專(zhuān)利名稱(chēng)：一種電化學(xué)生物傳感器測(cè)量系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電化學(xué)生物樣品檢測(cè)的技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種能對(duì)某些生化指標(biāo)例如血糖、膽固醇進(jìn)行定量分析的電化學(xué)生物傳感器測(cè)量系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
圖1示出，特開(kāi)平11-174022號(hào)公報(bào)中公開(kāi)的現(xiàn)有血糖值測(cè)量裝置的構(gòu)成?，F(xiàn)有的血糖測(cè)量裝置由開(kāi)關(guān)1、電化學(xué)傳感器2、讀出放大器3、反饋電阻4、電壓/電流轉(zhuǎn)換電路、積分型模數(shù)轉(zhuǎn)換器構(gòu)成。與電化學(xué)傳感器2的正極或者負(fù)極相當(dāng)?shù)南虏侩姌O通過(guò)開(kāi)關(guān) 1連接到地電位Vss，相當(dāng)于負(fù)極或者正極的上部電極與讀出放大器3連接。讀出放大器3 另一輸入端輸入工作電壓Vsg。讀出放大器輸出輸入端之間連接反饋電阻4。讀出放大器 3的輸出的模擬電壓Vdata由電壓電流轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成電流，然后，由積分型模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。其工作過(guò)程如下
在電化學(xué)傳感器2的上部電極上施加電壓V0，在下部電極上施加電壓Vss，兩電極之間流過(guò)電流la。Ia在反饋電阻4上產(chǎn)生電壓降Va=IaXR0。讀出放大器3的輸出電壓為 Vdata=Va+VSg。電壓Vdata由電壓電流轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成電流，接著由積分型ADC32進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，作為數(shù)字信號(hào)輸出。數(shù)字信號(hào)由后面的電路進(jìn)行處理，表示出血糖值。在現(xiàn)有的血糖測(cè)量裝置中，電流的讀出是通過(guò)圖1所示的反饋電阻14來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 通常電化學(xué)反應(yīng)電流值較小，為保證有足夠的靈敏度、模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入有足夠的動(dòng)態(tài)范圍， 往往需要設(shè)置較大阻值的反饋電阻，甚至可能會(huì)要求不現(xiàn)實(shí)大的電阻。除非采用適當(dāng)?shù)碾娐分圃齑胧駝t與反饋電阻并聯(lián)的周?chē)劫|(zhì)電阻將會(huì)使凈反饋電阻減小，并使電路的準(zhǔn)確度受到損失。此外，還要求測(cè)量裝置能適應(yīng)傳感器的功能擴(kuò)充和高性能化，例如兼容膽固醇等指標(biāo)的多指標(biāo)測(cè)量以及傳感器使用的酶的改良和進(jìn)步。這就要求測(cè)量裝置能夠識(shí)別不同的傳感器類(lèi)型，并根據(jù)傳感器類(lèi)型自適應(yīng)調(diào)整工作電壓的幅度和極性。同時(shí)，這類(lèi)測(cè)量裝置往往需要實(shí)現(xiàn)小型化，多采用電池供電，系統(tǒng)的功耗問(wèn)題是一個(gè)需要關(guān)注的重點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種能夠使用常規(guī)阻值電阻實(shí)現(xiàn)較高的電流增益，并且增益調(diào)節(jié)范圍較寬，能適應(yīng)傳感器的功能擴(kuò)充和高性能化，同時(shí)系統(tǒng)功耗控制在一個(gè)較低水平的電化學(xué)生物傳感器測(cè)量系統(tǒng)，同時(shí)使得測(cè)量系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)成本低廉、精度高的優(yōu)點(diǎn)。
為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，達(dá)到上述技術(shù)效果，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案
一種電化學(xué)生物傳感器測(cè)量系統(tǒng)，包括一微控制器，還包括一試紙條卡槽，所述試紙條卡槽分別連接有一用于識(shí)別不同的傳感器試紙條類(lèi)型的試紙條識(shí)別電路、一用于產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)所需的工作電壓的工作電壓產(chǎn)生電路和一用于將傳感器試紙條工作電極上的電流轉(zhuǎn)換成電壓的電流/電壓轉(zhuǎn)換電路，所述試紙條識(shí)別電路連接至所述微控制器，所述電流 /電壓轉(zhuǎn)換電路連接一信號(hào)處理電路，所述信號(hào)處理電路連接一模數(shù)轉(zhuǎn)換器，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器連接所述微控制器，所述微控制器連接有顯示器和按鍵。進(jìn)一步的，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器連接有一溫度檢測(cè)電路。進(jìn)一步的，所述試紙條識(shí)別電路能夠識(shí)別不同的傳感器試紙條類(lèi)型。進(jìn)一步的，所述試紙條識(shí)別電路通過(guò)識(shí)別試紙條上導(dǎo)電層的電阻來(lái)識(shí)別不同的傳感器試紙條類(lèi)型。進(jìn)一步的，所述工作電壓產(chǎn)生電路能夠自適應(yīng)調(diào)整電化學(xué)反應(yīng)的工作電壓。進(jìn)一步的，所述工作電壓產(chǎn)生電路產(chǎn)生的工作電壓極性、幅度均可調(diào)。進(jìn)一步的，所述工作電壓產(chǎn)生電路主要由數(shù)模轉(zhuǎn)換器和模擬開(kāi)關(guān)構(gòu)成。進(jìn)一步的，所述電流/電壓轉(zhuǎn)換電路使用常規(guī)阻值的反饋電阻可以實(shí)現(xiàn)高靈敏度。進(jìn)一步的，所述電流/電壓轉(zhuǎn)換電路為T(mén)型網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的高靈敏度電流/電壓轉(zhuǎn)換電路。進(jìn)一步的，微控制器及其它器件均為低功耗器件。進(jìn)一步的，微控制器平時(shí)處于低功耗的休眠模式，需要工作時(shí)喚醒其器進(jìn)入工作模式。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果
本發(fā)明通過(guò)對(duì)試紙條導(dǎo)電層電阻的測(cè)量，能夠自動(dòng)識(shí)別傳感器的類(lèi)型；采用了數(shù)模轉(zhuǎn)換器、模擬開(kāi)關(guān)等構(gòu)成工作電壓產(chǎn)生電路，工作電壓能夠?qū)崿F(xiàn)極性的調(diào)整，以及一定范圍內(nèi)的幅度連續(xù)調(diào)整，能適應(yīng)傳感器的功能擴(kuò)充和高性能化；采用了 T型網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的高靈敏度電流/電壓轉(zhuǎn)換電路，能夠使用常規(guī)阻值電阻實(shí)現(xiàn)較高的電流增益，并且增益調(diào)節(jié)范圍較寬；由于低功耗器件的采用，以及工作方式的設(shè)置，系統(tǒng)功耗控制在一個(gè)較低的水平。上述說(shuō)明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段， 并可依照說(shuō)明書(shū)的內(nèi)容予以實(shí)施，以下以本發(fā)明的較佳實(shí)施例并配合附圖詳細(xì)說(shuō)明如后。


此處所說(shuō)明的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中
圖1為現(xiàn)有的血糖測(cè)量裝置原理圖。圖2為本發(fā)明適用的電化學(xué)生物傳感器試紙條結(jié)構(gòu)圖。圖3為與本發(fā)明的電化學(xué)生物傳感器測(cè)量系統(tǒng)。圖4為與本發(fā)明的一實(shí)施方式相關(guān)的電化學(xué)生物傳感器測(cè)量裝置試紙條識(shí)別電路原理圖。圖5為與本發(fā)明一實(shí)施方式相關(guān)的電化學(xué)生物傳感器測(cè)量裝置工作電壓發(fā)生電路和電流/電壓轉(zhuǎn)換電路原理圖。
具體實(shí)施例方式下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例，來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。參見(jiàn)圖2所示，公開(kāi)了一種傳感器試紙條20，所述傳感器試紙條20具有在絕緣基底上互相平行的參比電極21、第一工作電極23和第二工作電極25，它們電氣上與參比觸點(diǎn) 22、第一觸點(diǎn)M和第二觸點(diǎn)沈互聯(lián)；同時(shí)還具有導(dǎo)電層27等結(jié)構(gòu)。不同類(lèi)型的電化學(xué)生物傳感器導(dǎo)電層27的電阻不同。電極上面固定的反應(yīng)物，通過(guò)與加入的樣本材料反應(yīng)，產(chǎn)生相應(yīng)于特定待測(cè)量的電荷。參見(jiàn)圖3所示，本發(fā)明的電化學(xué)生物傳感器測(cè)量系統(tǒng)包括一微控制器110，還包括一試紙條卡槽101，所述試紙條卡槽101分別連接有一用于識(shí)別不同的傳感器試紙條類(lèi)型的試紙條識(shí)別電路102、一用于產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)所需的工作電壓的工作電壓產(chǎn)生電路103 和一用于將傳感器試紙條工作電極上的電流轉(zhuǎn)換成電壓的電流/電壓轉(zhuǎn)換電路104，所述試紙條識(shí)別電路102連接至所述微控制器110，所述電流/電壓轉(zhuǎn)換電路104連接一信號(hào)處理電路105，所述信號(hào)處理電路105連接一模數(shù)轉(zhuǎn)換器106，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器106連接所述微控制器110，所述微控制器110連接有顯示器模塊108和按鍵模塊109。進(jìn)一步的，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器106連接有一溫度檢測(cè)電路107。通過(guò)試紙條卡槽101實(shí)現(xiàn)傳感器試紙條20上的參比觸點(diǎn)22、第一觸點(diǎn)24、第二觸點(diǎn)26以及導(dǎo)電層27兩端觸點(diǎn)與電化學(xué)生物傳感器測(cè)量裝置的電氣連接；當(dāng)試紙條插入試紙條卡槽時(shí)，導(dǎo)電層27導(dǎo)通試紙條卡槽上的兩個(gè)電極，引導(dǎo)測(cè)量裝置進(jìn)入測(cè)量模式； 同時(shí)測(cè)量導(dǎo)電層的電阻，來(lái)識(shí)別電化學(xué)生物傳感器的類(lèi)型；工作電壓產(chǎn)生電路利用數(shù)模轉(zhuǎn)換器、模擬開(kāi)關(guān)以及運(yùn)算放大器等器件產(chǎn)生極性、幅度可變的工作電壓，以適用于不同類(lèi)型的試紙條；施加了工作電壓，當(dāng)待測(cè)樣本加入后，會(huì)有流過(guò)第一工作電極23、第二工作電極 25的電流，電流/電壓轉(zhuǎn)換電路將此電流轉(zhuǎn)換為與之呈線(xiàn)性正相關(guān)的電壓信號(hào)，電流/電壓轉(zhuǎn)換電路為T(mén)型網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的高靈敏度電流/電壓轉(zhuǎn)換電路；電流/電壓轉(zhuǎn)換電路輸出的電壓信號(hào)，通過(guò)信號(hào)處理電路進(jìn)行放大、去噪等處理后輸入到模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端；模數(shù)轉(zhuǎn)換器將信號(hào)處理電路輸入的模擬電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，此數(shù)字量代表了流過(guò)工作電極電流的大??；微控制器讀取模數(shù)轉(zhuǎn)換的結(jié)果，作去噪、校正等處理后，計(jì)算得出待測(cè)量的濃度，并將濃度及相關(guān)信息顯示在顯示器上；按鍵用于參數(shù)的設(shè)置、結(jié)果的查詢(xún)等功能；溫度檢測(cè)電路檢測(cè)溫度，用于檢測(cè)結(jié)果的溫度系數(shù)校正；系統(tǒng)微控制器及其它器件均采用低功耗器件； 由試紙條的插入及按鍵操作喚醒微控制器進(jìn)入工作狀態(tài)，其它絕大多數(shù)時(shí)間里處于休眠狀態(tài)，并切斷其它電路的電源。本實(shí)施方式中，微控制器110選擇超低功耗微控制器MSP430。以下，說(shuō)明與本實(shí)施方式相關(guān)的電化學(xué)生物傳感器測(cè)量系統(tǒng)的操作。首先將傳感器試紙條20插入到試紙條卡槽101中。傳感器試紙條20的插入通過(guò)試紙條識(shí)別電路102起到兩方面的作用喚醒微控制器110進(jìn)入工作模式，同時(shí)分壓電路輸出對(duì)應(yīng)于不同試紙條導(dǎo)電層27電阻的模擬電壓，由微控制器110來(lái)識(shí)別傳感器試紙條20 的類(lèi)型。
圖4示出了試紙條識(shí)別電路的原理圖。傳感器試紙條20上的導(dǎo)電層27與阻值為Rl的電阻201構(gòu)成分壓電路。設(shè)導(dǎo)電層的電阻值為Rx，則AO、Pl. 0點(diǎn)電位為
權(quán)利要求
1.一種電化學(xué)生物傳感器測(cè)量系統(tǒng)，包括一微控制器(110)，其特征在于還包括一試紙條卡槽(101)，所述試紙條卡槽(101)分別連接有一用于識(shí)別不同的傳感器試紙條類(lèi)型的試紙條識(shí)別電路(102)、一用于產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)所需的工作電壓的工作電壓產(chǎn)生電路(103)和一用于將傳感器試紙條工作電極上的電流轉(zhuǎn)換成電壓的電流/電壓轉(zhuǎn)換電路 (104)，所述試紙條識(shí)別電路(102)連接至所述微控制器(110)，所述電流/電壓轉(zhuǎn)換電路 (104)連接一信號(hào)處理電路(105)，所述信號(hào)處理電路(105)連接一模數(shù)轉(zhuǎn)換器(106)，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器(106)連接所述微控制器(110)，所述微控制器(110)連接有顯示器(108)和按鍵(109)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)生物傳感器測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (106)連接有一溫度檢測(cè)電路(107)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)生物傳感器測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于所述試紙條識(shí)別電路(102)通過(guò)檢測(cè)試紙條上植入的電阻的阻值，來(lái)識(shí)別不同的試紙條類(lèi)型。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)生物傳感器測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于所述工作電壓產(chǎn)生電路(103)能夠根據(jù)試紙條類(lèi)型，自適應(yīng)調(diào)整工作電壓的極性和幅度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)生物傳感器測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于所述工作電壓產(chǎn)生電路(103)主要包括數(shù)模轉(zhuǎn)換器、模擬開(kāi)關(guān)作為其組成部件。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)生物傳感器測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于所述電流/電壓轉(zhuǎn)換電路(104)使用常規(guī)阻值的反饋電阻可以實(shí)現(xiàn)電流增益的高靈敏度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)生物傳感器測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于所述電流/電壓轉(zhuǎn)換電路(104)為T(mén)型網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的高靈敏度電流/電壓轉(zhuǎn)換電路。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)生物傳感器測(cè)量裝置，其特征在于所述微控制器 (110)平時(shí)處于休眠模式，需要工作時(shí)喚醒其進(jìn)入工作模式。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種電化學(xué)生物傳感器測(cè)量系統(tǒng)，包括一微控制器，還包括一試紙條卡槽，所述試紙條卡槽分別連接有一用于識(shí)別不同的傳感器試紙條類(lèi)型的試紙條識(shí)別電路、一用于產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)所需的工作電壓的工作電壓產(chǎn)生電路和一用于將傳感器試紙條工作電極上的電流轉(zhuǎn)換成電壓的電流/電壓轉(zhuǎn)換電路，試紙條識(shí)別電路連接至微控制器，電流/電壓轉(zhuǎn)換電路連接一信號(hào)處理電路，信號(hào)處理電路連接一模數(shù)轉(zhuǎn)換器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器連接微控制器，微控制器連接有顯示器和按鍵。本發(fā)明能夠使用常規(guī)阻值電阻實(shí)現(xiàn)較高的電流增益，并且增益調(diào)節(jié)范圍較寬，能適應(yīng)傳感器的功能擴(kuò)充和高性能化，同時(shí)系統(tǒng)功耗控制在一個(gè)較低的水平。
文檔編號(hào)G01N27/27GK102305818SQ20111024743
公開(kāi)日2012年1月4日 申請(qǐng)日期2011年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月24日
發(fā)明者位兵, 劉濤, 唐玉國(guó), 王弼陡, 錢(qián)俊, 韓坤 申請(qǐng)人:蘇州生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)研究所