[发明专利]一种微型化光电化学检测方法及检测装置

说明书

一种微型化光电化学检测方法及检测装置，其特征在于，包括供电模块、微控制器、信号采集和处理模块、光源驱动器、LED光源、光电化学传感器、显示模块；微控制器是系统控制中心，通过SPI接口和信号采集和处理模块通信，通过串口和显示模块通信；信号采集和处理模块包括DDS、高速DAC、低速DAC、恒电位电路、TIA、ADC、滤波模块、DFT模块、FIFO寄存器；光源驱动器控制LED光源发出已知频率的光，照射光电化学传感器产生响应信号。信号采集和处理模块内部所有模块可以集成在单个芯片中，提高了系统集成度，同时加入了相关算法进一步提高了系统性能。本发明具有低功耗、低成本、易于使用和携带、测试精度高等优点。

技术领域

本发明涉及一种微型化光电化学检测方法及检测装置，属于传感器检测技术领域。

背景技术

光电化学(Photoelectrochemical，PEC)是将光化学和电化学有机结合，以研究分子或离子的基态或激发态的氧化还原反应现象、规律及应用的科学。光电化学检测技术相比较于荧光、电化学和电化学发光技术而言，由于其独立的激发光源和信号采集系统，使其具有低的背景信号和高的检测灵敏度，因此已成为具有巨大应用价值的分析技术。

基于光电化学检测方法发展起来的光电化学传感器，因具有响应快速、灵敏度高、设备简单、价格低廉且易于微型化等优点，在生命分析和环境分析等领域受到了广泛关注。

现有的光电化学检测系统通常由光源，电化学工作站、信号采集系统和计算机组成。光源常用LED光源，光源照射光电化学传感器使其产生光电流；电化学工作站用来搭建电化学测量环境并采集光电流；信号采集系统通常由锁相放大器组成，锁相放大器对光源进行调制，并解调出光电流中有效分量；计算机对结果进行显示。这种检测系统在信噪比、稳定性等方面达到了较高的水平，但也存在一定的不足。这些仪器通常价格昂贵，体积较大，操作复杂，使用起来有诸多不便。各部分相互独立未能集成化。

发明内容

本发明目的是克服现有技术中存在的上述不足，提供一种微型化光电化学检测方法及检测装置。

本发明技术方案

一种微型化光电化学检测装置，包括供电模块、微控制器、信号采集和处理模块、光源驱动器、LED光源、光电化学传感器和显示模块；

所述微控制器是系统控制中心，通过SPI接口与信号采集和处理模块通信，通过串口和显示模块通信，完成数据采集和显示；

所述信号采集和处理模块，分别与光电化学传感器和光源驱动器连接，用于产生光源驱动器的激励信号并完成光电化学信号的采集和处理；包括DDS、高速DAC、低速DAC、恒电位电路、TIA、ADC、滤波模块、DFT模块和FIFO寄存器；所述DDS模块与高速DAC连接，高速DAC再与光源驱动器连接用于产生光源驱动器的激励信号；所述低速DAC与恒电位电路连接用于设定光电化学传感器偏压；所述恒电位电路搭建三电极体系并同时与光电化学传感器和TIA连接；所述TIA与ADC连接，将响应的光电化学传感器的电流信号转变为电压信号送入ADC；所述ADC把通过恒电位电路采集到的光电化学传感器的模拟信号转变成数字信号送入滤波模块；所述滤波模块将由ADC接收到的数字信号进行滤波来抑制噪声，然后把数据交给DFT模块；所述DFT模块与滤波模块连接用来解调已知频率的交流信号；所述FIFO寄存器与DFT模块连接用于接收经过DFT模块处理的数据并存储最终数据；

所述光源驱动器分别与信号采集和处理模块以及LED光源连接，根据激励信号频率控制LED光源发出相应频率的光，照射光电化学传感器产生响应信号；

所述光电化学传感器与信号采集和处理模块相连，所述光电化学传感器是三电极体系，包括工作电极、参考电极和对电极。

所述显示模块包括蓝牙模块和手机APP，所述蓝牙模块采用低功耗蓝牙4.2模块，搭配手机端APP，实现设备控制和数据显示。