CN109490399A - 电化学检测设备及电化学检测方法 - Google Patents

Abstract

一种电化学检测设备及电化学检测方法。该电化学检测设备包括电压扫描单元、电极单元和检测单元。电压扫描单元与电极单元连接，且被配置为根据扫描波形控制信号产生多种不同波形的电压扫描信号，并将电压扫描信号施加于电极单元；电极单元在电压扫描信号的驱动下参与电化学反应以产生检测电流信号；以及检测单元与电极单元连接，且被配置为从电极单元获取检测电流信号。该电化学检测设备可以提高检测设备的通用性。

Description

电化学检测设备及电化学检测方法

技术领域

本公开实施例涉及一种电化学检测设备及电化学检测方法。

背景技术

电化学检测是一种利用物质的氧化还原特性，通过测量溶液中的电化学参数的变化，确定待测物质特性信息的方法。电化学检测可以应用于工业生产和日常生活的多个领域，例如，化工工程、生物医药、食品安全、环境保护等多个领域。

发明内容

本公开至少一实施例提供一种电化学检测设备，包括电压扫描单元、电极单元和检测单元。所述电压扫描单元与所述电极单元连接，且被配置为根据扫描波形控制信号产生多种不同波形的电压扫描信号，并将所述电压扫描信号施加于所述电极单元；所述电极单元在所述电压扫描信号的驱动下参与电化学反应以产生检测电流信号；以及所述检测单元与所述电极单元连接，且被配置为从所述电极单元获取所述检测电流信号。

例如，本公开一实施例提供的电化学检测设备还包括控制处理单元。所述控制处理单元被配置为输出所述扫描波形控制信号，且接收所述检测电流信号并对所述检测电流信号进行数据处理。

例如，在本公开一实施例提供的电化学检测设备中，所述电压扫描单元包括函数发生模块和恒电位电路。所述函数发生模块被配置为根据所述扫描波形控制信号产生所述电压扫描信号对应的信号函数，并将所述信号函数提供至所述恒电位电路；以及所述恒电位电路被配置为根据所述信号函数产生连续的所述电压扫描信号。

例如，在本公开一实施例提供的电化学检测设备中，所述函数发生模块包括函数发生器。

例如，在本公开一实施例提供的电化学检测设备中，所述电极单元包括工作电极、参考电极以及对电极。所述工作电极用于接收所述电压扫描信号，所述参考电极用于提供参考电位，所述对电极用于输出所述检测电流信号。

例如，在本公开一实施例提供的电化学检测设备中，所述电压扫描单元还被配置为输出同步脉冲信号至所述检测单元，所述同步脉冲信号使得所述电压扫描信号和所述检测电流信号同步。

例如，在本公开一实施例提供的电化学检测设备中，所述检测单元包括锁相放大电路。所述锁相放大电路被配置为基于所述同步脉冲信号对所述检测电流信号的相位信息进行处理。

例如，在本公开一实施例提供的电化学检测设备中，所述检测单元还包括电流电压转换电路。所述电流电压转换电路被配置为将所述检测电流信号转换为检测电压信号。

例如，在本公开一实施例提供的电化学检测设备中，所述控制处理单元还被配置为对所述检测电流信号进行频域处理。

例如，在本公开一实施例提供的电化学检测设备中，所述电压扫描信号包括非线性扫描信号和线性扫描信号叠加后的复合扫描信号。

例如，在本公开一实施例提供的电化学检测设备中，所述线性扫描信号包括三角函数扫描信号，所述非线性扫描信号包括正弦函数扫描信号和余弦函数扫描信号。

例如，在本公开一实施例提供的电化学检测设备中，所述控制处理单元包括便携式处理装置。

例如，在本公开一实施例提供的电化学检测设备中，所述便携式处理装置包括移动通信装置。

例如，在本公开一实施例提供的电化学检测设备中，所述控制处理单元还被配置为和所述电压扫描单元以及所述检测单元进行无线通信。

本公开至少一实施例还提供一种电化学检测方法，用于本公开的任一实施例所述的电化学检测设备，包括：使得所述电压扫描单元根据所述扫描波形控制信号产生多种不同波形的电压扫描信号并将所述电压扫描信号施加于所述电极单元；使得所述电极单元在所述电压扫描信号的驱动下参与电化学反应以产生检测电流信号；以及使得所述检测单元从所述电极单元获取检测电流信号。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本公开的一些实施例，而非对本公开的限制。

图1为一种采用三电极体系的电化学检测设备的示意图；

图2为本公开的一个实施例提供的一种电化学检测设备的示意图1；

图3为本公开的一个实施例提供的一种电化学检测设备的示意图2；

图4为本公开的一个实施例提供的一种电化学检测设备的示意图3；

图5为本公开的一个实施例提供的一种电化学检测设备的示意图4；

图6为本公开的一个实施例提供的一种电化学检测设备的示意图5；

图7为本公开的一个实施例提供的一种电化学检测设备的示意图6；

图8为本公开的一个实施例提供的一种电化学检测设备的示意图7；

图9为一种采用本公开的实施例提供的电化学检测设备进行电化学检测时的信号处理的示意图；

图10A为一种正弦函数曲线；

图10B为将图10A中的函数曲线进行处理后获得的应用于DAC芯片的函数曲线；

图10C为将图10B对应的电压扫描信号施加于一个电阻而获得的电流值随时间变化的曲线；

图11A为一种正弦函数上叠加三角函数的函数曲线；

图11B为将图11A中的函数曲线进行处理后获得的应用于DAC芯片的函数曲线；

图11C为将图11B对应的电压扫描信号施加于一个电阻而获得的电流值随时间变化的曲线；

图12A为一种三角函数上叠加正弦函数的函数曲线；

图12B为将图12A中的函数曲线进行处理后获得的应用于DAC芯片的函数曲线；

图12C为将图12B对应的电压扫描信号施加于一个电阻而获得的电流值随时间变化的曲线；

图13为一种采用本公开的实施例提供的电化学检测设备进行电化学检测的结果示意图；

图14为本公开的实施例提供的电化学检测设备的一种具体实现形式；以及

图15为本公开的的一个实施例提供的一种电化学检测方法的示意图。

具体实施方式

为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”、“一”或者“该”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

在进行电化学检测时，一般通过一个电极体系向溶液中施加具有一定电流、电位强度的电信号作为激励信号，激发溶液中发生氧化还原反应，使溶液的电化学参数产生相应的变化。通过测定溶液中的电化学参数的变化，电化学检测设备能够精确地测定溶液中待测物质的特性信息。

为了对溶液施加特定的电压并测试产生的电流，需要一个电极体系，常用的有两电极体系(工作电极和对电极)和三电极体系(工作电极、对电极和参考电极)。在两电极体系中，工作电极和对电极组成回路，使电流流过工作电极，以保证所研究的电化学反应在工作电极上发生。三电极体系相对于两电极体系，多个一个参考电极。该参考电极指一个已知电位的接近于理想不极化的电极，用于稳定工作电极相对于参考电极的电位差。在三电极体系中，电流不通过参考电极，使得工作电极的电位相对于两电极体系更加稳定，所以大多数电化学检测都采用三电极体系。

例如，在一个采用三电极体系的电化学检测设备中，如图1所示，在电解池中设置三个电极，分别为工作电极W、对电极C以及参考电极R。工作电极W是进行电化学反应的电极，参考电极R是向工作电极W提供参考电位的电极，而对电极C主要用于和工作电极W形成回路，以实现电化学反应。

另外，如图1所示，P表示电源，为工作电极W提供激励电流。AM和VM分别表示电流表和电压表，用以检测电流和电压。电源P、电流表AM、对电极C以及工作电极W构成的左侧回路，称为检测回路，在检测回路中有激励电流通过。电压表VM、参考电极R以及工作电极W构成了右侧回路，称为测量控制回路。在该测量控制回路中，对工作电极W的电位进行测量和控制，由于该回路中无激励电流流过，仅有极小的测量电流，所以不会对工作电极W和参考电极R的稳定性造成干扰。

伏安法是电化学检测中最常用的方法，因为电流、电压均保持动态的过程，这是常见的电化学反应过程，伏安法主要包括线性伏安法以及循环伏安法。线性伏安法即在一定的电压扫描信号的作用下，观察电流相应的响应状态。同理，循环伏安法也是一样，只不过电压的变化是循环的，从起点到终点再回到起点。线性伏安法例如可以用于太阳能电池光电性能的测试和燃料电池等氧化还原曲线的测试等。循环伏安法例如可以用于检测超级电容器的储能能力等。

在目前商用的电化学检测设备中，施加于工作电极的电压扫描信号的波形是固定的，而且研究人员在开发电化学检测设备时也通常参考商用的检测设备所采用的波形进行相关设计，通用性较差。

本公开至少一实施例提供一种电化学检测设备，包括电压扫描单元、电极单元和检测单元。电压扫描单元与电极单元连接，且被配置为根据扫描波形控制信号产生多种不同波形的电压扫描信号，并将电压扫描信号施加于电极单元；电极单元在电压扫描信号的驱动下参与电化学反应以产生检测电流信号；以及检测单元与电极单元连接，且被配置为从电极单元获取检测电流信号。

本公开至少一实施例还提供对应于上述电化学检测设备的电化学检测方法。

本公开的实施例提供的电化学检测设备以及电化学检测方法，可以根据不同的检测需求产生多种不同波形的电压扫描信号，从而可以提高电化学检测设备的通用性。本公开的一些实施例提供的电化学检测设备还可以提高检测灵敏度。

下面结合附图对本公开的实施例进行详细说明。

本公开的实施例提供一种电化学检测设备10，如图2所示，该电化学检测设备10包括电压扫描单元100、电极单元200和检测单元300。

该电压扫描单元100与电极单元200连接，且被配置为根据扫描波形控制信号产生多种不同波形的电压扫描信号，并将电压扫描信号施加于电极单元200。例如，该扫描波形控制信号根据需要可以由外部的控制装置提供。例如，在不同的使用场景中，可以根据不同的检测需求向电压扫描单元100提供不同的扫描波形控制信号。

该电极单元200在电压扫描信号的驱动下参与电化学反应以产生检测电流信号。例如，如图2所示，在一个示例中，电极单元200可以采用三电极体系，电极单元200包括工作电极210、参考电极220以及对电极230。例如，电压扫描单元100可以将电压扫描信号施加于电极单元200中的工作电极210。

在电化学检测设备10工作时，将电极单元200的三个电极置于电解池20中，例如在电解池20中有测试用的溶液，例如磷酸缓冲液或葡萄糖溶液等。本公开的实施例对于电解池的具体结构、类型等不作限制。工作电极210用于接收电压扫描单元100产生的电压扫描信号。参考电极220用于提供参考电位，以用于确定并稳定工作电极210的电位。对电极230和工作电极210构成检测回路，用于输出检测电流信号。

该检测单元300与电极单元200连接，且被配置为从电极单元200获取检测电流信号。例如，检测单元300和电极单元200中的对电极230连接，从而可以从对电极230获取检测电流信号。例如，检测单元300在获取检测电流信号后，还可以对该检测电流信号进行处理，例如进行信号放大或模数转换等。

本公开的实施例提供的电化学检测设备10可以产生多种不同波形的电压扫描信号，该电压扫描信号可以施加于电极单元200中的工作电极210，工作电极210在电压扫描信号的激励下和电解池20中的溶液发生电化学反应(例如氧化还原反应)，使得溶液中的电化学参数产生相应的变化并产生检测电流信号，检测单元300可以从电极单元200中的对电极230获取检测电流信号。例如，可以对该检测电流信号进行进一步处理以获取所需的特征信息。

本公开的实施例提供的电化学检测设备10可以根据不同的检测需求产生多种不同波形的电压扫描信号，从而使得该电化学检测设备10可以应用于多种不同的使用场景，提高该电化学检测设备10的通用性、准确性，降低制造和使用成本。

在本公开的一个实施例提供的电化学检测设备10中，如图3所示，还包括控制处理单元400。例如，该控制处理单元400被配置为输出扫描波形控制信号，且接收检测电流信号并对检测电流信号进行数据处理。

例如，如图3所示，控制处理单元400和电压扫描单元100连接，在使用本公开的实施例提供的电化学检测设备10时，针对不同的检测需求，控制处理单元400可以输出不同的扫描波形控制信号，该扫描波形控制信号可以提供至电压扫描单元100，使得电压扫描单元100可以根据不同的扫描波形控制信号产生不同波形的电压扫描信号。

例如，如图3所示，控制处理单元400和检测单元300连接。例如，在一些实施例中，检测单元300在将检测电流信号转换为对应的数字信号后，可以将数字化的检测电流信号提供至控制处理单元400。控制处理单元400在接收到该检测电流信号后可以进行进一步的数据处理，以获取所需的特征信息。

在本公开的一个实施例提供的电化学检测设备10中，如图4所示，控制处理单元400还被配置为和电压扫描单元100以及检测单元300进行无线通信。例如，在一个示例中，如图4所示，控制处理单元400、电压扫描单元100以及检测单元300分别包括一个无线通信模块500，从而使得控制处理单元400和电压扫描单元100以及检测单元300可以进行无线通信。需要说明的是，在本公开的实施例中，无线通信方式包括但不限于wifi、蓝牙、ZigBee、移动通信网络(3G/4G/5G等)等。

需要说明的是，在图4所示的电化学检测设备10中，如果控制处理单元400和电压扫描单元100之间通过无线通信方式进行信号的传输，则控制处理单元400和电压扫描单元100之间可以不直接连接，即可以不设置线缆。类似地，控制处理单元400和检测单元300之间通过无线通信方式进行信号的传输时，控制处理单元400和检测单元300之间也可以不直接连接，即可以不设置线缆。

在本公开的一个实施例提供的电化学检测设备10中，如图5所示，电压扫描单元100包括函数发生模块110和恒电位电路120。

该函数发生模块110被配置为根据扫描波形控制信号产生电压扫描信号对应的信号函数，并将信号函数提供至恒电位电路120。例如，如图5所示，函数发生模块110和控制处理单元400连接，从而可以接收控制处理单元400输出的扫描波形控制信号。如图5所示，函数发生模块110还与恒电位电路120连接，从而可以将对应的信号函数提供至恒电位电路120。

例如，函数发生模块110可以实现为函数发生器。例如，在一些实施例中，函数发生器可以通过硬件方式实现，例如采用单片机、现场可编程门阵列(FPGA)芯片、数字信号处理(DSP)芯片等。例如，在另一些实施例中，函数发生器还可以通过软件方式实现，通过软件实现的具体方式将在下文中进行描述，这里不再赘述。

该恒电位电路120被配置为根据信号函数产生连续的电压扫描信号。例如，如图5所示，恒电位电路120和电极单元200连接，从而可以将产生的电压扫描信号提供至电极单元200，例如将该电压扫描信号施加至电极单元200中的工作电极210。

例如，在一些实施例中，恒电位电路120可以实现为恒电位仪，该恒电位仪可以将数字化的信号函数转换为模拟的连续的电压扫描信号。例如，在恒电位仪中可以设置一个DAC(数字模拟转换)芯片，该DAC芯片可以实现数字信号到模拟信号的转换。

在进行电化学检测时，电解池中的溶液在操作中可能会产生大量的背景电噪声，使得表征溶液中的待测物质特征信息的信号波峰湮没在背景电噪声中，导致电化学检测设备的检测灵敏度降低。

针对上述问题，在本公开的实施例提供的电化学检测设备10中，如图6所示，电压扫描单元100还被配置为输出同步脉冲信号至检测单元300，该同步脉冲信号使得电压扫描信号和检测电流信号同步。

在本公开的实施例中，通过同步脉冲信号使得检测电流信号和电压扫描信号同步，从而使得检测单元300可以对检测电流信号的相位信息进行处理(例如提取相位信息)，从而使得控制处理单元400可以在频域对检测电流信号进行数据处理，采用这种方式可以提高电化学检测设备10的检测灵敏度。

例如，在一个示例中，如图6所示，检测单元300包括锁相放大电路310。该锁相放大电路310被配置为基于同步脉冲信号对检测电流信号的相位信息进行处理。例如，锁相放大电路310可以将同步脉冲信号作为参考信号，然后基于该参考信号将检测电流信号的相位信息提取出来，以用于后续处理。例如，锁相放大电路310还被配置为对检测电流信号进行信号放大。

例如，在一个示例中，锁相放大电路310可以实现为锁相放大器。

如图6所示，电压扫描单元100中的函数发生模块110和检测单元300中的锁相放大电路310连接。当函数发生模块110根据扫描波形控制信号产生电压扫描信号对应的信号函数时，函数发生模块110同时还可以输出上述同步脉冲信号至锁相放大电路310。

如图6所示，在一个示例中，检测单元300还包括模数转换电路320，该模数转换电路320和锁相放大电路310以及控制处理单元400连接，被配置为将从锁相放大电路310获得的模拟信号转换为数字信号，并提供至控制处理单元400以做进一步数据处理。例如，模数转换电路320可以实现为一个ADC(模拟数字转换)芯片。

在本公开的一个实施例提供的电化学检测设备中，如图7所示，还可以包括示波器30，该示波器30和锁相放大电路310连接。通过设置示波器30，在进行电化学检测时，可以利用示波器30进行实时的监测。

如图7所示，在一个实施例中，控制处理单元400还与电解池20连接，从而使得控制处理单元400可以控制电解池20进行溶液注样。

在本公开的一个实施例提供的电化学检测设备中，如图8所示，检测单元300还包括电流电压转换电路330，该电流电压转换电路330被配置为将检测电流信号转换为检测电压信号。例如，电流电压转换电路330和电极单元200以及锁相放大电路310连接，电流电压转换电路330将从电极单元200获得的检测电流信号先转换为检测电压信号，然后再提供至锁相放大电路310进行处理。

在本公开的一些实施例中，控制处理单元400还被配置为对检测电流信号进行频域处理。例如，频域处理包括但不限于采用离散傅里叶变换或小波变换等进行处理。

例如，图9示出了一种采用本公开的实施例提供的电化学检测设备进行电化学检测时的信号处理的示意图。如图9所示，例如电压扫描单元100产生的电压扫描信号为一个正弦(余弦)函数扫描信号，该电压扫描信号施加至工作电极210，工作电极210与电解池20中的溶液进行电化学反应。可以将工作电极210与电解池20中的溶液进行的电化学反应看作一个非线性系统，电压扫描信号经过该非线性系统的处理后转换为电流检测信号。电压扫描单元100产生电压扫描信号以及检测单元300获得电流检测信号均是在时域进行的处理。然后控制处理单元400可以对时域的电流检测信号进行频域处理，例如进行离散傅里叶变换，分别获得实部和虚部。

在本公开的实施例中，控制处理单元400在频域对检测电流信号进行处理，可以获得指定频率范围内的信号，有效滤除其它频率分量，从而可以将上述溶液中的背景电噪声滤除掉，提高信噪比，从而提高电化学检测设备的灵敏度、准确性。

本公开的实施例对控制处理单元400的实现形式不作限定，只要可以实现本公开的实施例中所限定的功能即可。例如，控制处理单元400可以包括台式计算机、工作站、专用计算装置等。

例如，控制处理单元400还可以包括便携式处理装置，例如，笔记本电脑、平板电脑、移动通信装置等。例如，移动通信装置可以包括手机等。

需要说明的是，本公开的实施例提供的电化学检测设备还可以包括其它常规结构，例如电源模块、开关模块等，这里不再赘述。

在本公开的实施例提供的电化学检测设备中，电压扫描信号包括非线性扫描信号或者非线性扫描信号和线性扫描信号叠加后的复合扫描信号。

例如，线性扫描信号包括三角函数扫描信号，非线性扫描信号包括正弦函数扫描信号和余弦函数扫描信号。

下面结合附图10A至12C对电压扫描信号的多种不同波形以及上述函数发生器的软件实现方式进行描述。

在一个实施例中，如图10A至10C，电压扫描信号可以采用正弦函数扫描信号。

例如，在一个示例中，首先可以采用Matlab软件根据以下代码产生一种正弦函数：

x＝0:0.0025:1

y＝sin(2*pi*x)；

绘制的正弦函数曲线如图10A所示，在图10A中的x的值从0.0025至1共绘制了400个点。

在恒电位仪(恒电位电路120)中采用DAC芯片的情形下，要使得DAC芯片使用上述正弦函数(信号函数)产生对应的电压扫描信号，还需对上述正弦函数做进一步处理。

例如，在一个示例中，恒电位仪(恒电位电路120)中的DAC芯片的精度为0.5mV，则对上述正弦函数进行进一步处理，代码如下所示：

得到的结果为DAC芯片实际所需的曲线值，即0～4000(0V～2V)之间的正弦函数离散值，绘制的曲线如图10B所示。

将图10B中的曲线对应的400个正弦函数离散值仅保留整数部分(例如进行四舍五入)，具体数值如下所示：

2000,2031,2063,2094,2126,2157,2188,2219,2251,2282,2313,2344,2375,2406,2436,2467,2497,2528,2558,2588,2618,2648,2677,2707,2736,2765,2794,2823,2852,2880,2908,2936,2964,2991,3018,3045,3072,3098,3124,3150,3176,3201,3226,3250,3275,3299,3323,3346,3369,3392,3414,3436,3458,3479,3500,3521,3541,3561,3580,3599,3618,3636,3654,3672,3689,3705,3721,3737,3753,3768,3782,3796,3810,3823,3836,3848,3860,3871,3882,3892,3902,3912,3921,3929,3937,3945,3952,3958,3965,3970,3975,3980,3984,3988,3991,3994,3996,3998,3999,4000,4000,4000,3999,3998,3996,3994,3991,3988,3984,3980,3975,3970,3965,3958,3952,3945,3937,3929,3921,3912,3902,3892,3882,3871,3860,3848,3836,3823,3810,3796,3782,3768,3753,3737,3721,3705,3689,3672,3654,3636,3618,3599,3580,3561,3541,3521,3500,3479,3458,3436,3414,3392,3369,3346,3323,3299,3275,3250,3226,3201,3176,3150,3124,3098,3072,3045,3018,2991,2964,2936,2908,2880,2852,2823,2794,2765,2736,2707,2677,2648,2618,2588,2558,2528,2497,2467,2436,2406,2375,2344,2313,2282,2251,2219,2188,2157,2126,2094,2063,2031,2000,1969,1937,1906,1874,1843,1812,1781,1749,1718,1687,1656,1625,1594,1564,1533,1503,1472,1442,1412,1382,1352,1323,1293,1264,1235,1206,1177,1148,1120,1092,1064,1036,1009,982,955,928,902,876,850,824,799,774,750,725,701,677,654,631,608,586,564,542,521,500,479,459,439,420,401,382,364,346,328,311,295,279,263,247,232,218,204,190,177,164,152,140,129,118,108,98,88,79,71,63,55,48,42,35,30,25,20,16,12,9,6,4,2,1,0,0,0,1,2,4,6,9,12,16,20,25,30,35,42,48,55,63,71,79,88,98,108,118,129,140,152,164,177,190,204,218,232,247,263,279,295,311,328,346,364,382,401,420,439,459,479,500,521,542,564,586,608,631,654,677,701,725,750,774,799,824,850,876,902,928,955,982,1009,1036,1064,1092,1120,1148,1177,1206,1235,1264,1293,1323,1352,1382,1412,1442,1472,1503,1533,1564,1594,1625,1656,1687,1718,1749,1781,1812,1843,1874,1906,1937,1969；

例如，将上述正弦函数离散值提供至恒电位仪(恒电位电路120)，恒电位仪可以根据正弦函数离散值产生连续的正弦函数扫描信号。在一个示例中，将该正弦函数扫描信号施加于一个100K欧姆的电阻可以得到图10C所示的曲线。在图10C中，横轴表示时间，单位为微秒；纵轴表示电流值，单位为微安。

在另一个实施例中，如图11A至11C，电压扫描信号可以采用正弦函数上叠加三角函数的复合扫描信号。

例如，在一个示例中，首先可以采用Matlab软件根据以下代码产生一种正弦函数和一种三角函数：

正弦函数：x＝0:0.0025:1，y＝sin(2*pi*x)；

三角函数：x＝0:0.0025:1，y2＝sawtooth(2*pi*10*x,0.5)；

正弦函数上叠加三角函数(以下简称正弦三角函数)：ysinsaw＝0.8*y+0.2*y2。

绘制的正弦三角函数曲线如图11A所示，在图11A中的x的值从0.0025至1共绘制了400个点。

在恒电位仪(恒电位电路120)中采用DAC芯片的情形下，要使得DAC芯片使用上述正弦三角函数(信号函数)产生对应的复合扫描信号，还需对上述正弦三角函数做进一步处理。

例如，在一个示例中，恒电位仪(恒电位电路120)中的DAC芯片的精度为0.5mV，则对上述正弦三角函数进行进一步处理，代码如下所示：

得到的结果为DAC芯片实际所需的曲线值，即0～4000(0V～2V)之间的正弦三角函数离散值，绘制的曲线如图11B所示。

将图11B中的曲线对应的400个正弦三角函数离散值仅保留整数部分(例如进行四舍五入)，具体数值如下所示：

1600,1665,1730,1795,1860,1926,1991,2056,2121,2185,2250,2315,2380,2444,2509,2574,2638,2702,2766,2830,2894,2878,2862,2846,2829,2812,2795,2778,2761,2744,2726,2709,2691,2673,2654,2636,2617,2598,2579,2560,2540,2601,2661,2720,2780,2839,2898,2957,3015,3073,3131,3189,3246,3303,3360,3417,3473,3529,3584,3639,3694,3669,3643,3617,3591,3564,3537,3510,3482,3454,3426,3397,3368,3338,3308,3278,3248,3217,3185,3154,3122,3169,3216,3263,3310,3356,3401,3447,3492,3536,3580,3624,3667,3710,3753,3795,3837,3878,3919,3960,4000,3960,3919,3878,3837,3795,3753,3710,3667,3624,3580,3536,3492,3447,3401,3356,3310,3263,3216,3169,3122,3154,3185,3217,3248,3278,3308,3338,3368,3397,3426,3454,3482,3510,3537,3564,3591,3617,3643,3669,3694,3639,3584,3529,3473,3417,3360,3303,3246,3189,3131,3073,3015,2957,2898,2839,2780,2720,2661,2601,2540,2560,2579,2598,2617,2636,2654,2673,2691,2709,2726,2744,2761,2778,2795,2812,2829,2846,2862,2878,2894,2830,2766,2702,2638,2574,2509,2444,2380,2315,2250,2185,2121,2056,1991,1926,1860,1795,1730,1665,1600,1615,1630,1645,1660,1674,1689,1704,1719,1735,1750,1765,1780,1796,1811,1826,1842,1858,1874,1890,1906,1842,1778,1714,1651,1588,1525,1462,1399,1336,1274,1211,1149,1087,1026,964,903,842,781,720,660,679,699,720,740,761,782,803,825,847,869,891,914,937,960,983,1007,1031,1056,1081,1106,1051,997,943,889,836,783,730,678,626,574,523,472,422,372,322,272,223,175,126,78,111,144,177,210,244,279,313,348,384,420,456,493,530,567,605,643,682,721,760,800,760,721,682,643,605,567,530,493,456,420,384,348,313,279,244,210,177,144,111,78,126,175,223,272,322,372,422,472,523,574,626,678,730,783,836,889,943,997,1051,1106,1081,1056,1031,1007,983,960,937,914,891,869,847,825,803,782,761,740,720,699,679,660,720,781,842,903,964,1026,1087,1149,1211,1274,1336,1399,1462,1525,1588,1651,1714,1778,1842,1906,1890,1874,1858,1842,1826,1811,1796,1780,1765,1750,1735,1719,1704,1689,1674,1660,1645,1630,1615；

例如，将上述正弦三角函数离散值提供至恒电位仪(恒电位电路120)，恒电位仪可以根据正弦三角函数离散值产生连续的复合扫描信号。在一个示例中，将复合扫描信号施加于一个100K欧姆的电阻可以得到图11C所示的曲线。在图11C中，横轴表示时间，单位为微秒；纵轴表示电流值，单位为微安。

在另一个实施例中，如图12A至12C，电压扫描信号可以采用三角函数上叠加正弦函数的复合扫描信号。

例如，在一个示例中，首先可以采用Matlab软件根据以下代码产生一种正弦函数和一种三角函数：

正弦函数：x＝0:0.0025:1，ysin＝sin(2*pi*10*x)；

三角函数：x＝0:0.0025:1，ysaw＝sawtooth(2*pi*x,0.5)；

三角函数上叠加正弦函数(以下简称三角正弦函数)：ysawsin＝0.8*ysaw+0.2*ysin。

绘制的三角正弦函数曲线如图12A所示，在图12A中的x的值从0.0025至1共绘制了400个点。

在恒电位仪(恒电位电路120)中采用DAC芯片的情形下，要使得DAC芯片使用上述三角正弦函数(信号函数)产生对应的复合扫描信号，还需对上述三角正弦函数做进一步处理。

例如，在一个示例中，恒电位仪(恒电位电路120)中的DAC芯片的精度为0.5mV，则对上述三角正弦函数进行进一步处理，代码如下所示：

得到的结果为DAC芯片实际所需的曲线值，即0～4000(0V～2V)之间的三角正弦函数离散值，绘制的曲线如图12B所示。

将图12B中的曲线对应的400个三角正弦函数离散值仅保留整数部分(例如进行四舍五入)，具体数值如下所示：

400,479,556,630,699,763,820,868,908,939,960,971,972,964,948,923,891,854,812,767,720,673,628,586,549,517,492,476,468,469,480,501,532,572,620,677,741,810,884,961,1040,1119,1196,1270,1339,1403,1460,1508,1548,1579,1600,1611,1612,1604,1588,1563,1531,1494,1452,1407,1360,1313,1268,1226,1189,1157,1132,1116,1108,1109,1120,1141,1172,1212,1260,1317,1381,1450,1524,1601,1680,1759,1836,1910,1979,2043,2100,2148,2188,2219,2240,2251,2252,2244,2228,2203,2171,2134,2092,2047,2000,1953,1908,1866,1829,1797,1772,1756,1748,1749,1760,1781,1812,1852,1900,1957,2021,2090,2164,2241,2320,2399,2476,2550,2619,2683,2740,2788,2828,2859,2880,2891,2892,2884,2868,2843,2811,2774,2732,2687,2640,2593,2548,2506,2469,2437,2412,2396,2388,2389,2400,2421,2452,2492,2540,2597,2661,2730,2804,2881,2960,3039,3116,3190,3259,3323,3380,3428,3468,3499,3520,3531,3532,3524,3508,3483,3451,3414,3372,3327,3280,3233,3188,3146,3109,3077,3052,3036,3028,3029,3040,3061,3092,3132,3180,3237,3301,3370,3444,3521,3600,3647,3692,3734,3771,3803,3828,3844,3852,3851,3840,3819,3788,3748,3700,3643,3579,3510,3436,3359,3280,3201,3124,3050,2981,2917,2860,2812,2772,2741,2720,2709,2708,2716,2732,2757,2789,2826,2868,2913,2960,3007,3052,3094,3131,3163,3188,3204,3212,3211,3200,3179,3148,3108,3060,3003,2939,2870,2796,2719,2640,2561,2484,2410,2341,2277,2220,2172,2132,2101,2080,2069,2068,2076,2092,2117,2149,2186,2228,2273,2320,2367,2412,2454,2491,2523,2548,2564,2572,2571,2560,2539,2508,2468,2420,2363,2299,2230,2156,2079,2000,1921,1844,1770,1701,1637,1580,1532,1492,1461,1440,1429,1428,1436,1452,1477,1509,1546,1588,1633,1680,1727,1772,1814,1851,1883,1908,1924,1932,1931,1920,1899,1868,1828,1780,1723,1659,1590,1516,1439,1360,1281,1204,1130,1061,997,940,892,852,821,800,789,788,796,812,837,869,906,948,993,1040,1087,1132,1174,1211,1243,1268,1284,1292,1291,1280,1259,1228,1188,1140,1083,1019,950,876,799,720,641,564,490,421,357,300,252,212,181,160,149,148,156,172,197,229,266,308,353；

例如，将上述三角正弦函数离散值提供至恒电位仪(恒电位电路120)，恒电位仪可以根据三角正弦函数离散值产生连续的复合扫描信号。在一个示例中，将复合扫描信号施加于一个100K欧姆的电阻可以得到图12C所示的曲线。在图12C中，横轴表示时间，单位为微秒；纵轴表示电流值，单位为微安。

例如，在函数发生器采用上述软件方式实现的情形下，可以将函数发生器产生的信号函数对应的多个离散值(例如400个)预先存储在存储器中，在需要使用时通过查询的方式直接调用。需要说明的是，本公开的实施例包括但不限于此，例如还可以不预先存储上述离散值，而是在需要时由函数发生器实时产生。

在本公开的实施例中，当函数发生器采用软件方式实现时，该函数发生器也可以设置在控制处理单元400中。例如，控制处理单元400包括处理器和存储器，存储器中存储有可适于处理器执行的计算机指令，该计算机指令被处理器执行时可以实现本公开的实施例中的函数发生器的功能，例如产生电压扫描信号对应的信号函数。例如，存储器还可以存储信号函数对应的多个离散值。

本公开的实施例提供的电化学检测设备10，可以将所需的电压扫描信号对应的信号函数预先存储在存储器中，在需要的时候通过查询的方式直接调用；也可以根据所需的电压扫描信号实时的由函数发生模块110(例如函数发生器)产生对应的信号函数。采用这种方式使得电化学检测设备10可以应用于多种不同的使用场景，从而可以提高该电化学检测设备10的通用性。

在一个实施例中，如图13所示，示出了一种采用本公开的实施例提供的电化学检测设备10进行电化学检测的结果示意图，在图13中，横轴表示电压值，单位为伏，纵轴表示电流值，单位为微安。在图13所示的实施例中采用的是循环伏安法，图13中从左至右分别为对应0.1摩尔浓度的磷酸缓冲液、0.5毫摩尔浓度的葡萄糖、1毫摩尔浓度的葡萄糖以及3毫摩尔浓度的葡萄糖的检测结果。

在一个实施例中，电化学检测设备10可以实现为如图14所示的印制电路板。例如，电化学检测设备10的电压扫描单元100以及检测单元300可以设置(例如安装)在该印制电路板上，该印制电路板通过电极连接头和电极单元200(例如，工作电极210、参考电极220以及对电极230)连接，通过通信接口和控制处理单元400(例如计算机或手机)连接。例如，电化学检测设备10中的函数发生模块110(函数发生器)可以实现为图14中所示的单片机。

需要说明的是，在图14中未示出电极单元200和控制处理单元400，图14仅仅是本公开的实施例提供的电化学检测设备10的一种具体实现形式，而不构成对本公开的实施例的任何限制。

本公开的一个实施例还提供一种电化学检测方法，可以用于本公开的实施例提供的任一电化学检测设备10，如图15所示，该电化学检测方法包括以下操作。

步骤S10：使得电压扫描单元根据扫描波形控制信号产生多种不同波形的电压扫描信号并将电压扫描信号施加于电极单元；

步骤S20：使得电极单元在电压扫描信号的驱动下参与电化学反应以产生检测电流信号；以及

步骤S30：使得检测单元从电极单元获取检测电流信号。

需要说明的是，关于电化学检测方法的详细描述以及技术效果可以参见上述关于电化学检测设备10的实施例中的相应描述，这里不再赘述。

在本公开的实施例中，处理器可以由通用集成电路芯片或专用集成电路芯片实现，例如该集成电路芯片可以设置在一个主板上，例如在该主板上还可以设置有存储器以及电源电路等；此外，处理器也可以由电路或者采用软件、硬件(电路)、固件或其任意组合方式实现。在本公开的实施例中，处理器可以包括各种计算结构，例如复杂指令集计算机(CISC)结构、精简指令集计算机(RISC)结构或者一种实行多种指令集组合的结构。在一些实施例中，处理器也可以是微处理器，例如X86处理器或ARM处理器，或者可以是数字处理器(DSP)等。

在本公开的实施例中，存储器例如可以设置在上述主板上，存储器可以保存处理器执行的指令和/或数据。例如，存储器可以包括一个或多个计算机程序产品，所述计算机程序产品可以包括各种形式的计算机可读存储器，例如易失性存储器和/或非易失性存储器。所述易失性存储器例如可以包括随机存取存储器(RAM)和/或高速缓冲存储器(cache)等。所述非易失性存储器例如可以包括只读存储器(ROM)、磁盘、光盘、半导体存储器(例如闪存等)等。在所述计算机可读存储器上可以存储一个或多个计算机程序指令，处理器可以运行所述程序指令，以实现本公开的实施例中(由处理器实现)期望的功能。

以上，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (15)

1.一种电化学检测设备，包括电压扫描单元、电极单元和检测单元；其中，

所述电压扫描单元与所述电极单元连接，且被配置为根据扫描波形控制信号产生多种不同波形的电压扫描信号，并将所述电压扫描信号施加于所述电极单元；

所述电极单元在所述电压扫描信号的驱动下参与电化学反应以产生检测电流信号；以及

所述检测单元与所述电极单元连接，且被配置为从所述电极单元获取所述检测电流信号。

2.根据权利要求1所述的电化学检测设备，还包括控制处理单元，其中，

所述控制处理单元被配置为输出所述扫描波形控制信号，且接收所述检测电流信号并对所述检测电流信号进行数据处理。

3.根据权利要求1所述的电化学检测设备，其中，所述电压扫描单元包括函数发生模块和恒电位电路；

所述函数发生模块被配置为根据所述扫描波形控制信号产生所述电压扫描信号对应的信号函数，并将所述信号函数提供至所述恒电位电路；以及

所述恒电位电路被配置为根据所述信号函数产生连续的所述电压扫描信号。

4.根据权利要求3所述的电化学检测设备，其中，所述函数发生模块包括函数发生器。

5.根据权利要求1所述的电化学检测设备，其中，所述电极单元包括工作电极、参考电极以及对电极；

所述工作电极用于接收所述电压扫描信号，所述参考电极用于提供参考电位，所述对电极用于输出所述检测电流信号。

6.根据权利要求1-5任一所述的电化学检测设备，其中，

所述电压扫描单元还被配置为输出同步脉冲信号至所述检测单元，所述同步脉冲信号使得所述电压扫描信号和所述检测电流信号同步。

7.根据权利要求6所述的电化学检测设备，其中，所述检测单元包括锁相放大电路；

所述锁相放大电路被配置为基于所述同步脉冲信号对所述检测电流信号的相位信息进行处理。

8.根据权利要求7所述的电化学检测设备，其中，所述检测单元还包括电流电压转换电路；

所述电流电压转换电路被配置为将所述检测电流信号转换为检测电压信号。

9.根据权利要求2所述的电化学检测设备，其中，

所述控制处理单元还被配置为对所述检测电流信号进行频域处理。

10.根据权利要求1所述的电化学检测设备，其中，所述电压扫描信号包括非线性扫描信号和线性扫描信号叠加后的复合扫描信号。

11.根据权利要求10所述的电化学检测设备，其中，所述线性扫描信号包括三角函数扫描信号，所述非线性扫描信号包括正弦函数扫描信号和余弦函数扫描信号。

12.根据权利要求2所述的电化学检测设备，其中，所述控制处理单元包括便携式处理装置。

13.根据权利要求12所述的电化学检测设备，其中，所述便携式处理装置包括移动通信装置。

14.根据权利要求2所述的电化学检测设备，其中，所述控制处理单元还被配置为和所述电压扫描单元以及所述检测单元进行无线通信。

15.一种电化学检测方法，用于权利要求1-14任一所述的电化学检测设备，包括：

使得所述电压扫描单元根据所述扫描波形控制信号产生多种不同波形的电压扫描信号并将所述电压扫描信号施加于所述电极单元；

使得所述电极单元在所述电压扫描信号的驱动下参与电化学反应以产生检测电流信号；以及

使得所述检测单元从所述电极单元获取检测电流信号。