[发明专利]一种微型化光电化学检测方法及检测装置

权利要求书

1.一种微型化光电化学检测装置，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；

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；所述供电模块实现对整个检测装置中各模块的供电。

2.根据权利要求1所述的微型化光电化学检测装置，其特征在于，所述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模块和FIFO寄存器；所述DDS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模块用来解调已知频率的交流信号；所述FIFO寄存器接收经过DFT模块处理的数据，并存储最终数据。

3.根据权利要求2所述的微型化光电化学检测装置，其特征在于，所述信号采集和处理模块，其内部所有模块集成在单个芯片中，使用单个芯片完成光电化学信号采集和处理。

4.一种微型化光电化学检测方法，其特征在于，该检测方法通过权利要求1至3中任一项的检测装置实现；信号采集和处理模块中加入了检测和处理算法，包括计时电流算法，数字滤波算法，离散傅立叶变换算法，提高了系统检测性能；检测步骤如下：

(1)系统初始化，相关参数配置；

(2)产生LED激励信号，DDS配合高速DAC产生正弦信号，经过比较器电路转换为TTL信号，TTL信号作为光源驱动器的激励信号，控制LED光源；LED光源照射光电化学传感器产生相同频率的光电流信号；

(3)产生光电化学传感器激励信号，利用了双路DAC和恒电位电路对光电化学传感器施加激励；检测方法采用计时电流算法，计时电流算法在开始阶段给工作电极施加一个较短时间的电位阶跃，之后电压保持不变，而参考电极上电压始终保持不变；响应电流经跨阻放大器(TIA)完成从电流到电压的转变，计时电流算法控制ADC等间隔采集此电压，计算后得出电流值，最终完成对电流的等间隔时间采样；

(4)数字滤波，通过数字滤波算法对ADC输出数据进行平滑滤波和带阻滤波，滤除无关噪声，然后把数据交给DFT模块；

(5)频谱分析，DFT模块采用离散傅立叶变换算法把信号从时间域变换到频率域，得到离散信号，然后对离散信号进行频谱分析，经过离散傅立叶变换算法后，最终实现光电流在调制频率分量处的解调，得到光电流幅值，并将结果保存在FIFO寄存器中；

(6)信号采集和处理模块产生系统中断，使得微控制器读取结果并进行显示。

5.根据权利要求4所述的微型化光电化学检测方法，其特征在于，所述计时电流算法用来搭建电极反应所需的电化学环境；所述数字滤波算法改变不同配置，能够灵活适应不同范围数据的处理；所述离散傅立叶变换算法，用来解调已知频率的电流信号。