CN102230912B - 一种光寻址电位传感器测量池 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光寻址电位传感器测量池，由正方形阵列(6)、圆孔(7)、正方形阵列(8)组成，正方形阵列(6)等间距排列在测量池(1)的顶盖上，正方形阵列(8)等间距排列在测量池底部，并与顶盖的正方形阵列上下对齐，一一对应；在硅片上涂覆不同的敏感膜就可以对溶液可以进行多参数、多点测量，还可以适用于同一溶液成分在不同测量域的浓度分布的测量。整体结构是标准的长方体，比依靠控制步进电机步进步数的方法结构简单，寻址精确，易于集成，而且容易操作。本发明解决了现有的光寻址传感器测量池存在外围控制和制造工艺复杂、操作麻烦、不能精确寻址的缺点。
Description
技术领域
本发明属于传感器领域，尤其涉及一种光寻址电位传感器测量池。
背景技术
光寻址电位传感器(Light Addressable Potentionmetric Sensor，LAPS)是一种利用半导体场效应原理的生物化学传感器，在生物化学、医学等领域具有重要的研究和应用价值。由于其具有的能够多参数测量、体积小、稳定性好、易于封装、灵敏度高、检测时间短等特点，引起了广泛的研究和应用。光寻址电位传感器可以分为MIS(金属/绝缘层/半导体)结构和EIS(电解质溶液/绝缘层/半导体)结构。该测量池用来实现光寻址电位传感器的EIS结构，用来检测溶液中特定离子的浓度。通过在参考电极和硅片存底之间加上偏置电压，调制的激励光源(如LED)照射硅片，外部电路就能检测到光电流，光电流的大小取决于敏感膜/溶液的界面电势，界面电势的大小与溶液中离子浓度有关，所以可以通过测量光电流的大小来间接测出溶液中的离子浓度，这就是光寻址的原理。
光寻址电位传感器的敏感膜研制是当前的一个热点，然而对于光寻址电位传感器测量池的结构研究较少。现有的光寻址电位传感器测量池的设计结构复杂，控制繁琐、外围仪器庞大、不利于系统的集成化、产品化。牛文成等人在2003年12期《仪表技术与传感器》的文章《光寻址电位传感器测量系统的研究》中提出了使用步进电机作为动力通过齿型皮带带动精密丝杠转动方法来控制LED位置变化来光寻址，这样的方法精确度不够、做成产品时体积庞大、而且操作不方便，增加了工作量。徐磊等人在2003年第10期《传感器技术》的文章《光寻址电位式传感器在有机磷检测上的应用中》提出了将LED阵列集成在测试系统的内部的结构，这样的方法对传感器的制造工艺要求高、敏感膜和LED的更换很不方便。研究开发外围控制简单、操作方便、制造工艺简单、能够精确寻址的测量池是光寻址电位传感器测量池的发展趋势。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能够精确寻址的新型光寻址电位传感器测量池。该测量池是光寻址电位传感器的重要组成部分，制造工艺简单，外围控制不复杂，操作方便。
光寻址电位传感器包括带有顶盖的长方体测量池(1)、参考电极(2)、测量电极(3)、涂覆有敏感膜的硅片(4)、LED阵列(5)等组成部分。LED阵列(5)嵌入长方体测量池(1)顶盖的正方形阵列(6)中；参考电极(2)、测量电极(3)插入长方体测量池(1)顶盖的圆孔(7)，浸没在待测液体中；涂覆敏感膜的硅片粘附于长方体测量池(1)底部正方形阵列(8)的下方；在参考电极(2)和涂覆敏感膜的硅片存底之间加偏置电压；光电流信号由连接在测量电极(3)的导线引出到外部信号采集电路。
为了实现本发明所要解决的技术问题，采取的技术方案是：所述的长方体测量池(1)由正方形阵列(6)、圆孔(7)、正方形阵列(8)组成，正方形阵列(6)等间距排列在测量池(1)的顶盖上，LED阵列(5)嵌入在正方形阵列(6)孔里面；正方形阵列(8)等间距排列在测量池底部，并与顶盖的正方形阵列上下对齐，一一对应；涂覆有敏感膜的硅片粘附在正方形阵列(8)的底部。工作方式为：LED阵列(5)嵌入测量池(1)顶盖的正方形阵列(6)孔中，LED引脚由导线引出至外围驱动控制电路，用导电胶将涂覆有敏感膜的硅片(4)粘附于测量池(1)底部的正方形孔(8)下方，LED阵列(5)和涂覆有敏感膜的硅片(4)上下对齐，一一对应，通过外围驱动电路控制LED的点亮时间和顺序，通过测量和LED相对应的硅片的光生电流来间接测量溶液中某种离子的浓度。
本发明的特点和优点是：整体结构是标准的长方体，制造工艺简单，取材方便；采用正面照射涂覆有敏感膜的硅片(4)的方式，比背面照射信号响应灵敏度高、信号强度大；只需要外部微控制器控制LED的点亮时间和顺序就可以很方便的达到光寻址的目的，这比依靠控制步进电机步进步数的方法结构简单，寻址精确，易于集成，而且容易操作；在硅片上涂覆不同的敏感膜就可以对溶液可以进行多参数、多点测量，还可以适用于同一溶液成分在不同测量域的浓度分布的测量；LED阵列(5)和涂覆有敏感膜的硅片(4)都位于测量池(1)的表面，易于更换。
附图说明
图1是光寻址电位传感器的结构图；
图2是光寻址电位传感器无盖测量池的三视图；
图3是光寻址电位传感器测量池顶盖的三视图；
图4是光寻址电位传感器的原理图；
图5是光寻址电位传感器测量池的实物图；
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式做具体说明。图1是光寻址电位传感器的结构图，包括测量池(1)、参考电极(2)、测量电极(3)、涂覆有敏感膜的硅片(4)、LED阵列(5)、正方形阵列(6)、圆孔(7)、正方形阵列(8)、支架(9)等组成部分。LED阵列(5)嵌入正方形阵列(6)中；敏感膜的硅片(4)粘附在正方形阵列(8)的底部；参考电极(2)、测量电极(3)插入圆孔(7)，浸入待测溶液中；硅片存底和参考电极(2)之间加偏置电压；整个光寻址电位传感器结构由支架(9)支起；光电流由测量电极(3)引出。图4是光寻址电位传感器的原理图，形象的展示了LAPS的原理。
测量池(1)结构是长*宽*高为12cm*8cm*5cm的带盖的长方体，由有机玻璃制成，图5是光寻址电位传感器测量池的实物图；图2是无盖测量池的三视图，5行3列共计15个的边长为4mm的正方形阵列孔分布在整个测量池的底部，每两个相邻孔的间距为2cm，长方体底部有四个位于四个顶角的高度为2.5mm的支架支起，方便底部导线的引出；图3是光寻址电位传感器测量池顶盖的的三视图，5行3列共计15个的边长为4mm的正方形阵列孔均匀分布在整个测量池的顶盖，每两个相邻的孔间距为2cm，2行3列共计6个的半径为3mm的圆孔均匀分布在正方形孔的间隙中，相邻圆孔的间距为2.5cm。
测量时，LED阵列(5)嵌于正方形孔(6)中，LED的引脚由导线接出至外部LED驱动控制电路；参考电极(2)和测量电极(3)插入圆孔(7)，浸入待测溶液中；用导电胶将涂覆有敏感膜的硅片(5)粘附于正方形阵列(8)底部；LED阵列(5)和敏感膜硅片(4)上下对齐、一一对应；在参考电极(2)和涂覆有敏感膜的硅片(4)存底之间加偏置电压；通过控制LED阵列(5)的点亮时间和顺序，LED就会照射位于测量池(1)底部的不同位置的敏感膜，从而达到光寻址的目的，光生电流经测量电极(3)由导线接出至外电路信号采集部分。该测量池结构简单，只需要控制LED的点亮时间和顺序就可以完成光寻址的目的；LED阵列和敏感膜上下对齐、一一对应，寻址精确；LED和敏感膜都位于测量池的表面，易于更换，可广泛运用于光寻址电位传感器中。
Claims (1)
1.一种光寻址电位传感器测量池，包括含有参考电极(2)，测量电极(3)，涂覆有敏感膜的硅片(4)，LED阵列(5)的光寻址电位传感器和测量池体，其特征是：
所述的测量池体(1)为长方体，由正方形阵列(6)、圆孔(7)、正方形阵列(8)组成，正方形阵列(6)等间距排列在测量池(1)的顶盖上，LED阵列(5)嵌入在正方形阵列(6)孔里面；正方形阵列(8)等间距排列在测量池底部，并与顶盖的正方形阵列上下对齐，一一对应；涂覆有敏感膜的硅片粘附在正方形阵列(8)的底部；
其工作过程如下：
LED阵列(5)嵌入测量池(1)顶盖的正方形阵列(6)孔中，LED引脚由导线引出至外围驱动控制电路，用导电胶将涂覆有敏感膜的硅片(4)粘附于测量池(1)底部的正方形孔(8)下方，LED阵列(5)和涂覆有敏感膜的硅片(4)上下对齐，一一对应，通过外围驱动电路控制LED的点亮时间和顺序，通过测量和LED相对应的硅片的光生电流来间接测量溶液中某种离子的浓度。
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| 基于正面光激励的LAPS控制和测试系统的研究;顾丽波;《仪器仪表学报》;20040831;第286-288页 * |
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