專利名稱：一種多通道電化學分析儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電化學分析儀，尤其涉及一種多通道電化學分析儀。
背景技術(shù)：
多通道電化學分析儀在庫侖陣列分析，傳感器陣列，芯片實驗室 等多組分，多變量分析等領(lǐng)域有廣泛應用。傳統(tǒng)多通道電化學儀器一 般采用獨立多通道檢測，如Solartron公司的1480型多通道電化學分 析儀，此類儀器的相當于用多個獨立恒電位儀組合而成，各通道有獨 立的電位控制器和電流測量單元，只是共用信號采集及數(shù)據(jù)處理部分。 這種多通道電化學儀器各通道可獨立控制，全時并行工作，能滿足大 部分需求。但由于電路復雜，帶來了體積龐大，成本高，可靠性降低 等問題。
針對現(xiàn)有多通道電化學分析儀的不足，迫切需求一種各通道并行 全時工作，應用范圍廣，擴展能力強，同時體積小、成本低，可靠性 高的能多通道電化學分析儀。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述問題，本發(fā)明提供一種多通道并行全時電化學分析儀。 通過對典型全時多通道電化學分析儀電路的分析可以發(fā)現(xiàn)，電流測量 單元(如，零阻電流計)是其中最為復雜的部分，因為電流的變化范 圍一般都在5個數(shù)量級以上，因此需要設(shè)置多個量程，這就需要復雜 的切換和控制電路，同時每個量程還需要濾波電路以消除噪音。而電 位控制電路(包括對電極輸出電路和參比電極高阻抗輸入電路)只需 要1到2個運算放大器即可實現(xiàn)，硬件開銷相對較小。因此我們將電流測量單元設(shè)計成復用，通過開關(guān)網(wǎng)絡分配給多個通道，而每個通道 設(shè)置獨立的輸出電路和高阻輸入電路，這樣每個通道可以設(shè)置不同的 實驗條件，并且全部時間都在工作，在需要測量電流時將工作電極快 速切換到電流測量電路(通過特殊的電路設(shè)計，切換不會帶來干擾)。 當前未測量的其它通道則處于正常工作狀態(tài)。由于切換的是電子線路， 電解池的狀態(tài)并未發(fā)生改變，因此測量響應時間快，可實現(xiàn)快速(如 每秒100次以上)掃描。這樣在不影響功能的前提下，大大簡化了電 路，實現(xiàn)了微型化，提高可靠性，降低成本的目的。
如圖1所示， 一種多通道電化學分析儀的構(gòu)成有數(shù)據(jù)采集器50，
處理器60，信號發(fā)生器70;數(shù)據(jù)采集器50與處理器60連接，處理器 60與信號發(fā)生器70連接；處理器60內(nèi)部存儲了電化學分析方法的程 序，可以產(chǎn)生信號發(fā)生器70需要的數(shù)據(jù)，儲存及處理來自數(shù)據(jù)采集器 50的數(shù)據(jù)；其特征在于，還有開關(guān)網(wǎng)絡30，電流測量單元40， N個 電位控制器和N個相應的電解池或傳感器，其中，N是大于l的整數(shù)； 開關(guān)網(wǎng)絡30與電流測量單元40連接，開關(guān)網(wǎng)絡30，用于選擇測量的 外部N個相應的電解池或傳感器；電流測量單元40，用于測量外部N 個相應的電解池或傳感器的電流信號；數(shù)據(jù)采集器50還與電流測量單 元40連接，數(shù)據(jù)采集器50用于采集電流測量單元40的數(shù)據(jù)；信號發(fā) 生器70還分別與N個電位控制器連接，信號發(fā)生器70用于接收處理 器60的數(shù)據(jù)并將該數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為控制N個電位控制器的電位信號；N個 電位控制器的每個電位控制器有一個通道，每個電位控制器分別與外 部N個相應的電解池或傳感器連接，分別給外部N個相應的電解池或 傳感器施加控制電壓，每通道控制一個外部電解池或傳感器；所有的 通道都與開關(guān)網(wǎng)絡30連接，通過開關(guān)網(wǎng)絡30共用一個電流測量單元 40，開關(guān)網(wǎng)絡30與電流測量單元40連接，各通道全時工作，分時檢所述的處理器60通過USB接口、 RS232接口或藍牙接口與計算機 連接；或者，不連接計算機獨立工作；
所述的開關(guān)網(wǎng)絡30采用模擬開關(guān)；或者，選擇機械繼電器或固態(tài) 繼電器，應用于輸出電流在數(shù)十毫安以上的場合-，
所述的處理器60內(nèi)存儲的的電化學分析方法的程序包括循環(huán)伏安 法程序，線性掃描伏安法程序，計時電流法程序，計時庫侖法程序， 計時電位法程序，時間電流曲線法程序，差分脈沖伏安法程序，常規(guī) 脈沖伏安法程序，差分常規(guī)脈沖伏安法程序，雙差分常規(guī)脈沖伏安法 程序，方波伏安法程序，階梯波伏安法程序，塔菲爾曲線法程序，整 體電解法程序，陰極溶出伏安法程序，陽極溶出伏安法程序，電位溶 出伏安法程序，交流循環(huán)伏安法程序和交流線性掃描伏安法程序的一 種或多種；
所述的N個電位控制器、數(shù)據(jù)采集器、處理器、電流測量單元以 及信號發(fā)生器集成于一塊電路板；
多通道電化學分析儀，有金屬外殼或表面金屬電鍍的外殼，對電 路板實現(xiàn)電磁屏蔽，減少外界干擾，有效地實現(xiàn)高精度的電化學測量 和控制。
作為一個優(yōu)選例，所述的N個電位控制器，優(yōu)選N為8，所述的通 道數(shù)目也為8，有相應的8個電解池或傳感器；所述的電位控制器為 采用2個運算放大器的恒電位電路；所述開關(guān)網(wǎng)絡30采用模擬開關(guān)； 所述電流測量單元40為零阻電流計電路，電流測量范圍為lnA-5mA; 所述處理器60為帶有USB接口的單片機，通過USB接口與外部計算機 連接，處理器60通過USB接口接收計算機的指令并將采集的實驗數(shù)據(jù) 傳輸?shù)接嬎銠C；
當本發(fā)明的多通道電化學分析儀工作時，處理器60內(nèi)部存儲了多 種電化學分析方法的程序，處理器60根據(jù)通過USB接口接收的來自計算機的指令或內(nèi)部存儲了多種電化學分析方法的程序，產(chǎn)生相應的電 位數(shù)據(jù)，傳送到信號發(fā)生器70轉(zhuǎn)變成電壓信號，再通過電位控制器
11、電位控制器12…電位控制器1N施加到外部電解池或傳感器21、 外部電解池或傳感器22…外部電解池或傳感器2N。外部電解池或傳感 器21、外部電解池或傳感器22…外部電解池或傳感器2N的電流信號 通過模擬開關(guān)30連接到零阻電流計電路40，模擬開關(guān)30將當前測量 的通道的外部電解池或傳感器21、外部電解池或傳感器22…外部電解 池或傳感器2N與零阻電流計電路40連接，將當前未測量的通道的外 部電解池或傳感器21、外部電解池或傳感器22…外部電解池或傳感器 2N直接接地，以保證各通道的電外部電解池或傳感器21、外部電解池 或傳感器22…外部電解池或傳感器2N任何時候都處于正常工作狀態(tài)。 零阻電流計電路40將當前所測量通道的外部電解池或傳感器21、外 部電解池或傳感器22…外部電解池或傳感器2N的電流信號轉(zhuǎn)換成電 壓信號傳送到數(shù)據(jù)采集器50，數(shù)據(jù)采集器50將該電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù) 據(jù)并傳送到處理器60，處理器60根據(jù)需要對該數(shù)據(jù)進行儲存、處理 或通過USB接口傳輸?shù)接嬎銠C。
由于采用了 USB接口，每臺計算機最多可連接127臺本發(fā)明的多 通道電化學分析儀，很方便地實現(xiàn)了儀器的通道擴展。
有益效果與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明的多通道電化學分析儀采 用了每個通道獨立控制的結(jié)構(gòu)，每個通道能全時并行工作，應用范圍 不受限制，同時，各通道通過開關(guān)網(wǎng)絡共用一組電流測量單元。這種 結(jié)構(gòu)在全時工作的前提下大幅度減少了儀器的元件數(shù)量，從而實現(xiàn)了 降低成本，縮小體積。


圖l為本發(fā)明提供的一種多通道電化學分析儀的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明提供的一種多通道電化學分析儀的一個具體實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
實施例l
如圖2所示， 一種多通道電化學分析儀的構(gòu)成有數(shù)據(jù)采集器50， 處理器60，信號發(fā)生器70;數(shù)據(jù)采集器50與處理器60連接，處理器 60與信號發(fā)生器70連接，處理器60內(nèi)部存儲了多種電化學分析程序， 可以產(chǎn)生信號發(fā)生器70需要的數(shù)據(jù)和儲存及處理來自數(shù)據(jù)采集器50 的數(shù)據(jù)；其特征在于，還有開關(guān)網(wǎng)絡30，電流測量單元40， 8個電位 控制器和8個相應的電解池或傳感器，開關(guān)網(wǎng)絡30與電流測量單元 40連接，開關(guān)網(wǎng)絡30，用于選擇測量的外部8個相應的電解池或傳感 器；電流測量單元40，用于測量外部8個相應的電解池或傳感器的電 流信號；數(shù)據(jù)采集器50還與電流測量單元40連接，數(shù)據(jù)采集器50 用于采集電流測量單元40的數(shù)據(jù)；信號發(fā)生器70還分別與8個電位 控制器連接，信號發(fā)生器70用于接收處理器60的數(shù)據(jù)并將該數(shù)據(jù)轉(zhuǎn) 化為控制8個電位控制器的電位信號；8個電位控制器的每個電位控 制器有一個通道，每個電位控制器分別與外部8個相應的電解池或傳 感器連接，分別給外部8個相應的電解池或傳感器施加控制電壓，每 通道控制一個外部電解池或傳感器；所有的通道都與開關(guān)網(wǎng)絡30連 接，通過開關(guān)網(wǎng)絡30共用一個電流測量單元40，開關(guān)網(wǎng)絡30與電流 測量單元40連接，各通道全時工作，分時檢測；
由于有8個電位控制器，所述的通道數(shù)目也為8，有相應的8個電 解池或傳感器；所述的8個電位控制器為采用2個運算放大器的恒電 位電路；所述開關(guān)網(wǎng)絡30采用模擬開關(guān)；所述電流測量單元40為零 阻電流計電路，電流測量范圍為lnA-5mA;所述處理器60為帶有USB 接口的單片機，儀器通過USB接口與外部計算機連接，處理器60通過 USB接口接收計算機的指令并將采集的實驗數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C。所述8個電位控制器、數(shù)據(jù)采集器、處理器、電流測量單元以及 信號發(fā)生器集成于一塊電路板；
多通道電化學分析儀，有金屬外殼或表面金屬電鍍的外殼，對電 路板實現(xiàn)電磁屏蔽，減少外界干擾，有效地實現(xiàn)高精度的電化學測量 和控制。
所述的8個電位控制器為采用2個運算放大器的恒電位電路；所 述開關(guān)網(wǎng)絡30采用模擬開關(guān)；所述電流測量單元40為零阻電流計電
路，電流測量范圍為lnA-5mA;所述處理器60為帶有USB接口的單片 機，儀器通過USB接口與外部計算機連接，處理器60通過USB接口接 收計算機的指令并將采集的實驗數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C。
多通道電化學分析儀，有金屬外殼或表面金屬電鍍的外殼，對電 路板實現(xiàn)電磁屏蔽，減少外界干擾，有效地實現(xiàn)高精度的電化學測量 和控制。
當本發(fā)明的多通道電化學分析儀工作時，處理器60根據(jù)通過USB 接口接收的來自計算機的指令或集成的電化學分析方法，產(chǎn)生相應的 電位數(shù)據(jù)，傳送到信號發(fā)生器70轉(zhuǎn)變成電壓信號，再通過電位控制器 11、電位控制器12…電位控制器18施加到外部電解池或傳感器11、 外部電解池或傳感器12…外部電解池或傳感器28。外部電解池或傳感 器21、外部電解池或傳感器22…外部電解池或傳感器28的電流信號 通過模擬開關(guān)30連接到零阻電流計電路40，模擬開關(guān)30將當前測量 的通道的外部電解池或傳感器21、外部電解池或傳感器22…外部電解 池或傳感器28與零阻電流計電路40連接，將當前未測量的通道的外 部電解池或傳感器21、外部電解池或傳感器22…外部電解池或傳感器 28直接接地，以保證各通道的電外部電解池或傳感器21、外部電解池 或傳感器22…外部電解池或傳感器28任何時候都處于正常工作狀態(tài)。 零阻電流計電路40將當前所測量通道的外部電解池或傳感器21、外部電解池或傳感器22…外部電解池或傳感器28的電流信號轉(zhuǎn)換成電 壓信號傳送到數(shù)據(jù)采集器50，數(shù)據(jù)采集器50將該電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù) 據(jù)并傳送到處理器60，處理器60根據(jù)需要對該數(shù)據(jù)進行儲存、處理 或通過USB接口傳輸?shù)接嬎銠C。
由于采用了 USB接口，每臺計算機最多可連接127臺本發(fā)明的多 通道電化學分析儀，很方便地實現(xiàn)了儀器的通道擴展。
本發(fā)明的多通道電化學分析儀， 一方面將各個功能電路集成于一 電路板上，加強電路的集成度，有效地減小儀器的體積；另一方面采 用了每個通道獨立控制的結(jié)構(gòu)，每個通道能全時并行工作，應用范圍 不受限制，同時，各通道通過開關(guān)網(wǎng)絡共用一組電流測量單元。這樣 在全時工作的前提下，大大簡化了電路，實現(xiàn)了微型化，提高可靠性， 降低成本的目的。儀器可以多個同時使用，以擴展更多通道。因此， 本發(fā)明的多通道電化學分析儀具有各通道并行全時工作，應用范圍廣， 擴充能力強，同時體積小、成本低，可靠性高的特點，適用于多通道 微芯片系統(tǒng)的電化學檢測等需要各通道并行全時工作的場合。
所述的處理器60通過USB接口 、 RS232接口或藍牙接口與計算機 連接；或者，不連接計算機獨立工作。
所述的開關(guān)網(wǎng)絡30采用模擬開關(guān)；或者，選擇機械繼電器或固態(tài) 繼電器，應用于輸出電流在數(shù)十毫安以上的場合；
所述的儀器通道數(shù)N可以為8，也可以為任何大于1的整數(shù)，如儀 器為4通道，16通道；
所述的處理器60內(nèi)存儲的的電化學分析方法的程序包括循環(huán)伏安 法程序，線性掃描伏安法程序，計時電流法程序，計時庫侖法程序， 計時電位法程序，時間電流曲線法程序，差分脈沖伏安法程序，常規(guī) 脈沖伏安法程序，差分常規(guī)脈沖伏安法程序，雙差分常規(guī)脈沖伏安法 程序，方波伏安法程序，階梯波伏安法程序，塔菲爾曲線法程序，整體電解法程序，陰極溶出伏安法程序，陽極溶出伏安法程序，電位溶 出伏安法程序，交流循環(huán)伏安法程序和交流線性掃描伏安法程序的一 種或多種。
所述的N個電位控制器、數(shù)據(jù)采集器、處理器、電流測量單元以 及信號發(fā)生器集成于一塊電路板；
多通道電化學分析儀，有金屬外殼或表面金屬電鍍的外殼，對電 路板實現(xiàn)電磁屏蔽，減少外界干擾，有效地實現(xiàn)高精度的電化學測量 和控制。
權(quán)利要求
1、一種多通道電化學分析儀的構(gòu)成有數(shù)據(jù)采集器(50)，處理器(60)，信號發(fā)生器(70)；數(shù)據(jù)采集器(50)與處理器(60)連接，處理器(60)與信號發(fā)生器(70)連接；處理器(60)內(nèi)部存儲了電化學分析方法的程序，可以產(chǎn)生信號發(fā)生器(70)需要的數(shù)據(jù)，儲存及處理來自數(shù)據(jù)采集器(50)的數(shù)據(jù)；其特征在于，還有開關(guān)網(wǎng)絡(30)，電流測量單元(40)，N個電位控制器和N個相應的電解池或傳感器，其中，N是大于1的整數(shù)；開關(guān)網(wǎng)絡(30)與電流測量單元(40)連接，開關(guān)網(wǎng)絡(30)，用于選擇測量的外部N個相應的電解池或傳感器；電流測量單元(40)，用于測量外部N個相應的電解池或傳感器的電流信號；數(shù)據(jù)采集器(50)還與電流測量單元(40)連接，數(shù)據(jù)采集器(50)用于采集電流測量單元(40)的數(shù)據(jù)；信號發(fā)生器(70)還分別與N個電位控制器連接，信號發(fā)生器(70)用于接收處理器(60)的數(shù)據(jù)并將該數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為控制N個電位控制器的電位信號；N個電位控制器的每個電位控制器有一個通道，每個電位控制器分別與外部N個相應的電解池或傳感器連接，分別給外部N個相應的電解池或傳感器施加控制電壓，每通道控制一個外部電解池或傳感器；所有的通道都與開關(guān)網(wǎng)絡(30)連接，通過開關(guān)網(wǎng)絡(30)共用一個電流測量單元(40)，開關(guān)網(wǎng)絡(30)與電流測量單元(40)連接，各通道全時工作，分時檢測；所述的處理器(60)通過USB接口、RS232接口或藍牙接口與計算機連接；或者不連接計算機獨立工作。所述的開關(guān)網(wǎng)絡(30)采用模擬開關(guān)；或者，選擇機械繼電器或固態(tài)繼電器，應用于輸出電流在數(shù)十毫安以上的場合；所述的處理器(60)內(nèi)存儲的的電化學分析方法的程序包括循環(huán)伏安法程序，線性掃描伏安法程序，計時電流法程序，計時庫侖法程序，計時電位法程序，時間電流曲線法程序，差分脈沖伏安法程序，常規(guī)脈沖伏安法程序，差分常規(guī)脈沖伏安法程序，雙差分常規(guī)脈沖伏安法程序，方波伏安法程序，階梯波伏安法程序，塔菲爾曲線法程序，整體電解法程序，陰極溶出伏安法程序，陽極溶出伏安法程序，電位溶出伏安法程序，交流循環(huán)伏安法程序和交流線性掃描伏安法程序的一種或多種。多通道電化學分析儀，有金屬外殼或表面電鍍金屬的外殼。
2、如權(quán)利要求1所述的多通道電化學分析儀，其特征 在于所述的N是8。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多通道電化學分析儀。其構(gòu)成有數(shù)據(jù)采集器(50)，處理器(60)，信號發(fā)生器(70)；還有開關(guān)網(wǎng)絡(30)，電流測量單元(40)，N個電位控制器和N個相應的電解池或傳感器，開關(guān)網(wǎng)絡，用于選擇測量的外部電解池或傳感器；電流測量單元，用于測量外部電解池或傳感器的電流信號；數(shù)據(jù)采集器，用于采集電流測量單元的數(shù)據(jù)；處理器，內(nèi)部集成了各種電化學分析方法，用于產(chǎn)生信號發(fā)生器的數(shù)據(jù)和儲存及處理采集的數(shù)據(jù)；信號發(fā)生器，用于接收處理器的數(shù)據(jù)并將該數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為控制電位控制器的電位信號。每個通道有獨立的電位控制器和控制信號，所有通道通過開關(guān)網(wǎng)絡共用一個電流測量單元，各通道全時工作，分時檢測。
文檔編號G01N27/26GK101614690SQ20091006734
公開日2009年12月30日 申請日期2009年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月27日
發(fā)明者勇 夏, 朱果逸, 楊秀榮, 董獻堆 申請人:中國科學院長春應用化學研究所