yy.vip易游-一种小型化便携式电化学分析系统

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　　本技术涉及电化学分析仪，尤其涉及一种通过便携式通信传感装置对待测物进行电化学分析的小型电化学分析系统。

　　1、随着世界各地工业的快速发展，各种化学物质被释放到水体中。其中许多化学物质可能对人类健康和生态系统造成重大威胁。然而，大多数常规的分析方法都受制于笨重昂贵的仪器、复杂的实验室操作和熟练的技术人员。这些问题已成为水质监测领域的一个挑战，特别是在偏远、低资源和教育不足的地区。目前，电化学分析方法因其灵敏度高、操作简单、分析快速等特点而受到广泛关注。电化学分析仪/工作站是电化学分析的标准仪器。

　　2、但现有技术中，电化学分析仪器价格高昂、体积庞大，而且操作繁杂，仅能应用在专业的测试实验室中，不易于为社区、家庭及个体所采用，市场上仍缺乏一款方便好用的电化学水质检测设备。将检测装置微型化、便携化是拓展电化学检测技术应用的趋势，这需要微电子技术、材料科学和工程技术等多学科融合。

　　3、本申请人于2018年11月02日提出了申请号cn9.9的实用新型专利申请，公开了一种铜基传感器芯片及其制备方法和检测方法，所述铜基传感器芯片具有三电极结构，包括位于电极基底表面的从内到外环形分布的工作电极、参比电极和对电极。其中，所述工作电极和对电极为纯铜电极，参比电极为cucl2/cu电极，采用热转印的方式在覆铜板上加工而成；该铜基传感器芯片灵敏、廉价，与醋酸钠缓冲溶液配合使用，可用于水体重金属离子检测；与氢氧化钠溶液配合使用，可用于水质化学需氧量检测，具有极佳的推广应用价值，用于解决现有技术中铜基传感器芯片加工条件苛刻以及用于水质检测对象单一的问题。但该芯片同样需要通过大型电化学分析设备实现激励信号的产生及电化学信号的检出处理。

　　1、基于以上技术背景，本实用新型公开了一种小型化便携式电化学分析系统，解决当前水体化学物质检测需专业实验室和技术人员，且设备昂贵、不便携带等问题。

　　2、本实用新型提供一种小型化便携式电化学分析系统，包括三电极模块、壳体以及封装于壳体内的后端电路；所述壳体顶部设置有与所述后端电路连接的电极插座，所述电极插座与所述三电极模块的引脚插拔连接；所述壳体底部设置有用于插拔连接智能移动终端的通信接口；所述后端电路包括微处理器和恒电位仪模块；所述恒电位仪模块与电极插座连接，为三电极提供一个稳定的电位；所述微处理器连接所述恒电位仪模块，用于控制所述恒电位仪模块对所述三电极模块输出激励电压，并同时采集各电极上的电信号变化，经滤波放大模块后返回微处理器；所述电信号变化与水体中化学物质的种类及含量存在对应关系。三电极模块具有可更换设计。当更换测试样品或参比电极失效后可更换传感芯片，不仅可实现便捷地测试而且能避免其他硬件成本。

　　3、进一步，所述三电极模块具有绝缘基片，绝缘基片设有环形分布的工作电极、参比电极和对电极并延伸出并排的引脚。进一步，所述工作电极(we)和对电极(ce)分别为金电极、铂电极，参比电极(re)为agcl2/ag电极。三电极模块通过构建三电极体系实现电化学测量技术，参比电极具有稳定的平衡电位作为参考，通过对电极及工作电极之间的激励电压作用，待测溶液发生相应的氧化还原反应，构成电化学回路，其反应电位及法拉第电流与待测溶液的种类及浓度存在对应关系，因而通过测定峰值电位及电流大小即可对待测溶液进行定性、定量分析。

　　4、进一步，所述壳体为椭圆柱状，在椭圆柱状外侧面安装有第一显示灯和第二显示灯；所述第一显示灯用于显示是否与智能移动终端相连接，所述第二显示灯用于显示是否接收测试指令完成检测数据处理。

　　5、进一步，所述后端电路还包括串口通信模块；所述微处理器连接所述串口通信模块，通过所述串口通信模块连接智能移动终端；所述智能移动终端通过安装应用程序用以输入测试参数并发出测试指令；所述微处理器将采集的电信号变化由所述串口通信模块发送至所述智能移动终端完成检测数据处理并显示结果。

　　6、进一步，所述串口通信模块，采用的是usb转串口结构，为ttl电平模式，设置有电平转换芯片，所述电平转换芯片为ch340。

　　7、进一步，所述微处理器采用stm32f103rct6，其包含一个32位的arm处理器并内置a/d转换器及d/a转换器；微处理器通过a/d转换器及d/a转换器与所述恒电位仪模块连接，由d/a转换器将调取的测试指令转化为对所述恒电位仪模块输入的模拟信号；由a/d转换器将所述恒电位仪模块返回的电信号转化为数据信号。

　　8、进一步，所述恒电位仪模块采用ad8608四路输入/输出运算放大器，其中两个运算放大器连接所述三电极模块，用以输出激励电压及同时采集各电极电信号变化；另两个运算放大器用作低通滤波器实现电路降噪。

　　9、进一步，所述后端电路还包括电源管理模块，所述电源管理模块为各模块供电。

　　12、与现有技术相比，本实用新型设计实现了一种便携式可携带的电化学测量系统，以stm32单片机为核心和电化学测量方法为理论基础，使用由stm32内核发出的激励信号和响应信号来作为数据传输，从而对其进行采样，展示，绘图等功能融为一体。因此，与传统的电化学工作站测量计时安培法ca、循环伏安法cv、线性扫描伏安法lsv和方波伏安法swv曲线相比，我们简化了制造成本和实用过程，达到了制作成本低廉，操作简单的目的。

　　13、本实用新型结合通用的智能移动终端，如：智能手机，实现快速检测和结果实时查看，方便实用，并大大降低硬件成本。具有小型化设计，方便携带，性能稳定，精准度高，操作简单，便于非专业人员的使用的有点。有望取代传统实验室中的大型设备，将实验室中的研究实用化和效益化。

　　1.一种小型化便携式电化学分析系统，其特征在于：包括三电极模块(4)、壳体以及封装于壳体(1)内的后端电路；

　　2.如权利要求1所述的电化学分析系统，其特征在于：所述三电极模块(4)具有绝缘基片，绝缘基片设有环形分布的工作电极、参比电极和对电极并延伸出并排的引脚；所述工作电极和对电极分别为金电极、铂电极，参比电极为agcl2/ag电极。

　　3.如权利要求1所述的电化学分析系统，其特征在于：所述壳体(1)为椭圆柱状，在椭圆柱状外侧面安装有第一显示灯(2)和第二显示灯(3)；所述第一显示灯(2)用于显示是否与智能移动终端相连接，所述第二显示灯(3)用于显示是否接收测试指令完成检测数据处理。

　　5.如权利要求4所述的电化学分析系统，其特征在于：所述串口通信模块，采用的是usb转串口结构，为ttl电平模式，设置有电平转换芯片，所述电平转换芯片为ch340。

　　6.如权利要求1所述的电化学分析系统，其特征在于：所述微处理器采用stm32f103rct6，其包含一个32位的arm处理器并内置a/d转换器及d/a转换器；微处理器通过a/d转换器及d/a转换器与所述恒电位仪模块连接，由d/a转换器将调取的测试指令转化为对所述恒电位仪模块输入的模拟信号；由a/d转换器将所述恒电位仪模块返回的电信号转化为数据信号。

　　7.如权利要求1所述的电化学分析系统，其特征在于：所述恒电位仪模块采用ad8608四路输入/输出运算放大器，其中两个运算放大器连接所述三电极模块(4)，用以输出激励电压及同时采集各电极电信号变化；另两个运算放大器用作低通滤波器实现电路降噪。

　　8.如权利要求1所述的电化学分析系统，其特征在于：所述后端电路还包括电源管理模块，所述电源管理模块为各模块供电。

　　9.如权利要求1所述的电化学分析系统，其特征在于：所述智能移动终端为智能手机(8)。

　　10.如权利要求1所述的电化学分析系统，其特征在于：所述后端电路均采用贴片电子元件制作。

　　本技术公开了一种小型化便携式电化学分析系统，包括三电极模块、壳体以及后端电路；所述壳体顶部设置有与所述后端电路连接的电极插座，所述电极插座用以插拔连接所述三电极模块；所述电极插座与所述三电极模块的引脚连接；所述壳体底部设置有用于插拔连接智能移动终端的串行通信接口；所述后端电路包括微处理器和恒电位仪模块；所述微处理器连接所述恒电位仪模块，用于控制所述恒电位仪模块对所述三电极模块输出激励电压，并同时采集各电极上的电信号变化，经滤波模块后返回微处理器；所述电信号变化与水体中化学物质的种类及含量存在对应关系。本技术可以解决当前水体化学物质检测需专业实验室和技术人员且设备昂贵、不便携带的问题。

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