CN100392415C - 电化学原位膜导电性测量仪 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种原位电化学膜导电性测量仪，是由上位机单元S、下位机单元X、电流测量单元L和电导测量单元D四个单元组成；上位机单元X是一台计算机，存储和运行本发明的软件程序；下位机单元X控制电流测量单元L和电导测量单元D；本发明集成了传统的电化学工作站的技术优点，同时分别使用可选择设置的直流和交流偏转电位的方法，可以在电化学信号采集的同时，可以实时的测量膜的导电性的变化；引入最新的USB2.0控制技术具有采集速率高，输出功率大等特点；内置波形表，可以十分方便的定制任意电位波形的输出，有基于微软视窗XP系统平台的XP风格控制采集软件系统。
Description
技术领域
本发明属于一种导电性测量仪，特别是电化学原位膜导电性测量仪。
背景技术
电化学方法作为一种集简便、快速、准确、灵敏度高等优点于一身的分析检测及表征手段，一直在科研和生产中占据着较为重要的地位。电化学方法的实现从早期的极谱仪到恒电位仪，以及近年来与计算机采样和控制技术相结合产生的时间及不同波形的测量技术，电化学的技术和方法有了长足的进步和发展，这为我们研究界面电子的转移过程提供了极为便利的条件。界面上的电子转移，特别是电极表面上修饰物种氧化还原的发生，通常也伴随着这些物种其它一些性质，如光、电、磁等方面性质的变化。在膜材料的性质表征及分析测定中，无论是无机导体、半导体材料，还是有机半导体、或有机/无机复合掺杂材料，在发生电子得失，亦即氧化还原反应发生的同时，膜的导电性研究、表征在近年迅猛发展起来的有机半导体领域中逐渐成为一种普遍的表征方法。在早期的膜导电性测量中，较为广泛的以四点探针技术为主(从早期的基于欧姆定律测量为主的两点探针技术发展起来的)，这一方法只能用于离位的膜导电性表征，它不能提供即时导电性变化的信息。近年来也有一些研究小组利用自制的简易方法将四探针或两探针技术与电化学仪器直接连接，试图研究电化学电位施加时原位的膜导电性变化的信息，MIT的Wrighton教授研究小组在上世纪八十年代初最早开展了这一工作，在这一测量中，为提高信号强度及信噪比，他们使用了一种类似微电子线路器件的线栅电极；随后，Zotti和Kankare等研究小组将这样的探头简化开发了一种微双带电极；此外，上世纪九十年代中期，德国的Heinz教授也使用了与Wrighton等人类似溅射的微阵列电极应用于电化学原位的有机半导体膜的导电性测量中，并结合自己研制的仪器，取得了较好的测量结果；在以往工作中，仪器是以市售的基本型电化学仪器为主，再辅以额外的直流测量电阻的模块，仪器集成度差，输出较低，12-15伏，不适用于膜电阻较高的研究体系，如无机半导体膜等，并且导电性测量量程较小，数据通讯速率较低，软件自动化程度较低，界面友好性较差。同时电极多为一次性使用，并且较为昂贵，不利于商业化的推广；简化的微双带电极使用了一种有机的绝缘膜-Teflon或Mylar薄膜，薄膜较为柔软，微双带绝缘缝隙较小，在机械抛光时，极易造成电极短路，且聚酯膜的耐溶剂性也导致其应用范围受到限制，从而影响电化学的测定。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种测量精度高、稳定性好、使用范围宽、高度集成的电化学原位膜导电性测量仪。本发明的电化学原位膜导电性测量仪在技术上可以完成数据扫描、采集，通过软件来响应用户操作、数据处理、数据显示、数据存储和读取、对硬件的控，可在膜材料发生氧化还原反应的同时同步测量其导电性变化信息。
本发明的电化学原位膜导电性测量仪由上位机单元S、下位机单元X、电流测量单元L和电导测量单元D四个单元组成，如图1所示。
上位机单元S是一台通用的计算机。本发明的部分软件程序在构成上位机单元S的该计算机中存储和运行：包括命令运行程序、波形数据运行程序、结果数据运行程序、数据处理运行程序、数据可视化运行程序；从而相对应的上位机单元S包括以下装置：用于存储和处理命令的命令缓冲装置A1、用于存储和处理波形数据的波形数据缓冲装置A3、用于存储和处理结果数据的结果数据缓冲装置A2、用于存储和数据处理的数据处理装置27、用于存储和处理可视化数据的数据可视化装置26、USB缓冲装置4和USB接口5。
USB缓冲装置4、用于存储和处理结果数据的结果数据缓冲装置A2、用于存储和处理数据处理的数据处理装置27、用于存储和处理可视化数据的数据可视化装置26顺序联接，USB缓冲装置4与存储和处理命令的命令缓冲装置A1、用于存储和处理波形数据的波形数据缓冲装置A3、USB接口5联接；USB接口5与下位机单元X的微处理器9联接。
上述的上位机单元S的这些装置在本发明的电化学原位膜导电性测量操作仪运行时，存储和运行从下位机单元X中接收来的结果数据和要发送给下位机X的命令和波形数据。所述的结果数据，是指从下位机X传来的电流测量和电导测量的数据。所述的命令，是上位机单元S与下位机单元X通信协议的一部分。软件程序按照用户的操作(如开始测量、终止测量、电位设置等)，向下位机单元X发送命令，通过下位机单元X控制电流测量单元L和电导测量单元D进行相应测量操作。命令的格式由本发明自行定义。所述的波形数据，是上位机单元S与下位机单元X通信协议的一部分；所述的软件程序可以按照用户指定的电压随时间变化的波形要求产生波形数据发送给下位机单元X，下位机单元X按照波形数据控制电极WE1 21和电极WE2 22产生用户要求的任意电压变化。
在上位机单元S中运行过程是：命令缓冲装置A1和波形数据缓冲装置A3的数据先保存在USB缓冲装置4中，然后通过USB接口5发送到下位机单元X；从下位机单元X来的数据先保存在USB缓冲装置4中，然后再转存到结果数据缓冲装置A2中，经过数据处理装置27对数据进行平滑、滤波、对数据进行适合于可视化显示的变换、对测量数据解释、为存储储作准备等处理后，由数据可视化装置26显示在图形界面中。
下位机单元X由以下部分组成：微处理器9中存储和运行本发明的部分软件程序：包括命令程序、波形数据运行程序、结果数据运行程序；从而相对应的下位机单元X包括以下装置：用于存储和运行命令的命令缓冲装置B6、用于存储和运行波形数据的波形数据缓冲装置B7、用于存储和运行结果数据的结果数据缓冲装置B10及采样时针发生装置11和微处理器9。在下位机单元X中，命令缓冲装置B6、波形数据缓冲装置B7、结果数据缓冲装置B10、采样时钟发生装置11均与微处理器9联接；下位机单元X的微处理器9分别与电流测量单元L的模数转换B12、可编程放大器B13和数模转换15联接。
在下位机单元X中运行过程是：从USB缓冲装置4接收到的命令数据存到命令缓冲装置B6中，然后由微处理器9解释执行；从USB缓冲装置4接收到的波形数据存到波形数据缓冲装置B7中，由采样时针发生装置11产生的时钟脉冲控制产生波形；由电流测量单元L的模数转换B12和电导测量单元D的模数转换A8来的数据经微处理器9暂存在结果数据缓冲装置B10中，再经由USB缓冲装置4发送到上位机单元S。当微处理器9执行开始命令时，在采样时钟发生装置11产生的脉冲控制下，由微处理器9从波形数据缓冲装置B 7中提取数据送到电流测量单元L的数模转换15，数模转换15产生一对应电压输出，经缓冲放大器16送入功率放大器17同向输入端，由电极RE25得到的电压信号经输入缓冲放大器24进行电流放大后送到功率放大器17反向输入端，与同向输入端进行比较，控制功率放大器17输出，使电极RE25达到恒电位。
电流测量单元L由以下部分组成：模数转换B12、可编程放大器B13、电流计B14、数模转换15、缓冲放大器16、功率放大器17、输入缓冲放大器24、电极RE25和电极CE18；在电流测量单元L中，电极CE18与电流计B14联接，电极RE25与输入缓冲放大器24联接，数模转换15与缓冲放大器16联接，缓冲放大器16与与功率放大器17联接，功率放大器17与输入缓冲放大器24和电流计B14分别联接，电流计B14与可编程放大器B13联接，可编程放大器B13与模数转换B12联接。
具体地说，在电流测量单元L中，由输入缓冲放大器24、功率放大器17组成一个高阻高增益放大电路，进行电流测量。
电导测量单元D由以下部分组成：模数转换A8、可编程放大器A19、电流计A20、微电压基准23、电极WE2 22和电极WE1 21；在电导测量单元D中，电极WE1 21与电流计A20联接，电极WE2 22与微电压基准23联接，微电压基准23与电流计A20联接，电流计A20与可编程放大器A19联接，可编程放大器A19与模数转换A8联接；模数转换A8、可编程放大器A19与下位机单元X的微处理器9联接。
如上所述的电极CE18是对电极，电极RE25是参比电极，电极WE1 22和电极WE2 23组成微双带电极。
在电导测量单元D中，由电流计A20、微电压基准23及模数转换A8组成一个超低压电导测量电路，进行电导测量；进行电导测量时，通过微电压基准23偏置电位设置可以有效减少偏转电位对电化学体系的干扰。
由模数转换B12、数模转换15及微处理器9构成一套电压电流扫描及控制系统，接受上位机单元S的控制完成电压变化、数据测量等动作，并把结果数据传送给上位机单元S处理；电极CE18，电极RE25，电极WE1 21和电极WE2 22放置在同一个化学池中，电极WE1 21和电极WE2 22构成一个微双带电极，中间的缝隙很小，只有10微米。电极WE1 21和电极WE2 22构成的微双带电极上的导电膜材料在化学池中发生氧化还原反应的同时，本发明的电化学原位膜导电性测量仪同步测量其导电性变化信息，即电流、电导的测量。
本发明的有益效果是：
1.可方便快捷的对电流和电导同时进行采集、分析、处理；
2.USB2.0接口可实现高数据采集速率；
3.电导测量时由微电压基准的偏置电位设置可以有效地减少偏转电位对电化学体系的干扰，达到稳定可靠；
4.新型可抛光清洗的微双带及微阵列金属工作电极可多次重复使用；
5.相匹配的界面友好的软件程序可以十分方便地面向不同层次用户，内置的多种数据处理及模型拟合功能可以十分方便的高效地进行技术测量；
6.在缓存内设置波形表缓冲区，用矢量描述的方法存储波形，可以十分方便、快捷实现任意波形输出；
7.功率放大器使输出电压高达40伏；
8.采用多级放大多级采集，适用范围广。
附图说明
图1是原位膜导电性测量仪结构示意图。该图也是说明书摘要附图。
图中，S是上位机单元，X是下位机单元，L是电流测量单元，D是电导测量单元；1.命令缓冲装置A，2.结果数据缓冲装置A，3.波形数据缓冲装置A，4.USB缓冲装置，5.USB接口，6.命令缓冲装置B，7.波形数据缓冲装置B，8.模数转换A，9.微处理器，10.数据结果缓冲装置B，11.采样时针发生装置，12.模数转换B，13.可编程放大器B，14.电流计B，15.数模转换，16.缓冲放大器，17.功率放大器，18.电级CE，，19.可编程放大器A，20.电流计A，21.电极WE1，22.电极WE2，23.微电压基准，24.输入缓冲放大器，25.电级RE，26.数据可视化装置，27.数据处理装置。
图2是原位膜导电性测量仪设备参数设置过程上位机单元S流程图。
图3是原位膜导电性测量仪设备参数设置过程下位机单元X的USB中断流程图。
图4是原位膜导电性测量仪设备参数设置过程下位机单元X的定时器中断流程图。
图5是原位膜导电性测量仪测量过程电流测量的流程图。
图6是原位膜导电性测量仪测量过程电导测量的流程图。
图7是原位膜导电性测量仪测量过程恒电位保持的流程图。
图8是原位膜导电性测量仪数据分析处理和显示流程图。
图9是原位膜导电性测量仪数据存储和读取流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细描述。
上位机单元S是一台通用的个人计算机。本发明的部分软件程序在所说的构成上位机单元S的计算机中存储和运行。包括命令程序、波形数据运行程序、结果数据运行程序、数据处理运行程序、数据可视化运行程序。从而相对应的上位机单元S包括以下装置：用于存储命令的命令缓冲装置A1、用于存储波形数据的波形数据缓冲装置A3、用于存储结果数据的结果数据缓冲装置A2、USB缓冲装置4、用于存储数据处理的数据处理装置27、用于存储数据可视化的数据可视化装置26。
上位机单元S的这些装置在本发明的电化学原位膜导电性测量仪运行时，存储和运行从下位机单元X中接收来的结果数据和要发送给下位机单元X的命令和波形数据。所述的结果数据，是指从下位机单元X传来的电流测量和电导测量的数据。所述的命令，是上位机单元S与下位机单元X通信协议的一部分。软件程序按照用户的操作(如开始测量、终止测量、电位设置等，)向下位机单元X发送命令，通过下位机单元X控制电流测量单元L和电导测量单元D进行相应测量操作。命令的格式由本发明自行定义。所述的波形数据，是上位机单元S与下位机单元X通信协议的一部分。所述的软件程序可以按照用户指定的电压随时间变化的波形要求产生波形数据发送给下位机，下位机单元X按照波形数据控制电极WE1 21和电极WE2 22产生用户要求的任意电压变化。USB接口5是通用个人计算机的标准部件；USB缓冲装置4、用于处理结果数据的结果数据缓冲装置A2、用于处理数据处理的数据处理装置27、用于处理数据可视化的数据可视化装置26顺联接，USB缓冲装置4与处理命令的命令缓冲装置A1、用于处理波形数据的波形数据缓冲装置A3、USB接口5联接；USB接口5与下位机单元的微处理器9联接。
下位机单元X由以下部分组成：微处理器9(具体型号为TUSB3210)中存储和运行本发明的部分软件程序：包括命令程序、波形数据运行程序、结果数据运行程序；从而相对应的下位机单元X包括以下装置：用于存储和运行命令的命令缓冲装置B6、用于存储和运行波形数据的波形数据缓冲装置B7、用于存储和运行结果数据的结果数据缓冲装置B10及采样时针发生装置11和微处理器9。在下位机单元X中，命令缓冲装置B6、波形数据缓冲装置B7、结果数据缓冲装置B10、采样时钟发生装置11均与微处理器9联接；下位机单元X的微处理器9分别与电流测量单元L的模数转换B12、可编程放大器B13和数模转换15联接。
电流测量单元L由以下部件组成：模数转换B12(具体型号为ADS1251)、数模转换15(具体型号为DAC741)、可编程放大器B13(具体型号为PGA202)、电流计B14(具体型号为OPA129)、功率放大器17(具体型号为OPA451)、缓冲放大器16(具体型号为OPA2277)、输入缓冲放大器24(具体型号为OPA148)、电级RE25、电级CE18；在电流测量单元L中，电极CE18与电流计B14联接，电极RE25与输入缓冲放大器24联接，数模转换15与缓冲放大器16联接，缓冲放大器16与与功率放大器17联接，功率放大器17与输入缓冲放大器24和电流计B14分别联接，电流计B14与可编程放大器B13联接，可编程放大器B13与模数转换B12联接。
具体地说，在电流测量单元L中，由输入缓冲放大器24、功率放大器17组成一个高阻高增益放大电路，进行电流测量；
电导测量单元D由以下部分组成：模数转换A8(具体型号为ADS1251)、可编程放大器A19(具体型号为PGA203)、电流计A20(具体型号为OPA149)、微电压基准23(具体型号为REF02)、电极WE2 22、电极WE1 21；在电导测量单元D中，电极WE1 21与电流计A20联接，电极WE2 22与微电压基准23联接，微电压基准23与电流计A20联接，电流计A20与可编程放大器A19联接，可编程放大器A19与模数转换A8联接；模数转换A8、可编程放大器A19与下位机单元X的微处理器9联接。
如上所述的电极CE18是对电极，电极RE25是参比电极；电极WE1 22和电极WE2 23组成微双带电极。
在电导测量单元D中，由电流计A20、微电压基准23及模数转换A8组成一个超低压电导测量电路，进行电导测量；
由模数转换B12、数模转换15及微处理器9构成一套电压电流扫描及控制系统，接受上位机单元S的控制完成电压变化、数据测量等动作，并把结果数据传送给上位机单元S处理。电极CE18，电极RE25，电极WE1 21、电极WE2 22放置在同一个化学池中，电极WE1 21和电极WE2 22构成一个微双带电极，中间的缝隙很小，只有10微米。电极WE1 21和电极WE2 22构成的微双带电极上的导电膜材料在化学池中发生氧化还原反应的同时，本发明的仪器同步测量其导电性变化，即电流、电导的测量。
上位机单元S的作用是数据存储和读取、数据的分析处理和显示、接收用户操作。上位机单元S通过USB接口5与下位机单元X相联接。下位机单元X的作用是控制电流测量单元L和电导测量单元D的动作，包括按上位机单元S传送来的波形数据改变电压、按上位机单元S传送来的命令完成开始测量、停止测量、执行电压改变等动作、传送测量结果数据到上位机单元S。电流测量单元L的作用是接受下位机单元X控制测量电流数据。电导测量单元D的作用是接受下位机单元X控制测量电导数据。
本发明仪器操作运行由4个相互联系的部分组成，分别是设备参数设置、设备控制、信息测量、数据分析处理和显示、数据存储和读取；其中设备控制、信息测量、数据分析处理和显示需要由上位机单元S、下位机单元X、电流测量单元L和电导测量单元D4部分协作完成。数据存储和读取由上位机单元S独立完成。
下面结合程序流程图对本发明作进一步的说明。
设备参数设置：
本发明的设备参数设置完成的功能包括设备初始化、由上位机单元S通过软件接受用户的操作要求和参数、产生波形数据和命令、通过下位机单元X控制电流测量单元L和电导测量单元D执行相应动作(电压波形发生、测量的开始、执行和终止)及保持电极RE25恒电位。
本发明利用中断机制完成下位机单元X与上位机单元S的通信(波形数据、命令、结果数据的传送)、波形发生、恒电位的保持。所述的中断，是一种使计算机或微处理器中止正在执行的动作而转去处理特殊事件的操作。引起中断的事件称为中断源；允许中断的发生称为中断开；在中断处理过程中为避免中断重要的禁止中断的事件发生，称为中断关。本发明利用USB中断控制波形发生，利用定时器中断控制下位机单元X与上位机单元S的通信。
设备参数设置过程中上位机单元S的流程，如图2所示：起始步骤后，步骤110.上位机单元S接受用户的操作要求，包括电位波形变化、开始和终止测量的时刻等参数的设置；步骤120.对设备动作的要求暂存入命令缓冲装置A1，根据电压变化产生的波形数据暂存入波形数据缓冲装置A3；步骤130.命令和波形数据暂存入USB缓冲装置4；步骤140.命令和波形数据通过USB接口5发送给下位机单元X。此后步骤150转至设备参数设置过程中下位机单元X的步骤。
设备参数设置过程中下位机单元X的流程由中断机制控制：
下位机单元X的USB中断流程，如图3所示。当触发USB中断时，步骤210.关中断；步骤220.保护现场；步骤230.把USB接口5传来的命令和波形数据分别暂存在命令缓冲装置B6和波形数据缓冲装置B7；步骤240.用命令缓冲装置B6中的命令控制采样时钟发生装置11的信号时间间隔；步骤250.每个时钟信号间隔，微处理器9从波形数据缓冲装置B7中提取当前的电压数据；步骤260.电压数据经数模转换15成为电压信号；步骤270.电压信号经缓冲放大器16送至功率放大器17；步骤280.电压信号经电流计B14送至电极CE18，从而产生任意波形的电压信号；步骤290.如果命令缓冲装置B6中存储的是测量命令，则执行步骤300测量过程，具体细节参见图5和图6；接着依次执行步骤310恢复现场、步骤320开中断。
下位机单元X定时器中断流程，如图4所示。当硬件触发定时器中断时，步骤410.关中断；步骤420.保护现场；步骤430.微处理器9通过USB接口5与上位机中的USB缓冲装置4进行数据交换，包括波形数据的下传、命令的下传、结果数据的上传；步骤440.恢复现场；步骤450.开中断。
测量过程：
这一部分完成的功能包括通过电流测量单元L和电导测量单元D完成电流的测量和电导的测量。
在设备参数设置过程中，如果由上位机单元S传送到下位机单元X的命令是开始测量，那么在下位机单元X的控制下，电流测量和电导测量的数据采集同时在对应单元中开始进行，直至下位机单元X收到设备参数设置过程中上位机单元S传送来的终止测量命令。测量过程与设备参数设置过程中的波形发生是同步进行的。
电流测量的流程，如图5所示：步骤510.由电流计B14得到的电极CE18采集的电流信号；步骤520.电流信号经可编程放大器B13调理后输入到模数转换B12，转换成数据信号；步骤530.数据信号由微处理器9暂存在结果数据缓冲装置B10中；步骤540.数据信号由微处理器9经USB接口5传到上位机。此后步骤550流程与电导测量流程一起转至数据分析处理和显示过程。
电导测量的流程，如图6所示：步骤610.由微电压基准23产生10毫伏微电压(偏置电位设置可以有效地减少偏转电位对电化学体系的干扰)；步骤620.把10毫伏微电压加到电极WE1 21和电极WE2 22之间，使电极WE1 21和电极WE222之间形成微小电流，根据电流大小可以计算出电极WE1 21和电极WE2 22间的电导；步骤630.电极WE1 21和电极WE2 22之间的微小电流经电流计B20检出为电流信号，步骤640.电流信号由可编程放大器19调理；步骤650.调理后的电流信号送到模数转换A8转换为数据信号；步骤660.数据信号由微处理器9计算得出电导数据信号；步骤670.电导数据信号由微处理器9送到结果数据缓冲装置B10中暂存；步骤680.电导数据信号由微处理器9经USB接口5传送到上位机单元S。此后步骤690与电流测量流程一起转至数据分析处理和显示过程。
在化学池中，电极WE1 21和电极WE2 22构成的微双带电极上导电膜材料发生氧化还原反应的同时，同步测量其导电性变化信息，即电流、电导的同步测量。
测量中恒电位保持的流程，如图7所示：步骤710.在采样时钟发生装置11的控制下，微处理器9从波形数据缓冲装置B7中提取当前时刻波形数据中对应的电压数据；步骤720.电压数据经数模转换15产生对应电压信号输出；步骤730.电压信号送入功率放大器17同相输入端；步骤740.由电极RE25得到的电压信号经缓冲放大器24进行放大后送到功率放大器17反相输入端；步骤750.功率放大器17反相输入端与功率放大器17反相输入端进行比较，控制功率放大器17输出电压，使电极RE25达到恒电位。
数据分析处理和显示过程：这一部分完成的功能包括测量结果数据由电流测量单元L和电流测量单元L经下位机单元X传送到上位机单元S、数据在上位机单元S进行分析处理和显示。
数据分析处理和显示过程的流程，如图8所示：步骤810.电流数据信号和电导数据信号经USB接口5，从下位机单元X传至USB缓冲装置4；步骤820.电流数据信号和电导数据信号暂存在结果数据缓中装置A2；步骤830.在数据处理装置27中对电流数据信号和电导数据信号进行数据处理，包括平滑、滤波、为存储和显示而进行的预处理等操作；步骤840.电流数据信号和电导数据信号传至数据可视化装置26，经过自动缩放等操作显示给用户。
数据存储和读取过程，如图9所示：这一部分完成的功能包括在上位机单元S中存储测量数据和对以往数据的读取、数据导出为ASCII格式文本文件。
数据存储和读取过程的流程：910.如果用户选择测量，转设备参数设置过程，如果用户选择读取数据，则继续，否则经步骤930转至设备参数设置过程；920.读取文档中的数据(或通过测量得结果数据)，并经数据可视化装置26进行处理后显示；步骤940.如果用户选择保存，则步骤950保存为ECC专用文件格式，文件格式由本发明自行定义；步骤960.如果用户选择导出，则导出成ASCII格式的文本文件。步骤950保存和步骤960导出执行结束后，都执行步骤970结束程序运行。
Claims (1)
1.一种电化学原位膜导电性测量仪，其特征在于，是由上位机单元S、下位机单元X、电流测量单元L和电导测量单元D四个单元组成；
上位机单元S是一台计算机，包括以下装置：用于存储和运行命令的命令缓冲装置A(1)、用于存储和运行波形数据的波形数据缓冲装置A(3)、用于存储和运行结果数据的结果数据缓冲装置A(2)、用于存储和处理数据的数据处理装置(27)、用于存储和处理可视化数据的数据可视化装置(26)、USB缓冲装置(4)和USB接口(5)；
上位机单元S中USB缓冲装置(4)、用于存储和运行结果数据的结果数据缓冲装置A(2)、用于存储和处理数据的数据处理装置(27)、用于存储和处理可视化数据的数据可视化装置(26)顺序联接，USB缓冲装置(4)与用于存储和运行命令的命令缓冲装置A(1)、用于存储和运行波形数据的波形数据缓冲装置A(3)和USB接口(5)分别联接；USB接口(5)与下位机单元的微处理器(9)联接；
下位机单元X由以下部分组成：微处理器(9)、波形数据缓冲装置B(7)、命令缓冲装置B(6)、采样时钟发生装置(11)、数据结果缓冲装置B(10)；在下位机单元X中，命令缓冲装置B(6)、波形数据缓冲装置B(7)、结果数据缓冲装置B(10)、采样时钟发生装置(11)均与微处理器(9)联接；下位机单元X的微处理器(9)分别与电流测量单元L的模数转换B(12)、可编程放大器B(13)和数模转换(15)联接；
电流测量单元L由以下部件组成：模数转换B(12)、可编程放大器B(13)、电流计B(14)、数模转换(15)、缓冲放大器(16)、功率放大器(17)、输入缓冲放大器(24)、电级RE(25)、电级CE(18)；在电流测量单元L中，电极CE(18)与电流计B(14)联接，电极RE(25)与输入缓冲放大器(24)联接，数模转换(15)与缓冲放大器(16)联接，缓冲放大器(16)与功率放大器(17)联接，功率放大器(17)与输入缓冲放大器(24)和电流计B(14)分别联接，电流计B(14)与可编程放大器B(13)联接，可编程放大器B(13)与模数转换B(12)联接；
电导测量单元D由以下部分组成：模数转换A(8)、可编程放大器A(19)、电流计A(20)、微电压基准(23)、电极WE2(22)、电极WE1(21)；在电导测量单元D中，电极WE1(21)与电流计A(20)联接，电极WE2(22)与微电压基准(23)联接，微电压基准(23)与电流计A(20)联接，电流计A(20)与可编程放大器A(19)联接，可编程放大器A(19)与模数转换A(8)联接；模数转换A(8)、可编程放大器A(19)与下位机单元X的微处理器(9)联接。
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