[发明专利]高精度便携式电化学检测前端

说明书

技术领域

本发明属于电化学检测领域，具体地讲，是涉及一种高精度便携式电化学检测前端。 

背景技术

电化学检测器是测量物质的电信号变化，对具有氧化还原性质的化合物，如含硝基、氨基等有机化合物及无机阴、阳离子等物质可采用电化学检测器。包括极谱、库仑、安培和电导检测器等。前三种统称为伏安检测器，用于具有氧化还原性质的化合物的检测，电导检测器主要用于离子检测。其工作原理是：在两电极之间施加一恒定电位，当电活性组分经过电极表面时发生氧化还原反应(电极反应)，电量(Q)的大小符合法拉第定律，现有电化学检测器的抗干扰性弱、稳定性差，且检测精度低，检测噪声大增益低。 

发明内容

本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种电路简单、抗干扰性和稳定性强且检测精度高的高精度便携式电化学检测前端。 

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下： 

高精度便携式电化学检测前端，包括正向电压跟随电路，基于正向电压跟随电路的RE电极和CE电极，电流电压转换电路，基于电流电压转换电路的WE电极，以及与电流电压转换电路输出端连接的三环对顶交叉负反馈放大器。通过上述设置，整个电路中仅用了三个电阻，大大提高了电路的稳定性和抗干扰性，同时也降低了整个电路的功耗；同时，采用改进的三电极设计，并在WE端口引入了三环对顶交叉负反馈放大电路，其具有噪声小，信号带宽大，电路 稳定性强等特点，从而大大提高了整个电路的电流检测精度。 

具体的说，所述正向电压跟随电路包括电压跟随器U1和放大器U2，电压跟随器U1的输出端直接与放大器U2的反相输入端相连，电压跟随器U1的同相输入端连接电极RE，放大器U2的同相输入端接入参考电压VREF，其输出端连接电极CE；当电极CE和电极RE浸入溶液导通时，电压跟随器U1和放大器U2组合构成另一个电压跟随器。通过上述设置，电压跟随器U1的输出直接与U2放大器的反向输入端相连，使U1和U2形成另一个电压跟随器，保证了RE电极上的电压与输入参考电压VERF大小方向相同，使得本发明可适用于单极性供电的便携式设备。 

进一步的，为了防止U1和U2形成的电压跟随电路出现自激振荡情况，在所述放大器U2的输出端连接有一个用于防止电压跟随电路自激振荡一阶RC电路，且该一阶RC电路形成低通滤波器，可滤去被测电流信号的高频分量。 

具体的说，所述电流电压转换电路包括反相输入端连接电极WE、同相输入端接地的运算放大器U3，以及采样电阻R2；运算放大器U3的输出端与三环对顶交叉负反馈放大器连接。 

为了提高电流电压转换器的转换精度，所述运算放大器U3为JFET输入型运算放大器；所述采样电阻R2的阻值小于10⁴Ω。 

同时，所述三环对顶交叉负反馈放大器包括分别形成负反馈电路的放大器A1、放大器A2和放大器A3，由放大器A1形成的负反馈电路的输出节点与放大器A2形成的负反馈电路的输出节点连接，二者组合形成对顶环；由放大器A2形成的负反馈电路的输出节点与放大器A3形成的负反馈电路的同相输入节点连接，由放大器A3形成的负反馈电路的反相输入节点与由放大器A2形成的负反馈电路的反相输入节点连接，二者组合形成交叉环。通过上述设置，相较 于传统的放大电路具有更低的噪声电平和更大的信号带宽，并改善了传统的电化学检测器测试精度。 

具体的说，放大器A1的输出端与放大器A2的输出端连接，放大器A1的同相输入端连接电流电压转换电路，放大器A1的反相输入端与放大器A1的输出端连接，放大器A2的输出端与放大器A3的同相输入端连接；放大器A3的反相输入端和放大器A2的反相输入端连接，放大器A3输出端与放大器A2的反相输入端之间接有电阻R3，放大器A2的同相输入端接地且其与反相输入端之间接有电阻R4。 

优选的，放大器A1、放大器A2和放大器A3选用同型自调零运算放大器。 

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果： 

(1)本发明电路简单，电路的稳定性和抗干扰性强，功耗低，且测试精度高。 

(2)本发明中电压跟随器U1的输出直接与U2放大器的反向输入端相连，当电极CE和RE浸入溶液导通时，U1和U2形成了另一个电压跟随器，从而保证了RE电极上的电压与输入参考电压VERF大小方向相同，使得本发明可适用于单极性供电的便携式设备，扩大了本发明的适用范围。 

(3)本发明在U2输出接了一阶RC电路，有效地防止U1和U2形成的电压跟随电路出现自激振荡情况，同时，该一阶RC电路形成的低通滤波器可以滤出被测电流的高频分量。