[发明专利]电位传感器

说明书

发明领域

本发明涉及用于在各种应用中测量电位的电位传感器，包括例如医学 应用和显微镜应用的领域，比如显微成像和光谱分析，以及核磁共振 (NMR)应用，比如NMR成像和光谱学。

发明背景

为了制造灵敏的电动测量装置，习惯上提供高的输入阻抗且由此降低 操作该装置所需要的输入信号的功率。然而，具有很高输入阻抗的电路往 往不稳定，因此实用的装置通常在达到必要的灵敏度、提供期望的输入阻 抗以及保证可接受的稳定度之间折衷。

在WO 03/048789号国际专利申请中，公开了一种电动传感器 (electrodynamic sensor)，其中结合了许多不同的电路技术以与先前已知的 电动传感器相比在灵敏度上实现几个数量级的提高，同时仍保持足够的稳 定性以允许相对不熟练的操作者在日常条件下进行测量。据此较早的申 请，提供了一种电动传感器，其包括高输入阻抗静电计，该静电计适合于 测量源自受测对象的小的电位，且使用与对象没有直接电接触的至少一个 输入探针。该发明的静电计的电路布置包括放大器，所述放大器包括辅助 电路的组合，该辅助电路的组合提供来自放大器的输出并累积地布置成增 加静电计对小电位的灵敏度，同时不干扰与其相关的电场，所述辅助电路 用来提供以下各项中的至少两项：保护(guarding)、自举(bootstrapping)、 中和(neutralisation)、供电轨漂移校正、对所述传感器的供电调制和偏移 校正。

虽然这些特征有助于提供具有高输入阻抗的传感器以及相对稳定的 操作，然而，在可能有对源或受测样品的弱电容耦合或由源或受测样品产 生的小振幅的信号的情况下，噪声问题可能仍继续存在并可能抑制或阻止 准确的信号测量。这对某些医学和显微应用尤其如此，其中只有弱电容耦 合，然而高度准确的信号测量是必要的，例如在感测的遥控离体(off-body) 模式中，其中探针或各探针与人体没有物理接触并且通常弱电容耦合 ＜1pF。

更具体地，在受测样品与传感器电极之间有弱耦合的应用中，耦合到 样品的电容可能与传感器的输入电容相当或比传感器的输入电容小得多。 在此情况下，由传感器接收的测量信号通过由耦合电容和输入电容形成的 电容分压器衰减，且可能难以捕获。

此外，使用来自放大器的输出信号作为反馈信号的缺点为，这样的信 号是宽带信号，该宽带信号可能具有低信噪比。因此，噪声随后与反馈信 号一起被反馈到放大器输入，引起信噪比进一步的降低。

因此，十分需要一种电位传感器，在这种传感器中，在对受测样品有 弱电容耦合的情况下，提高了准确的信号测量的可能性。

这种需要在信号测量的准确性很关键的情况中尤其明显。

另外十分需要一种电位传感器，在这种传感器中，信噪比实质上被提 高。

发明概述

本发明试图克服上述问题并提供一种新颖的电位传感器，这种电位传 感器能够进行高度准确的信号测量。

至少在下述的优选实施方式中，本发明还试图提供一种电位传感器， 在该电位传感器中信噪比被显著地提高。

本发明进一步试图提供不同的技术及技术的组合，用于提高电位传感 器中的信噪比。

更具体地，至少在下述优选实施方式中，本发明试图提供不同的技术， 用于使用相干的窄带反馈信号来提高电位传感器中的信噪比。

根据本发明，提供了一种电位传感器，所述电位传感器包括：

至少一个检测电极，其设置为用于与受测样品电容耦合以及用于产生 测量信号；

传感放大器，其适合于接收所述测量信号作为输入以及提供被放大的 检测信号作为输出；

输入阻抗提高装置，其用于向所述传感放大器提供高输入阻抗，以增 加电极对减小的电位的灵敏度；以及

反馈装置，其用于对所述传感放大器的输入应用相干的反馈信号，以 提高传感器的信噪比。

因此，本发明涉及通过应用相干的反馈信号而提高信噪比。

与电动传感器的通常实现相反，反馈信号不是直接得自传感器的输出 的宽带信号，而是反馈可以采用的相干信号，且这显著提高了信噪比。