一种便携式电化学工作站电路制造技术

本实用新型专利技术提供了一种便携式电化学工作站电路，可应用于微量特征物的三电极电化学检测场合，具有体积小、成本低、易于使用和携带、测量精度高等优点。包括控制电路，基准电压发生电路，恒电位仪电路，三电极传感器，微电流检测电路，串口输出电路和用于给以上模块提供工作电源的供电电路。具体通过维持三电极传感器电极间电压稳定的恒电位仪电路、测试响应电流的微电流测试电路、去除干扰的滤波电路实现了系统测试的高精度。系统测试的高精度。系统测试的高精度。

【技术实现步骤摘要】
一种便携式电化学工作站电路


[0001]本技术属于电化学工作站
，具体涉及一种便携式电化学工作站电路。

技术介绍

[0002]随着微电子技术和电化学检测技术的快速发展，三电极测试体系得到了广泛的应用，在常规电学测量、特征物定量分析、电化学检测等方面，皆有重要的应用。三电极系统包含工作电极(Work electrode)、参比电极(Reference electrode)、对电极(Counter electrode)，被广泛应用于电化学分析中，对推动电化学学科的发展起着重要作用。研究三电极系统的常用设备是电化学工作站。电化学工作站是电化学测量系统的简称。在物质的定性定量分析、常规电化学测试、电化学反应机理的研究等方面，电化学工作站都可以被使用。电化学工作站功能强大，但价格昂贵，并且体积较大，操作复杂，因此在检测三电极体系、或要求便携式检测的场合无法满足检测需求，使用受到限制。
[0003]因此，开发一种新型便携式电化学工作站电路以解决上述问题是有必要的。

技术实现思路

[0004]本技术的目的是提供一种便携式电化学工作站电路。
[0005]便携式电化学工作站电路具体包括控制器、基准电压发生电路、恒电位仪电路、三电极传感器、微电流检测电路、串口输出电路和供电电路。其中：
[0006]控制器，是微处理系统，具备数模转换芯片通信总线接口和模数转换芯片通信总线接口；
[0007]基准电压发生电路，包括数模转换芯片和模数转换芯片，其中数模转换芯片与控制器以数字通信总线连接，并在控制器控制下完成数模转换，生成模拟电平信号，作为激励信号；模数转换芯片与控制器以数字通信总线连接，并在控制器控制下完成模数转换，采集模拟电平信号，并转换为数值信号，通过数字通信总线传送到控制器。
[0008]三电极传感器，包括工作电极、对电极和参比电极。
[0009]恒电位仪电路，包括比较器电路A1和跟随器电路A2，基准电压发生电路产生的激励信号连接到比较器电路A1的同相输入端，比较器电路A1的输出端连接三电极传感器的参比电极，跟随器电路A2的同相输入端连接三电极传感器的对电极，跟随器电路A2的输出端连接跟随器电路A2的反相输入端，同时，跟随器电路A2的输出端连接比较器电路A1的反相输入端。
[0010]微电流检测电路，包括电压电流I-V转换电路、放大电路、滤波电路和采样电路。
[0011]进一步，数字通信总线包括I2C、SPI、串行口、并行口等方式。
[0012]进一步，恒电位仪电路可将基准电压发生电路产生的激励信号准确施加于三电极传感器的工作电极和参比电极之间，驱动三电极传感器发生电化学反应产生电流。
[0013]进一步，微电流检测电路中的电压电流I-V转换电路包括精密运算放大器A3、反馈
电阻R3、滤波电容c3，精密运算放大器A3的反相输入端连接三电极传感器的工作电极，反馈电阻R3和滤波电容C3并联连接，一端连接精密运算放大器A3的输出端，另一端连接精密运算放大器A3的反相输入端。
[0014]进一步，反馈电阻R3是噪声较小的金属膜电阻。
[0015]进一步，微电流检测电路中的放大电路是负反馈电路放大电路，包括精密运算放大器A4、信号输入电阻R5、负反馈电阻R4。
[0016]进一步，微电流检测电路中的滤波电路是低通滤波电路，包括精密运算放大器A5，电阻R6、电阻R7、电阻R8，滤波电容C4、滤波电容C5。
[0017]进一步，精密运算放大器A3的输出端连接信号输入电阻R5，信号输入电阻R5的另一端接入精密运算放大器A4的反相输入端，负反馈电阻R4分别连接精密运算放大器A4的反相输入端和精密运算放大器A4的输出端。
[0018]进一步，精密运算放大器A4的输出端以串联方式连接电阻R6和电阻R7，并接入精密运算放大器A5的反相输入端；电阻R8的一端连接精密运算放大器A5的输出端，另一端连接电阻R6和电阻R7的连接端M结点；滤波电容c4设置于M结点与地信号间，滤波电容c5设置于精密运算放大器A5的输出端和反相输入端间。
[0019]本技术通过控制电路根据循环伏安法测定三电极传感器的工作电极的最佳工作电位，根据所得的工作电位，确定该电位下的电流时间I-T曲线，根据I-T曲线确定对应的微量特征物的浓度，设定双极性扫描电路产生该电位输入至恒电位仪电路。
[0020]恒电位仪电路用于将稳定的电压信号输入至三电极感器的参比电极和对电极之间。
[0021]微电流检测电路用于检测三电极传感器的工作电极上因微量特征物的存在而产生的微小的电流并输入至控制电路，控制电路根据I-T曲线判定出微量特征物浓度。
[0022]串口输出电路用于通过串口输出上位机，上位机软件将采集到数据通过处理绘制成曲线。
[0023]本技术的有益效果是：
[0024](1)本技术的电化学工作站电路通过设计维持三电极传感器电极间电压稳定的恒电位仪电路、测试响应电流的微电流测试电路、去除干扰的滤波电路实现了系统测试的高精度。
[0025](2)本技术的电化学工作站电路针对微量特征物的三电极电化学检测应用场景技术特点，采用高集成度电路，采用微处理器通过程序控制DAC芯片产生不同的电压波形。
[0026](3)本技术的电化学工作站电路可应用于便携式电化学工作站仪器，令其具有体积小、成本低、易于使用和携带等特点。
附图说明
[0027]利用附图对技术作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本技术的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它附图。
[0028]图1是本技术的便携式电化学工作站电路总体结构示意图；
[0029]图2是本技术的便携式电化学工作站电路设计示意图。
具体实施方式
[0030]为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
[0031]相反本技术涵盖任何由权利要求定义的在本技术的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本技术有更好的了解，在下文对本技术的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本技术。
[0032]实施例
[0033]参考图2所示，为本技术的应用于微量特征物的三电极电化学检测场合的便携式电化学工作站的电路设计。具体包括控制电路、基准电压发生电路、恒电位仪电路、三电极传感器、微电流检测电路、串口输出电路和用于给以上模块提供工作电源的供电电路。
[0034]在本实施例，数模转换芯片DAC选型AD5667，模数转换芯片ADC选型LTC2471；它们的数据通信总线是I2C总线；控制器选型S本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种便携式电化学工作站电路，其特征在于，包括控制器、基准电压发生电路、恒电位仪电路、三电极传感器、微电流检测电路、串口输出电路和供电电路；所述控制器，是微处理系统，具备数模转换芯片通信总线接口和模数转换芯片通信总线接口；所述基准电压发生电路，包括数模转换芯片和模数转换芯片，其中所述数模转换芯片与所述控制器以数字通信总线连接，并在所述控制器控制下完成数模转换，生成模拟电平信号，作为激励信号；所述模数转换芯片与所述控制器以数字通信总线连接，并在所述控制器控制下完成模数转换，采集模拟电平信号，并转换为数值信号，通过所述数字通信总线传送到所述控制器；所述三电极传感器，包括工作电极、对电极和参比电极；所述恒电位仪电路，包括比较器电路A1和跟随器电路A2，所述激励信号连接到所述比较器电路A1的同相输入端，所述比较器电路A1的输出端连接所述参比电极，所述跟随器电路A2的同相输入端连接所述对电极，所述跟随器电路A2的输出端连接所述跟随器电路A2的反相输入端，同时，所述跟随器电路A2的输出端连接所述比较器电路A1的反相输入端；所述微电流检测电路，包括电压电流I-V转换电路、放大电路、滤波电路和采样电路。2.根据权利要求1所述的一种便携式电化学工作站电路，其特征在于，所述数字通信总线包括I2C、SPI、串行口、并行口等方式。3.根据权利要求1所述的一种便携式电化学工作站电路，其特征在于，所述恒电位仪电路可将所述激励信号准确施加于所述工作电极和所述参比电极之间，驱动所述三电极传感器发生电化学反应产生电流。4...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶耀斌，奚亚男，
申请(专利权)人：广州钰芯传感科技有限公司，
类型：新型
国别省市：