CN117191881B - 用于书籍的光电同步检测芯片及方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种用于书籍的光电同步检测芯片及方法。其在支撑体上设置容纳电极芯片的电极槽，并在电极芯片的底部设置通孔以方便采集光信号。本申请的电极芯片由密封圈封闭形成光学检测池，并在光学检测池内部的电极层上形成具有光敏材料的微井结构。密封圈上的电路板通过向下连通至与电极芯片电连接的电流通道，实现对纳米孔内电流信号的传输和调制。本申请能够通过电路板的电流通道对辐射信号提供调制，光敏材料可根据光学信号实现对电信号的同步调制。本申请所提供的用于书籍的光电同步检测芯片能够通过电极层实现针对不同光源、不同射频源的调制反馈，从而根据电极结构所反馈的携带有光敏调制信息的第二响应信号解析出芯片所对应的数据信息。

Description

用于书籍的光电同步检测芯片及方法

技术领域

本申请涉及图书管理技术领域，具体而言涉及一种用于书籍的光电同步检测芯片及方法。

背景技术

图书馆或者大规模多类型物料的仓储系统中，需要对不同材料设置不同的查询权限或调取权限。或者，需要根据不同的查询场景反馈不同的响应信息。现有的RFID标签只能够按照芯片内所存储的响应数据机械式地反馈相同的信息。因此，对于需要根据不同权限或基于不同扫描场景反馈不同信息的场合，则需要配置专门的响应系统，以通过专门的响应系统向交互终端输出对应于RFID标签及终端权限的反馈信息。

但是，这种响应系统会存在以下问题：扫描获得RFID标签识别信息后，再经过响应系统处理会存在一定的数据延时。当响应系统数据传输链路卡顿或运算出现故障时，将严重影响终端对射频标签的响应。

发明内容

本申请针对现有技术的不足，提供一种用于书籍的光电同步检测芯片及方法，本申请在芯片基底使用光学透明材料实现对生物纳米孔光信号的检测，并通过设置多个独立的纳米孔构建和电流检测通道实现对市场上常用的电流检测设备和通用的显微光学仪器的兼容。本申请具体采用如下技术方案。

首先，为实现上述目的，提出一种用于书籍的光电同步检测芯片，其包括：支撑体，其一侧设置有电极槽，其另一侧设置有与电极槽相连通的通孔；电极芯片，其安装在电极槽中，具有电极结构；密封圈，其密封固定在电极芯片上；电路板，其安装在密封圈上，并设置有向下连通至与电极芯片电连接的电流通道；其中，密封圈与通孔的中心位置至少部分地裸露出电极芯片的电极结构，所述电流通道的底部与电极芯片边缘的电极结构电接触，接收电流信号。

可选的，如上任一所述的用于书籍的光电同步检测芯片，其中，所述电极芯片包括：基底，其设置为透光材质；电极层，其平铺在基底上形成电极结构；遮光层，其附着于电极层的顶面；其中，遮光层与电极层的中心还贯穿形成有微井，所述微井中内嵌设置有光敏材料。

可选的，如上任一所述的用于书籍的光电同步检测芯片，其中，微井的底部设置为至少部分基底裸露，并且，微井所形成的贯穿孔中，裸露部位的电极层外露于遮光层，光敏材料与电极层外露的边缘电连接。

可选的，如上任一所述的用于书籍的光电同步检测芯片，其中，所述电极层设置为包括有相互隔离的若干个独立设置的扇形辐射结构，各扇形辐射结构之间共心设置；所述微井分别开设在每一个扇形辐射结构中接近圆心的位置。

可选的，如上任一所述的用于书籍的光电同步检测芯片，其中，密封圈的内径大于各微井之间最大间距，所述密封圈环绕包围在微井外并设置在遮光层上方，密封圈内部形成连通各微井的光学检测池；光学检测池内涂覆有导电层，所述导电层在各电极结构所形成的电流通道之间共用；各微井内部相互隔离，且各微井之间的光敏材料相互隔离。

可选的，如上任一所述的用于书籍的光电同步检测芯片，其中，所述电路板包括：照射孔，其开设在密封圈上方，并且，所述照射孔向下直接贯通至微井结构；电学连接元件，其环绕照射孔设置在遮光层范围以外、电极层范围以内；其中，每一个电极结构的内侧均分别设置有一个微井，每一个电极结构的外侧均分别连接有至少一个电学连接元件，所述电学连接元件在电路板与电极层之间提供电连接通道传递电流信号。

可选的，如上任一所述的用于书籍的光电同步检测芯片，其中，所述电路板还设置有：焊接孔，其沿照射孔外周设置在遮光层范围以外、电极层范围以内；外接端口，其固定安装在焊接孔内，并向下延伸与相应的电学连接元件保持稳定电连接。

可选的，如上任一所述的用于书籍的光电同步检测芯片，其中，所述遮光层为厚度不超过1mm的不导电、疏水且对油脂没有吸附的材料薄膜。

同时，为实现上述目的，本申请还提供一种用于书籍的光电同步检测方法，用于如上任一所述的用于书籍的光电同步检测芯片，其中，步骤包括：第一步，辐射电磁信号，激发电极结构反馈响应信号；第二步，根据电极结构所反馈的响应信号的辐射方向调整光信号的入射方向，向微井中裸露部位的光敏材料馈入激光信号，使得光敏材料响应于激光信号向电极结构馈入光敏转换信号，激发电极结构根据光敏转换信号对响应信号进行调制；第四步，根据电极结构所反馈的携带有光敏调制信息的第二响应信号解析出书目所对应的管理信息。

可选的，如上任一所述的方法，其中，向微井中裸露部位的光敏材料所馈入的激光信号根据设备权限不同而独立设置。

有益效果

本申请提供一种用于书籍的光电同步检测芯片及方法包括支撑体、电极芯片、密封圈、PCB电路板以及由此构成的光学检测池体结构。其在支撑体上设置容纳电极芯片的电极槽，并在电极芯片的底部设置通孔以方便采集光信号。本申请的电极芯片由密封圈封闭形成光学检测池，并在光学检测池内部的电极层上形成具有光敏材料的微井结构。由此，可使得密封圈上的电路板通过向下连通至与电极芯片电连接的电流通道，实现对纳米孔内电流信号的传输和调制。本申请能够通过电路板的电流通道对电极结构的辐射信号提供调制，光敏材料可根据PCB电路板上照射孔所入射的光学信号实现对电信号的同步调制。本申请所提供的用于书籍的光电同步检测芯片能够通过电极层实现针对不同光源、不同射频源的调制反馈，从而根据电极结构所反馈的携带有光敏调制信息的第二响应信号解析出芯片所对应的数据信息。由于各个检测设备的光敏调制信息不同，因此，本申请可直接根据入射光线通过光敏材料实现对芯片信息的个性化调制，避免传统响应系统的延时和故障所带来的影响。

本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。

附图说明

附图用来提供对本申请的进一步理解，并且构成说明书的一部分，并与本申请的实施例一起，用于解释本申请，并不构成对本申请的限制。在附图中：

图1是本申请的用于书籍的光电同步检测芯片结构的爆炸图；

图2是本申请的用于书籍的光电同步检测芯片结构的侧面剖视图；

图3是本申请用于书籍的光电同步检测芯片结构的俯视图；

图中，1-支撑体；101-电极槽；102-通孔；2-电极芯片；201-基底；202-电极层；203-遮光层；204-微井；3-密封圈；4-PCB电路板；401-外接端口；402-电学连接元件；403-焊接孔；404-照射孔；5光学检测池。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本申请实施例的附图，对本申请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申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本申请的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本申请中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。

本申请中所述的“内、外”的含义指的是相对于用于书籍的光电同步检测芯片本身而言，由支撑体边缘指向电极芯片中心微井结构内部的方向为内，反之为外；而非对本申请的装置机构的特定限定。

本申请中所述的“左、右”的含义指的是使用者正对用于书籍的光电同步检测芯片时，使用者的左边即为左，使用者的右边即为右，而非对本申请的装置机构的特定限定。

本申请中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。

本申请中所述的“上、下”的含义指的是使用者正对用于书籍的光电同步检测芯片时，由支撑体底部通孔指向电路板顶部照射孔上方的方向即为上，反之即为下，而非对本申请的装置机构的特定限定。

为实现光电信号同步检测，自动实现针对不同检测终端的个性化信息反馈，本申请提供一种能够兼容多种检测设备的通用性的用于书籍的光电同步检测芯片，本申请提供图1所示的如下芯片结构，其可黏贴在书籍等材料的封面，设置为包括：支撑体1、电极芯片2、密封圈3和电路板4；

其中，所述支撑体设有电极槽101，电极槽中心设有通孔102，所述支撑体用于装配和放置整个电极芯片，电极槽101的厚度可容纳整个电极芯片；

所述电极芯片放置于所述电极槽101中，且相互贴合；

所述密封圈放置于电极芯片2上并与电极芯片紧密贴合；

所述电路板4放置于密封圈3顶部，与密封圈顶部和支撑体顶部紧密贴合，并与电极芯片电学连接。电路板4可直接设置为PCB电路板，其可直接将密封圈压紧在电极芯片上，构成一个光学检测池。

由此，本申请能够利用密封圈在电极芯片的电极结构上形成光学检测池体结构，利用密封圈内周所设的反光涂层，为电极结构之间的光敏材料补光，使得各电极结构内所连接的光敏材料能够在散射激光的作用下向电极反馈光敏电信号，从而在PCB电路板对电极辐射信号的调制基础上进一步叠加检测设备所辐射的具有特殊调制方式的光敏信号，利用光学检测池内部分别由电极结构独立形成的微井结构实现对检测光源的响应，从而使得电极响应于检测光源自身调制特性而对电极反馈的辐射信号进行特殊调制，实现对不同检测光源的个性化应答。

电极结构所辐射的射频信号能够通过安装在密封圈3上的电路板所设置的向下连通至与电极芯片2电连接的电流通道实现调制。此外，本申请还可通过电路板上通用的电流通道接收设置信号，从而对反馈的射频信号进行一定的调制或差异化设置，向射频响应芯片中录入其所附着的书籍的特定信息。

上述结构中，密封圈3与通孔102的中心位置至少部分地裸露出电极芯片2的电极结构，所述电流通道的底部与电极芯片2边缘的电极结构电接触。

参考图2及图3所示，本申请中的电极芯片2具体可设置为包括：芯片基底201、电极层202和遮光层203:

为方便光敏材料采集入射至密封圈内部的具有检测设备自身调制信息的光学信号，本申请优选将芯片基底设置为采用光学透明材料；

电极层202设置于所述基底201上方，与基底紧密连接，且电极层设有透光孔；

所述遮光层203平铺于电极层202上，并与电极层紧密连接，在所述电极层202透光孔区域所述遮光层同样具有贯穿孔，此处遮光层203的贯穿孔底部露出部分电极层202；所述遮光层贯穿孔、所述电极层以及所述基底共同构成可容纳一定体积的微井，微井内设置光敏材料连接至电极层。由此，光敏材料可被构建在所述遮光层的开孔上，利用电路板上所设的电极触点实现与电极层202上方工作电极与接地电极的接口，工作电极与接地电极底部的触点与芯片的电极层直接抵接，电路板上所设的电极接口连接外部检测设备形成电极回路实现对电极辐射信号的调制。

为丰富调制方式，本申请优选将电极层分为相互独立不连通的多个区域，构成多通道电极。每一个电极区域，均分别设有透光孔和用于连接电路板的金手指状的通用电流通道。遮光层上具与电极层透光孔相贯通的通孔与透光孔同轴，可以暴露出环形电极的一部分，且保持通孔中心光学透明。配合于上述多通道的电极结构，本申请还相应在电路板上有独立不连通的多个工作电极和一个接地电极。工作电极和接地电极可相应通过工作电极上安装的接触式探针实现与电极层的每一个金手指结构的一一对应连接从而对每一个电极的辐射反馈信号进行单独调制。该电流通道设置在电路板外周，电路板的中心设置为光学通孔以方便光敏材料接收光照相应向电极激发电流。每个通道回路之间，遮光层内部的微井间相互隔离。

具体实践中，本申请一般将遮光层的材料设置为对磷脂或类似物具有亲和性，且对有机试剂无明显吸收以减少暂无材料的附着。遮光层的厚度一般设置为不超过170微米，优选将厚度控制在不超过1mm；遮光层还在与电极层环形通孔同轴的区域范围保留空白，将环形电极暴露出，来用实现对电信号的检测提取，并通过超薄的遮光层厚度兼容高NA值显微物镜。

此外，针对多通道的调制响应的场景，本申请还优选在PCB电路板上安装有电路选通开关，可以任意选择当前需要使用的工作电极。所述密封圈由电路板固定在电路板与芯片的遮光层之间，通过螺丝将电路板固定在支撑体上之后，密封圈被紧密固定在遮光层上形成一个内里涂层反射汇聚入射检测光源的封闭空间。由此，本申请可通过在遮光层上构建的微井固定光敏材料实现对入射光源的电学响应。由此，电极层连接微井与电路板上的工作电极，电路板上的接地电极连接微池，从而构成一个电流检测调制的回路，基于外界检测装置的辐射信号先激发电极结构反馈响应信号；然后第二步，根据电极结构所反馈的响应信号的辐射方向调整光信号的入射方向，向微井(204)中裸露部位的光敏材料馈入散射的激光信号，使得光敏材料响应于激光信号向电极结构馈入光敏转换信号，激发电极结构根据光敏转换信号对其响应信号进行进一步调制；由此，进入第四步，根据电极结构所反馈的携带有光敏调制信息的第二响应信号解析出匹配于本装置光学信号调制方式、符合本检测装置所属权限的书目所对应的管理信息。

本申请中的支撑体可以使用任意固体材料，包括金属和非金属塑料，在其上加工螺纹孔或销孔用于固定在检测设备的连接平台上。

本申请中芯片基底可使用任意光学透明的材料，包括但不限于玻璃、石英和透明塑料等。

电极芯片的电极层可使用任何导电的金属材料，电极层根据所需通道数设置成独立不连通的区域，在每一个区域设置一个环形的光学通孔，各电极结构之间的环形的通孔紧密相邻靠近，但均保持一定间距。一般，可将电极层202设置为包括有相互隔离的若干个独立设置的扇形辐射结构，各扇形辐射结构之间共心设置；将所述微井204分别开设在每一个扇形辐射结构中接近圆心的位置，实现不同检测通路。密封圈的放置位置能够容纳遮光层所有的微井范围以实现对不同通道的同步调制和射频反馈。

在另一种实施例中，本申请所提供的用于书籍的光电同步检测芯片，包括：支撑体1、电极芯片2、密封圈3、PCB电路板4、光学检测池5；所述支撑体1设有电极槽101，电极槽101中心设有通孔102；所述电极芯片2位于支撑体1的电极槽101中，电极芯片2的基底201与支撑体1的电极槽101贴合；所述密封圈3放置于所述电极芯片2上方并与其紧密贴合；所述PCB电路板4位于所述密封圈3上，并与所述密封圈3和支撑体1紧密贴合，所述PCB电路板4与所述电极芯片2通过电学连接元件402电学连接；所述光学检测池5由电极芯片2、密封圈3和PCB电路板4构成。

参见图2和图3所述电极芯片2包括基底201、电极层202和遮光层203；基底201一般采用光学透明材料，本实施例可采用透明树脂材料以接收外部光线激发光敏材料。但是，当基底在检测过程中仅需要从芯片正面接收光信号时，基底也可以使用非光学透明材料。

本实施例中所述电极层202为金属薄膜电极，位于所述基底201上方，并与所述基底201紧密连接，所述电极层201设为四个导电区，各区域互不导通且均设有一透光孔，透光孔内部连接有光敏材料，用于光信号的采集转换，从而将特定检测设备所发送的携带有调制信息的激光信号转化为对电极辐射信号的特定激励，以向该特定的检测设备反馈特定的射频信号实现个性化交互；所述遮光层203位于所述电极层202上方并与其紧密连接，所述遮光层203在电极层202透光孔位置处设有贯穿孔，在贯穿孔底部露出部分电极层202；所述遮光层贯穿孔、所述露出的部分电极层和基底201构成微井204，微井204与所述光学检测池5相连通接收池体内壁反射涂层所反射的散射激光信号；本发明提供的所述电极芯片2的电极层202采用Ag/AgCl电极提供稳定电位，Ag电极作为导线与所述PCB电路板4电学连接。

所述密封圈3的外径小于所述电极芯片2遮光层203的直径。

所述PCB电路板4连接有外接端口401和电学连接元件402，其通过焊接孔403与所述PCB电路板4连接，本发明所使用的电学连接元件为顶针，外接端口401为插孔；所述外接端口401用于连接外接烧录设备用于向PCB电路板的存储单元中烧录用于调制电极辐射信号的数据，所述电学连接元件402用于连接所述电极芯片2电极层202的不同导电区；所述PCB电路板4还设有一照射孔404，照射孔大小能够覆盖所有电极芯片微井204。顶针与插孔中的电学连接元件402可分别构成电路板上的接地电极和各个辐射电极的信号接口，工作电极接口的每一个电极与电极芯片的对应区域独立接触导通，电极相互间不联通,可以独立使用，也可以多通道同时使用。电路板包括多路复用开关，可任意切换检测设备连接的通道。

综上，本申请所提供的用于书籍的光电同步检测芯片，体积小巧，结构简单，不依赖于特定的检测仪器和设备，可以根据不同检测设备所输出的携带不同调制信息的激光信号对芯片输出的电磁识别信号进行二次调制，从而根据检测设备的权限信息向不同检测设备反馈不同的射频信号实现差异化个性化的交互，针对不同权限的检测设备反馈匹配于其权限的射频识别内容。

以上仅为本申请的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本申请的保护范围。

Claims (7)

1.一种用于书籍的光电同步检测芯片，其特征在于，包括：

支撑体（1），其一侧设置有电极槽（101），其另一侧设置有与电极槽（101）相连通的通孔（102）；

电极芯片（2），其安装在电极槽（101）中，具有电极结构；

密封圈（3），其密封固定在电极芯片（2）上；

电路板（4），其安装在密封圈（3）上，并设置有向下连通至与电极芯片（2）电连接的电流通道；

其中，密封圈（3）与通孔（102）的中心位置至少部分地裸露出电极芯片（2）的电极结构，所述电流通道的底部与电极芯片（2）边缘的电极结构电接触，接收电流信号；

所述电极芯片（2）包括：

基底（201），其设置为透光材质；

电极层（202），其平铺在基底（201）上形成电极结构；

遮光层（203），其附着于电极层（202）的顶面；

其中，遮光层（203）与电极层（202）的中心还贯穿形成有微井（204），所述微井（204）中内嵌设置有光敏材料；

所述微井（204）的底部设置为至少部分基底（201）裸露，并且，微井（204）所形成的贯穿孔中，裸露部位的电极层（202）外露于遮光层（203），光敏材料与电极层（202）外露的边缘电连接；

所述密封圈（3）的内径大于各微井（204）之间最大间距，所述密封圈（3）环绕包围在微井（204）外并设置在遮光层（203）上方；

密封圈（3）内部形成连通各微井（204）的光学检测池；

光学检测池内涂覆有导电层，所述导电层在各电极结构所形成的电流通道之间共用；

各微井（204）内部相互隔离，且各微井（204）之间的光敏材料相互隔离。

2.如权利要求1所述的用于书籍的光电同步检测芯片，其特征在于，所述电极层（202）设置为包括有相互隔离的若干个独立设置的扇形辐射结构，各扇形辐射结构之间共心设置；

所述微井（204）分别开设在每一个扇形辐射结构中接近圆心的位置。

3.如权利要求2所述的用于书籍的光电同步检测芯片，其特征在于，所述电路板（4）包括：

照射孔（404），其开设在密封圈（3）上方，并且，所述照射孔（404）向下直接贯通至微井（204）结构；

电学连接元件（402），其环绕照射孔（404）设置在遮光层（203）范围以外、电极层（202）范围以内；

其中，每一个电极结构的内侧均分别设置有一个微井（204），每一个电极结构的外侧均分别连接有至少一个电学连接元件（402），所述电学连接元件（402）在电路板（4）与电极层（202）之间提供电连接通道传递电流信号。

4.如权利要求3所述的用于书籍的光电同步检测芯片，其特征在于，所述电路板（4）还设置有：

焊接孔（403），其沿照射孔（404）外周设置在遮光层（203）范围以外、电极层（202）范围以内；

外接端口（401），其固定安装在焊接孔（403）内，并向下延伸与相应的电学连接元件（402）保持稳定电连接。

5.如权利要求3所述的用于书籍的光电同步检测芯片，其特征在于，所述遮光层（203）为厚度不超过1mm的不导电、疏水且对油脂没有吸附的材料薄膜。

6.一种用于书籍的光电同步检测方法，用于权利要求1-5任一所述的用于书籍的光电同步检测芯片，其特征在于，步骤包括：

第一步，辐射电磁信号，激发电极结构反馈响应信号；

第二步，根据电极结构所反馈的响应信号的辐射方向调整光信号的入射方向，向微井（204）中裸露部位的光敏材料馈入激光信号，使得光敏材料响应于激光信号向电极结构馈入光敏转换信号，激发电极结构根据光敏转换信号对响应信号进行调制；

第四步，根据电极结构所反馈的携带有光敏调制信息的第二响应信号解析出书目所对应的管理信息。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，向微井（204）中裸露部位的光敏材料所馈入的激光信号根据设备权限不同而独立设置。