CN219065357U - 一种检测尼古丁含量的电化学信号检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型一种检测尼古丁含量的电化学信号检测装置，包括盒体1，所述的盒体1内部设置有电路检测模块4，外侧设置有显示屏5，所述的盒体1一端与手柄3的固定端连接，另一端与进样口2相连接；所述的电路检测模块4和所述的显示屏5相连接，所述的手柄3包括固定端和自由端。该实用新型提供的检测装置，结构简单、便于携带，成本低廉、稳定性高，可用于微弱尼古丁含量的检测，最低可检测0.1uA的电流。

Description

一种检测尼古丁含量的电化学信号检测装置

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。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、方便携带、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电化学信号检测装置，包括盒体1和手柄3，所述的盒体1外侧设置有显示屏2，所述的盒体1内部设置有电化学检测模块4和与电化学检测模块4电连接的电源5，所述的电化学检测模块4外侧设置进样口6，所述的电化学检测模块4与显示屏2电连接，所述显示屏2通过电源5供电；所述的盒体1一端与手柄3的固定端连接，所述的手柄3包括固定端和自由端。

优选地，所述的电化学检测模块2包括顺次相连的低通滤波单元12、I/V程控转换放大电路单元11、传感器7、恒电位仪电路单元8、激励信号产生单元9、基准电压参考单元10，所述低通滤波单元12和基准电压参考单元10分别通过输出电路13连接单片机14；所述的I/V程控转换放大电路单元11输出端与低通滤波单元12连接，所述的低通滤波单元12输出的电流信号通过输出电路13传到单片机14，所述的单片机14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，所述的激励信号产生单元9采用MCP4725 DAC芯片产生激励电压信号，激励信号产生单元9内部设置有一个MAX4675EUT数字开关，对信号进行开关控制，激励信号产生单元9通过所述的MAX4675EUT数字开关与恒电位仪电路单元8相连接。

优选地，所述低通滤波单元12包括：用于连接I/V程控转换放大电路单元11的输入端电路和用于输出整流滤波的输出端电路。

优选地，所述的低通滤波单元12采用二阶Sallen-Key低通滤波器结构。

有益效果：

本实用新型提供一种检测尼古丁含量的电化学信号检测装置，包括盒体1、手柄3，盒体1内部设置电化学检测模块4和与电化学检测模块4电连接的电源5，盒体1外侧设置有显示屏2，所述的电化学检测模块4通过I/V程控转换放大电路单元11对输入信号进行放大、再经流滤波单元12对输入信号中的杂波进行处理，发送信号至微控制单元(MCU)的模拟数字转换器(ADC)端口，检测的结果通过显示屏2进行直观呈现，与现有技术相比，该检测装置结构简单，可随身携带，解决了现有技术无法满足现场检测的需求问题，且能够达到更高的检测灵敏度，适合检测小信号电路；可以检测到最低至0.1uA的输入信号

基准电压参考单元10可实现稳定的基准电压输出。

激励信号产生单元9采用MCP4725 DAC芯片产生激励电压信号，通过OPA2171轨道轨高性能放大器构成的滤波电路进行平滑滤波，且激励信号产生单元9内部设置有一个MAX4675EUT数字开关，对滤波后的信号进行开关控制，用于改变激励信号的频率；MCP4725改变激励信号的电压，数字开关实现频率调节，这样就实现了激励信号的调频和调幅。

I/V程控转换放大电路单元11可以实现电流信号放大倍数的改变。

低通滤波单元12采用二阶Sallen-Key低通滤波器结构，用于滤除高频信号和杂波信号，得到干净的电流信号。

附图说明

图1为本实用新型的装置示意图；

图2是本实用新型电路检测模块结构示意图；

图3是根据本实用新型电路电化学检测模块恒电位仪电路单元8的示意图；

图4是根据本实用新型电化学检测模块激励信号产生单元9的示意图；

图5是根据本实用新型电化学检测模块基准电压参考单元10的示意图；

图6是根据本实用新型电化学检测模块I/V程控转换放大电路单元11的示意图；

图7是根据本实用新型电化学检测模块信号低通滤波单元12的示意图。

图中：1、盒体；2、显示屏；3、手柄；4、电化学检测模块；5、电源；6、进样口；7、传感器；8、恒电位仪电路单元；9、激励信号产生单元；10、基准电压参考单元；11、I/V程控转换放大电路单元；12、低通滤波单元；13、输出电路；14、单片机；15、参比电极；16、对电极；17、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1-7：本实用新型提供了一种检测尼古丁含量的电化学信号检测装置，该检测装置盒体1和手柄3，所述的盒体1外侧设置有显示屏2，所述的盒体1内部设置有电化学检测模块4和与电化学检测模块4电连接的电源5，所述的电化学检测模块4外侧设置进样口6，所述的电化学检测模块4与显示屏2电连接，所述显示屏2通过电源5供电；所述的盒体1一端与手柄3的固定端相连接，所述的手柄3包括固定端和自由端，如附图1所示。由于盒体1内设置的电化学检测模块4、电源5占用的空间很小，因此盒体1可以做成较小尺寸的盒体，可以随身携带，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的传感器7后，启动开关(图中未画出)，即可进行检测，电化学检测模块4的监测结果通过显示屏2可立即直观呈现。

所述的电化学检测模块2包括顺次相连的低通滤波单元12、I/V程控转换放大电路单元11、传感器7、恒电位仪电路单元8、激励信号产生单元9、基准电压参考单元10、所述低通滤波单元12和基准电压参考单元10分别通过输出电路13连接单片机14；所述的I/V程控转换放大电路单元11输出端与低通滤波单元12连接，所述的低通滤波单元12输出的电流信号通过输出电路13传到单片机14，所述的单片机14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。

在本实施例中，以输入信号为三电极电流信号为例进行说明，其中三电极包括工作电极17、对电极16和参比电极15。但是，在其他实施例中，输入信号也可以是其他类型的信号，换言之，本实用新型提供的信号检测电路也可用于对电流输入信号以外的其他类型信号进行检测。

所述的恒电位仪电路单元8采用基于电流跟随器的恒电位仪电路，由OPA2171构成；所述的OPA2171内部具有2个放大器，基于三电极电流输入信号检测电路的示意图如附图5所示。

所述的基准电压参考单元10采用LM3460M5X高精度低漂移基准电压芯片构成，通过OPA171设计跟随器，基于三电极电流输入信号检测电路的示意图如附图3所示。

所述的激励信号产生单元9采用MCP4725 DAC芯片产生激励电压信号，通过OPA2171轨道轨高性能放大器构成的滤波电路进行平滑滤波，激励信号产生单元9内部设置有一个MAX4675EUT数字开关，对滤波后的信号进行开关控制，激励信号产生单元9通过所述的MAX4675EUT数字开关与恒电位仪电路单元8相连接，基于三电极电流输入信号检测电路的示意图如附图4所示。

所述的I/V程控转换放大电路单元11采用OPA171构成I/V转换电路，并连接一个ADG708的8通道模拟开关，通过控制所述的模拟开关可切换不同的反馈参数接入到放大器的反馈电路中，基于三电极电流输入信号检测电路的示意图如附图6所示。

所述低通滤波单元12采用二阶Sallen-Key低通滤波器结构，包括：用于连接I/V程控转换放大电路单元的输入端电路和用于输出整流滤波的输出端电路，，基于三电极电流输入信号检测电路的示意图如附图7所示。

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的传感器7，启动开关(图中未画出)，基准电压参考单元10为激励信号产生单元9提供稳定的基准电压，激励信号产生单元9，产生恒定的激励电流信号，并输入到恒电位仪电路单元8，恒电位仪电路单元8对输入的激励电流信号进行信号放大处理，放大后的信号通过恒电位仪电路单元8加到传感器7的参比电极15和对电极16之间，在电压的作用下，传感器7的工作电极17表面发生氧化还原反应产生电流，产生的电流通过传感器7的工作电极17传输到I/V程控转换放大电路单元11，I/V程控转换放大电路单元11对电流进行放大处理，放大后的电流信号，通过低通滤波单元12滤除高频信号和杂波信号，输出干净的电流信号，并将电流信号通过输出电路13输入到单片机14，单片机14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 (5)

1.一种检测尼古丁含量的电化学信号检测装置，其特征在于，包括盒体(1)和手柄(3)，所述的盒体(1)外侧设置有显示屏(2)，所述的盒体(1)内部设置有电化学检测模块(4)和与电化学检测模块(4)电连接的电源(5)，所述的电化学检测模块(4)外侧设置进样口(6)，所述的电化学检测模块(4)与显示屏(2)电连接，所述显示屏(2)通过电源(5)供电；所述的盒体(1)一端与手柄(3)的固定端连接，所述的手柄(3)包括固定端和自由端。

2.根据权利要求1所述的一种检测尼古丁含量的电化学信号检测装置，其特征在于，所述的电化学检测模块(4)包括顺次相连的低通滤波单元(12)、I/V程控转换放大电路单元(11)、传感器(7)、恒电位仪电路单元(8)、激励信号产生单元(9)、基准电压参考单元(10)，所述低通滤波单元(12)和基准电压参考单元(10)分别通过输出电路(13)连接单片机(14)；所述的I/V程控转换放大电路单元(11)输出端与低通滤波单元(12)连接，所述的低通滤波单元(12)输出的电流信号通过输出电路(13)传到单片机(14)，所述的单片机(14)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。

3.根据权利要求2所述的一种检测尼古丁含量的电化学信号检测装置，其特征在于，所述的激励信号产生单元(9)采用MCP4725 DAC芯片产生激励电压信号，激励信号产生单元(9)内部设置有一个MAX4675EUT数字开关，对信号进行开关控制，激励信号产生单元(9)通过所述的MAX4675EUT数字开关与恒电位仪电路单元(8)相连接。

4.根据权利要求2所述的一种检测尼古丁含量的电化学信号检测装置，其特征在于，所述低通滤波单元(12)包括：用于连接I/V程控转换放大电路单元(11)的输入端电路和用于输出整流滤波的输出端电路。

5.根据权利要求2所述的一种检测尼古丁含量的电化学信号检测装置，其特征在于，所述的低通滤波单元(12)采用二阶Sallen-Key低通滤波器结构。

Images