[发明专利]用于与四端子传感器一起使用的控制电路和包括这种控制电路的测量系统

说明书

技术领域

本发明涉及用于与四端子传感器一起使用的控制电路、四端子传感器和控制电路的组合以及提高与四端子传感器一起使用时的测量系统的精确度的方法。例如，传感器可以是生物传感器，比如葡萄糖传感器。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了用于与四端子传感器一起使用的控制电路，传感器具有第一和第二驱动端子以及第一和第二测量端子，控制电路被配置来利用激励信号驱动第一和第二驱动端子中的至少一个以感测第一和第二测量端子之间的电压差并控制激励信号，如此第一和第二测量端子之间的电压差便在目标电压范围内，且其中控制电路包括在其增益频率传递特性中的N个极点和在其增益频率传递特性中的N-1个零点，如此当回路增益降至单位增益时，闭合回路周围的相移基本上不为2π弧度或其倍数，其中N≥2且为整数。

因此，有可能使用控制电路中更高的增益（与仅通过在低频下减小开环增益直到控制电路中的闭环增益已降至单位增益的这个时间，同时将增益随频率的变化保持为基本上-20dB每10倍频变化而实现稳定性的情况相比）在多个频率下对四端子传感器的阻抗进行阻抗测量。

以上提到的N个极点和N-1个零点是在控制电路具有足够增益以使振荡发生的频率下发生的极点和零点。这意味着例如回路内的正向通路中的增益大于单位增益。优选地，增益裕度包括在回路内以允许制造变化或温度变化，且因此发明内容中提及的N个极点和N-1个零点在增益大于由增益裕度修改的单位增益的频率下发生，如在增益为0.5或更少比如0.3处。

在高于控制器增益或回路增益已降至小于单位增益（优选地由增益裕度修改），如此增益便例如小于0.5的频率的频率空间内发生的极点不会导致不稳定且可被忽略。

在控制电路内使用更高的增益意味着可将第一和第二测量端子之间的电压差更严密地控制为目标值或目标值范围，且因此也将相应地改进对其它参数的测量。

有利的是，控制电路具有用于接受差分参考电压的第一和第二参考电压输入端子。差分参考电压为第一和第二测量端子之间的电压差设定目标电压。

有利的是，四端子传感器包括负载，其阻抗（除其它外）作为化学品、酶或生物材料的浓度的函数而变化。可选地，负载的阻抗可作为反应的函数而变化。已知可生产用于对生物参数进行电子检测的传感器。这种广泛使用的电可读生物传感器的实例包括用于治疗糖尿病的血糖测量条。

根据本发明的第二方面，提供了与四端子传感器一同构成本发明的第一方面的实施方案的控制电路。

根据本发明的第三方面，提供了运行包括多端子传感器和激励电路的仪器回路的方法，其中多端子传感器具有与第一感测端子不同的至少一个驱动端子，且其中多端子传感器具有另一个端子，且其中激励电路被配置来测量第一感测端子和另一个端子之间的电压差，并使用这个电压差来控制施加到所述至少一个驱动端子的激励信号以将第一感测端子和另一个端子之间的电压差保持为目标值或保持在目标范围内，且其中激励电路被配置为在其传递特性具有至少一个零点，如此其便满足巴克豪森稳定性准则。

优选地，所述至少一个零点被定位在低于激励电路的正向增益已降至小于单位增益的频率，如此包含激励电路的闭合回路便无法经历自持振荡。

附图说明

现在将通过非限制性实例参考附图描述本发明，其中：

图1是构成本发明的实施方案的测量电路的电路图；

图2是电流测量电路的电路图；

图3是另一个电流测量电路的电路图；

图4是表示可应用于对合适的测量单元进行电化学分析的激励信号的图；

图5是电化学葡萄糖测量单元的电流相对于时间的理想化演变的图；

图6是血糖测试传感器的阻抗与频率的图；

图7是已被其生产商稳定以防止自激振荡的运算放大器的增益频率传递特性；

图8是放大器的相移与频率关系的图表，其增益频率响应已在图7中示出；

图9示出图1中的电路的一部分，但是包括了寄生组件；

图10是图1的电路的增益频率特性的图表，其响应特性中不存在任何补偿零点；

图11是已在图10中示出增益频率响应的电路的相位频率响应的图表；

图12是本发明的实施方案的增益频率响应的图表；

图13是其增益频率响应在图12中示出的实施方案的相位频率图表；

图14是电路的电路图，电路中的前两个级可用于引入两个极点和一个零点，或所有三个级可用于引入三个极点和两个零点；