配最优的电流分析灵敏度。

本例中，电流分析灵敏度的自动调节，其目的是调整恒电位电路分析电路接收到的待测物质响应电流大小，使之能与分析电路的灵敏度匹配。

Claims (2)

1.一种适用于现场快速检测的电化学分析灵敏度自调节装置，其特征在于：所述自调节装置包括恒电位电路，还包括对检测所得电流数据进行分析的移动终端；

所述恒电位电路的电路组成包括了用于控制数字电位器芯片的MCU微控制器模块，还包括电压跟随器模块、模数转换模块、数模转换模块、电极接口模块、低通滤波器模块、TIA跨阻放大器模块、内部零点模块、参考电压源模块、蓝牙模块、数字电位器模块；电化学检测时，恒电位电路对待测物质施加电压波形激励，并经模数转换模块采样待测物质的响应电流用于分析；所述恒电位电路包括可编程控制的数字电位器芯片；

所述数字电位器芯片用于电化学分析灵敏度自动调节时的反馈回路电阻调整；当移动终端判定检测过程测得的电流数据与恒电位电路当前灵敏度不匹配时，数字电位器芯片自动调节电位器的电阻值以改变响应电流回传电路的阻值，使恒电位电路的电流分析灵敏度与当前电化学检测相匹配。

2.根据权利要求1所述的一种适用于现场快速检测的电化学分析灵敏度自调节装置，其特征在于：所述MCU微控制器模块为STM32F103RCT6；所述电压跟随器模块为AD8608；所述模数转换模块为AD7694；所述数模转换模块为AD5541；所述内部零点模块为ADR4520；所述参考电压源模块为ADR4540；所述蓝牙模块为HC-05；所述数字电位器模块为AD5270。

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