CN218956473U - 一种检测尼古丁含量的三电极电化学信号检测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种检测尼古丁含量的三电极电化学信号检测装置，包括板状或盒状主体1和显示屏2，所述板状或盒状主体1和显示屏2构成可折叠结构，所述板状或盒状主体1内部包括三电极电化学检测模块4和与三电极电化学检测模块4电连接的电源5，所述的三电极电化学检测模块4外侧设置进样口6；所述的三电极电化学检测模块4与显示屏2电连接，所述显示屏2通过电源5供电，板状或盒状主体1外侧设置握持手柄3。该实用新型提供的检测装置结构简单、方便携带、稳定性高、测试精度高，可应用于微量尼古丁检测。
Description
技术领域
本实用新型涉及电化学检测技术领域，具体涉及一种检测尼古丁含量的三电极电化学信号检测装置。
背景技术
尼古丁，是香烟中的一种有害物质，是烟叶的重要化学指标，优质烤烟中尼古丁含量需要控制在一定的范围内。严格控制和检测烟草及其制品中尼古丁含量，对于降低卷烟危害，保护吸烟者健康，意义重大，快速准确的检测尼古丁含量对于烟叶种植中具有指导意义，可以调控以及对控制卷烟中尼古丁含量具有重大意义。这也是目前国内外烟草领域研究的热点课题。因此，发展高效、灵敏、准确的尼古丁检测传感器对尼古丁含量检测具有重要的战略意义。目前检测技术一般需要依赖于大型精密仪器，检测费用昂贵、操作复杂耗时，难以满足对于现场检测的迫切需求。目前，便携式传感器用于尼古丁定量检测方面还都处于实验室阶段，而且都以电化学工作站为主，很难应用到便携式检测装置。因此，设计和建立响应迅速、稳定性高且成本低廉的便携式检测装置，已经成为目前的研究热点。
实用新型内容
本实用新型解决现有技术检测香烟中尼古丁含量依赖于大型精密仪器或电化学工作站，导致费用昂贵、操作复杂耗时，难以满足现场检测的问题，提供一种结构简单、稳定性高、测试精度高，且可应用于香烟中尼古丁含量检测的三电极电化学信号检测装置。
本实用新型要求保护的技术方案如下：
一种检测尼古丁含量的三电极电化学信号检测装置，包括板状或盒状主体1和显示屏2，所述板状或盒状主体1和显示屏2构成可折叠结构，所述板状或盒状主体1内部包括三电极电化学检测模块4和与三电极电化学检测模块4电连接的电源5，所述的三电极电化学检测模块4外侧设置进样口6；所述的三电极电化学检测模块4与显示屏2电连接，所述显示屏2通过电源5供电；所述的三电极电化学检测模块4内部设置三电极电化学信号检测电路，所述的三电极电化学信号检测电路包括顺序连接的基准电压发生电路9、恒电位仪电路8、三电极传感器接口电路7、I/V程控转换放大电路10，与基准电压发生电路9和I/V程控转换放大电路10相连接的输出电路11、与输出电路11相连接单片机13和供电电路12；所述的三电极传感器接口电路7，包括传感器参比电极14、对电极15和工作电极16；所述的供电电路12分别与恒电位仪电路8、基准电压发生电路9和I/V程控转换放大电路10电连接。
优选地，所述的板状或盒状主体1外侧设置握持手柄3。
优选地，所述的进样口6与三电极传感器接口电路7相连接；所述的电源5与所述的供电电路12电连接。
所述的恒电位仪电路8与三电极传感器接口电路7的参比电极14和对电极15相连接；所述的I/V程控转换放大电路10与三电极传感器接口电路7的工作电极16相连接。
优选地，所述I/V程控转换放大电路10对输入的电流信号进行转换和放大处理，然后通过输出电路11把电流信号传到单片机13，所述的单片机13对电流信号进行采集和处理，并把电流信号转换成数字信号。
优选地，所述的恒电位仪电路8为基于电流跟随器的恒电位电路，采用斩波型运算放大器ICL7650S构成，所述的恒电位电路由电阻RES1构成。
优选地，所述的基准电压发生电路9采用微功耗两端带隙稳压器二极管LM385作为基准电压芯片。
优选地，所述的I/V程控转换放大电路10采用超稳定斩波型运算放大器ICL7650S构成I/V转换电路，通过控制电阻RF1参数大小接入到I/V程控转换放大电路10中，所述的放大倍数Vsensor＝-RF1/R1，其中R1为常量，RF1为电阻参数大小。
优选地，所述的供电电路12的电源管理芯片是SGM3204，所述的电源管理芯片为一种电荷泵电压逆变器，设计用于在1.4V至5.5V的输入电压范围内工作。
有益效果：
本实用新型提供一种检测尼古丁含量的三电极电化学信号检测装置，包括板状或盒状主体1和显示屏2，所述板状或盒状主体1和显示屏2构成可折叠结构，所述的板状或盒状主体1内部包括三电极电化学检测模块4和与其电连接的电源5，所述的三电极电化学检测模块4外侧设置进样口6；所述的三电极电化学检测模块4与显示屏2电连接，显示屏2与电源5电连接，整个装置结构简单，设计成本低；板状或盒状主体1外侧设置握持手柄3，方便携带。
三电极电化学检测模块4内部设置的三电极电化学信号检测电路通过I/V程控转换放大电路10对输入电流信号进行转换和放大处理，得到数字电压信号，然后发送数字电压信号至微控制单元(MCU)的模拟数字转换器(ADC)端口，实现信号检测，三电极电化学检测模块4与显示屏2直接相连，检测结果可直接通过显示屏2进行直观呈现，与现有技术相比，该检测装置结构简单、方便携带、稳定性高、测试精度高，可以用于微量尼古丁的检测。
恒电位仪电路8采用超稳定斩波型运算放大器ICL7650S，实现稳定的基准电压输出；ICL7650S超级斩波稳定放大器提供低输入偏移电压，在时间和温度方面非常稳定；并且可以提供改进的输入偏移电压、降低的输入偏移电压温度系数、降低的输入偏移电流和更宽的共模电压范围。
基准电压发生电路9采用微功耗两端带隙稳压器二极管LM385作为基准电压芯片；稳压器二极管设计用于在10a至20mA的宽电流范围内工作，具有极低的动态阻抗，低噪声和随时间和温度稳定运行；严格的电压公差是通过片上微调实现的。较大的动态工作范围使这些设备能够在具有良好调节的广泛变化的电源应用中使用。极低的工作电流使这些器件成为便携式仪器微功率电路的理想选择。
I/V程控转换放大电路10采用超稳定斩波型运算放大器ICL7650S构成I/V转换电路，通过控制电阻RF1参数大小接入到放大器电路中，实现放大倍数的改变。
供电电路12的电源管理芯片是SGM3204，所述的电源管理芯片为一种电荷泵电压逆变器，设计用于在1.4V至5.5V的输入电压范围内工作；SGM3204可以提供高达200mA的输出电流。在较宽的输出电流范围内，典型的转换效率超过80％。宽电源电压非常适合由1芯锂离子电池以及2芯或3芯镍镉、镍氢或碱性电池供电的各种应用。
附图说明
图1是本实用新型装置的结构示意图；
图2是本实用新型实施例三电极电化学检测模块三电极电化学信号检测电路结构示意图；
图3是根据本实用新型实施例三电极电化学检测模块三电极电化学信号检测电路的电路图；
图4是各单元供电管理电路图。
图中：1、板状或盒状主体；2、显示屏；3、握持手柄；4、三电极电化学检测模块；5、电源；6、进样口；7、三电极传感器接口电路；8、恒电位仪电路；9、基准电压发生电路；10、I/V程控转换放大电路；11、输出电路；12、供电电路；13、单片机；14、参比电极；15、对电极；16、工作电极。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步说明：
参见图1-4：一种检测尼古丁含量的三电极电化学信号检测装置，包括板状或盒状主体1和显示屏2，所述板状或盒状主体1和显示屏2构成可折叠结构，所述板状或盒状主体1内部包括三电极电化学检测模块4和与三电极电化学检测模块4电连接的电源5，所述的三电极电化学检测模块4外侧设置进样口6；所述的三电极电化学检测模块4与显示屏2电连接，所述显示屏2通过电源5供电，板状或盒状主体1外侧设置握持手柄3，如附图1所示。
如附图2所示，所述的三电极电化学检测模块4内部设置三电极电化学信号检测电路，所述的三电极电化学信号检测电路包括顺序连接的基准电压发生电路9、恒电位仪电路8、三电极传感器接口电路7、I/V程控转换放大电路10，与基准电压发生电路9和I/V程控转换放大电路10相连接的输出电路11、与输出电路11相连接单片机13和供电电路12；所述的三电极传感器接口电路7，包括传感器参比电极14、对电极15和工作电极16；所述的供电电路12分别与恒电位仪电路8、基准电压发生电路9和I/V程控转换放大电路10电连接，供电电路12为各单元供电管理的电路图，如附图4所示。
所述的进样口6与三电极传感器接口电路7相连接；所述的电源5与所述的供电电路12电连接。
所述的恒电位仪电路8与三电极传感器接口电路7的参比电极14和对电极15相连接；所述的I/V程控转换放大电路10与三电极传感器接口电路7的工作电极16相连接，如附图2所示。
所述I/V程控转换放大电路10对输入的电流信号进行转换和放大处理，然后通过输出电路11把电流信号传到单片机13，所述的单片机13对电流信号进行采集和处理，并把电流信号转换成数字信号。
所述的恒电位仪电路8为基于电流跟随器的恒电位电路，采用斩波型运算放大器ICL7650S构成，所述的恒电位电路由电阻RES1构成。
所述的基准电压发生电路9采用微功耗两端带隙稳压器二极管LM385作为基准电压芯片。
所述的I/V程控转换放大电路10采用超稳定斩波型运算放大器ICL7650S构成I/V转换电路，通过控制电阻RF1参数大小接入到I/V程控转换放大电路10中，所述的放大倍数Vsensor＝-RF1/R1，其中R1为常量，RF1为电阻参数大小。
所述的供电电路12的电源管理芯片是SGM3204，所述的电源管理芯片为一种电荷泵电压逆变器，设计用于在1.4V至5.5V的输入电压范围内工作。
香烟的烟丝经过提取，制备尼古丁溶液，尼古丁的溶液通过进样口6加入，溶液没过电化学检测模块4的三电极传感器接口电路后，启动开关(图中未画出)，通过调整单片机13的测试程序，将基准电压发生电路9产生的电压信号，经恒电位仪电路8加在三电极传感器接口电路7的参比电极14和对电极15之间，恒电位仪电路8再通过反馈作用将采集到的信号反馈回恒电位仪电路8，使得加在参比电极14和对电极15的电势保持在恒定的值。在该电势的驱动下，会在工作电极16和对电极15间产生电流，通过测试电流的大小就计算出待测物浓度。由于三电极传感器感应电流极其微小，因此需要先通过将电流转换成电压信号，进行电压的放大。因此检测电流经过I/V程控转换放大电路10，对电流进行放大处理，放大处理后的电流信号通过输出电路11输入到单片机13，单片机13对电流信号进行采集和处理，得到数字信号，数字信号通过显示屏2进行检测结果的直观呈现。
Claims (9)
1.一种检测尼古丁含量的三电极电化学信号检测装置，包括板状或盒状主体(1)和显示屏(2)，其特征在于，所述板状或盒状主体(1)和显示屏(2)构成可折叠结构，所述板状或盒状主体(1)内部包括三电极电化学检测模块(4)和与三电极电化学检测模块(4)电连接的电源(5)，所述的三电极电化学检测模块(4)外侧设置进样口(6)；所述的三电极电化学检测模块(4)与显示屏(2)电连接，所述显示屏(2)通过电源(5)供电；
所述的三电极电化学检测模块(4)内部设置三电极电化学信号检测电路，所述的三电极电化学信号检测电路包括顺序连接的基准电压发生电路(9)、恒电位仪电路(8)、三电极传感器接口电路(7)、I/V程控转换放大电路(10)，与基准电压发生电路(9)和I/V程控转换放大电路(10)相连接的输出电路(11)、与输出电路(11)相连接单片机(13)和供电电路(12)；
所述的三电极传感器接口电路(7)，包括传感器参比电极(14)、对电极(15)和工作电极(16)；
所述的供电电路(12)分别与恒电位仪电路(8)、基准电压发生电路(9)和I/V程控转换放大电路(10)电连接。
2.根据权利要求1所述的一种检测尼古丁含量的三电极电化学信号检测装置，其特征在于，所述的板状或盒状主体(1)外侧设置握持手柄(3)。
3.根据权利要求1所述的一种检测尼古丁含量的三电极电化学信号检测装置，其特征在于，所述的进样口(6)与三电极传感器接口电路(7)相连接；所述的电源(5)与所述的供电电路(12)电连接。
4.根据权利要求1-3任一所述的一种检测尼古丁含量的三电极电化学信号检测装置，其特征在于，所述的恒电位仪电路(8)与三电极传感器接口电路(7)的参比电极(14)和对电极(15)相连接；所述的I/V程控转换放大电路(10)与三电极传感器接口电路(7)的工作电极(16)相连接。
5.根据权利要求4所述的一种检测尼古丁含量的三电极电化学信号检测装置，其特征在于，所述I/V程控转换放大电路(10)对输入的电流信号进行转换和放大处理，然后通过输出电路(11)把电流信号传到单片机(13)，所述的单片机(13)对电流信号进行采集和处理，并把电流信号转换成数字信号。
6.根据权利要求4所述的一种检测尼古丁含量的三电极电化学信号检测装置，其特征在于，所述的恒电位仪电路(8)为基于电流跟随器的恒电位电路，采用斩波型运算放大器ICL7650S构成，所述的恒电位电路由电阻RES1构成。
7.根据权利要求4所述的一种检测尼古丁含量的三电极电化学信号检测装置，其特征在于，所述的基准电压发生电路(9)采用微功耗两端带隙稳压器二极管LM385作为基准电压芯片。
8.根据权利要求4所述的一种检测尼古丁含量的三电极电化学信号检测装置，其特征在于，所述的I/V程控转换放大电路(10)采用超稳定斩波型运算放大器ICL7650S构成I/V转换电路，通过控制电阻RF1参数大小接入到I/V程控转换放大电路(10)中，放大倍数Vsensor＝-RF1/R1，其中R1为常量，RF1为电阻参数大小。
9.根据权利要求4所述的一种检测尼古丁含量的三电极电化学信号检测装置，其特征在于，所述的供电电路(12)的电源管理芯片是SGM3204，所述的电源管理芯片为一种电荷泵电压逆变器，设计用于在1.4V至5.5V的输入电压范围内工作。
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