專利名稱：以電腦直接采集化學(xué)信號(hào)的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種以電腦直接采集化學(xué)信號(hào)的方法及其裝置。
目前化學(xué)傳感器，諸如用于電導(dǎo)度測(cè)定法的化學(xué)傳感器，用于電流測(cè)定法的化學(xué)傳感器、用于電位測(cè)定法的化學(xué)傳感器，例如pH電極、離子選擇電極離子選擇性場(chǎng)效晶體管，酵素電極、生物感測(cè)器等，廣泛用于各種化學(xué)、生化、生物技術(shù)、環(huán)?；蜥t(yī)療等用途的儀器上，例如用于pH計(jì)、離子分析儀、極譜儀、化學(xué)分析儀、生物感測(cè)分析儀、生物反應(yīng)器、離子層析儀、流動(dòng)注射分析儀等；也廣用于化學(xué)工業(yè)或相關(guān)工業(yè)的品管分析、線上分析和監(jiān)控裝置上，例如美國第4,897,128號(hào)專利揭示以pH電極和氟離子選擇電極，作為磷酸鋅皮膜劑槽液自動(dòng)控制器的化學(xué)傳感器。
化學(xué)傳感器可將一待測(cè)樣品的某一化學(xué)信號(hào)(例如某一成分的濃度)或多種化學(xué)信號(hào)的總和，轉(zhuǎn)換成電子信號(hào)，例如電位、電阻或電流。但該電子信號(hào)仍需藉助一裝置(以下統(tǒng)稱為信號(hào)處理裝置)，加以處理、儲(chǔ)存、輸出及/或顯示，以便讓使用者能直接或間接的知道該化學(xué)信號(hào)的大小及其所代表的物理意義。例如pH-電極用pH計(jì)可以偵測(cè)溶液的pH值(可延伸用于諸如化學(xué)分析儀、pH監(jiān)控裝置等)；電流測(cè)定用化學(xué)傳感器，可藉定電位儀測(cè)得定電位狀態(tài)下的反應(yīng)電流，間接求得某特定物質(zhì)的濃度(可延伸用于諸如化學(xué)分析儀、生化分析儀等)；電導(dǎo)率測(cè)定用化學(xué)傳感器，可藉電導(dǎo)率計(jì)測(cè)得電導(dǎo)率，作為諸如電導(dǎo)滴定的滴定終點(diǎn)依據(jù)，離子層析儀各離子濃度的判讀依據(jù)等。該等信號(hào)處理裝置，各有其特定用途，不能互相混用，例如pH計(jì)不能兼為電導(dǎo)率計(jì)或庫倫計(jì)；也不能延伸其用途，例如電位計(jì)未經(jīng)特殊設(shè)計(jì)，無法延伸其用途，用于定電位庫倫測(cè)定。
傳統(tǒng)的信號(hào)處理裝置，可粗分為四種類型。第一種類型的信號(hào)處理裝置，為裝置本體無法外接電腦或記錄器等的簡易型儀器，例如瑞士Metrohm公司的704型、620型和588型pH計(jì)，這類型的儀器，其功能不強(qiáng)，也無法和其他儀器進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，當(dāng)然不能延伸使用于其他儀器，例如化學(xué)分析儀等。
第二類型的信號(hào)處理裝置，其裝置本體本身雖不能直接外接電腦，但可用模擬信號(hào)的輸出端子外接例如記錄器等，以強(qiáng)化其功能，例如丹麥Radiometer公司的PHM82型pH計(jì)，日本Nichia公司的定電位定電流儀和庫倫安培計(jì)。這類型的信號(hào)處理裝置，功能仍然不強(qiáng)，雖有類比信號(hào)輸出端子，但想和其他儀器進(jìn)行數(shù)據(jù)通信仍有實(shí)質(zhì)上的困難。
第三類的信號(hào)處理裝置，其裝置本體雖不能直接外接電腦或記錄器等，但本身具有顯示器、打字機(jī)等設(shè)備，例如美國第D330,770號(hào)專利所揭示的體液分析儀、第D332,314號(hào)專利所揭示的臨床化學(xué)分析儀等。該等儀器所具備的各項(xiàng)功能，均不如電腦，例如其顯示器功能，顯然不如電腦的監(jiān)視器(mintor)，而其數(shù)據(jù)處理功能/儲(chǔ)存功能，及外接外圍設(shè)備以擴(kuò)充儀器功能等，也顯然不如電腦。而且，無法延伸或增加該儀器的檢測(cè)功能或數(shù)據(jù)處理功能。
第四類的信號(hào)處理裝置，其裝置本體可以外接電腦，用以增加儀器的數(shù)據(jù)處理/儲(chǔ)存/顯示功能，例如瑞士Metrohm公司的693VA型伏安儀(693 VA Processor)、丹麥Radiometer公司的PHM85型pH計(jì)、美國EGαG儀器公司的273A型定電位/定電流儀(Potentiostat/Galvanostat Model 273A、美國第4,935,875號(hào)專利所揭示的化學(xué)分析儀(chemical analyzer)、及第5,106,511號(hào)專利所揭示的聯(lián)機(jī)生物抑制/毒性檢檢測(cè)器等。該等信號(hào)處理裝置本身就擁有CPU(中央處理器)，例如上述美國第4,935,875(第6欄第45行)和第5,106,511(第5欄第17行)專利中，均指出采用用美國Motorola公司的6809微處理器、ROM、RAM、計(jì)時(shí)器、顯示器或監(jiān)視器、按鍵或鍵盤、I/O端口(輸入/輸出端口)、ADC(模擬-數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換器)等(參見美國第4,935,875號(hào)專利

圖1及其說明)，當(dāng)其外接電腦時(shí)，必須利用RS-232或GPIB卡，作為數(shù)據(jù)通訊介面。
基于可延伸或增加儀器的檢測(cè)功能或數(shù)據(jù)功能的需求，發(fā)明人等致力于第四類信號(hào)處理裝置的架構(gòu)研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)該等信號(hào)處理裝置除了ADC等少部份組件外，主要的組件諸如CPU、ROM、RAM、計(jì)時(shí)器、監(jiān)視器、鍵盤、I/O端口、打字機(jī)及/或影碟機(jī)(例如Metrohm公司的693VA伏安儀，本身具有內(nèi)建的熱感式打字機(jī)、80字元×28行LCD、記憶卡等)，均為電腦的必備組件，而且電腦的CPU、ROM、RAM、監(jiān)視器、鍵盤、打字機(jī)及/或影碟機(jī)等，都具有比信號(hào)處理裝置的各該組件更好的功能或相容性，因此，若直接以電腦予以取代，顯然可行。至于ADC介面卡則可由市面上輕易購得。據(jù)此，似乎是可以用市售的ADC直接將化學(xué)傳感器所輸出的模擬信號(hào)，準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并直接傳輸?shù)诫娔X，由電腦進(jìn)行各種數(shù)據(jù)處理，如此一來，原來的信號(hào)處理裝置和數(shù)據(jù)通訊介面就可以完全省略了。目前，部份機(jī)械傳感器或熱傳感器測(cè)定裝置，就是以電腦和ADC取代信號(hào)處理裝置，但化學(xué)傳感器從未有人這樣做。
根據(jù)上述分析，發(fā)明人等以市售的ADC，連接例如pH電極(一種電位測(cè)定用化學(xué)傳感器)和電腦，也就是說以化學(xué)傳感器→ADC→電腦的連接方式，采集化學(xué)傳感器所輸出的信號(hào)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)即使是采集數(shù)萬次化學(xué)傳感器所輸出的信號(hào)，其平均值仍然不能精確地代表該信號(hào)的實(shí)際大小，因?yàn)樵撈骄禃r(shí)而向上飄移，時(shí)而向下飄移，而且飄移幅度大，又不具規(guī)則性。
發(fā)明人等再深入研究，發(fā)現(xiàn)若在電位測(cè)定用化學(xué)感測(cè)器與電腦之間加入電壓跟隨器，也就是說以化學(xué)傳感器→電壓跟隨器→ADC→電腦的架構(gòu)，則可精確地測(cè)得化學(xué)傳感器所輸出的信號(hào)。
再者，市售的ADC，一般都是同時(shí)具有DAC(數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器)的功能，因此，似乎也可以利用電腦驅(qū)動(dòng)DAC對(duì)電流測(cè)定用化學(xué)傳感器進(jìn)行伏安法研究或在定電位電解下進(jìn)行電流測(cè)定法研究，以求得樣品中某一物料的濃度。結(jié)果發(fā)現(xiàn)雖然DAC輸出的電壓被固定，但在工作電極上的電位卻不固定(理由參見Douglas S.Skoog andDonald M.West合著的Fundamentals of Analytical Chemistry第四版第436至439頁，但該問題可經(jīng)由加入一恒電位電路予以解決。同理，對(duì)定電流電解的電位測(cè)定法的研究，也可以用恒電流電路予以解決。
此外，對(duì)于電導(dǎo)測(cè)量用化學(xué)傳感器，傳統(tǒng)儀器均以交流電源經(jīng)由轉(zhuǎn)換器降壓，作為電導(dǎo)度測(cè)定槽的交流電源，但發(fā)明人發(fā)現(xiàn)可用程序控制方式，使DAC能作為交流電源。
基于上述發(fā)現(xiàn)，在電腦、ADC/DAC、恒電位電路、電流-電位轉(zhuǎn)換器和電壓跟隨器同時(shí)存在下，配合電腦軟體，即可同時(shí)處理電流測(cè)定法、電位測(cè)定法、電導(dǎo)測(cè)定法和伏安測(cè)定法，也就是說可同時(shí)具有電位計(jì)、pH計(jì)、電流計(jì)、電導(dǎo)度計(jì)、定電流電解儀、定電位電解儀、伏安處理儀，實(shí)質(zhì)上涵蓋所有必須使用化學(xué)傳感器的所有儀器，及其延伸儀器例如離子層析儀使用電導(dǎo)度計(jì)。而傳統(tǒng)使用化學(xué)傳感器的儀器，各有其用途，不能互相轉(zhuǎn)用，例如pH計(jì)不能作為定電位電解儀，而極譜儀(屬伏安處理儀的一種)不能作為電導(dǎo)度計(jì)等。
此外，由于市售的ADC/DAC介面卡，通常兼具DIO(數(shù)位輸入輸出)功能，因此尚可兼作其他諸如泵浦或閥的控制，因此可依需要連接其他組件，使上述組合可用為諸如化學(xué)分析儀、生化分析儀、臨床分析儀、流動(dòng)注射分析、pH/電位/電導(dǎo)自動(dòng)滴定儀、離子層析儀、極譜儀，及用于化學(xué)工業(yè)或相關(guān)工業(yè)的品管分析、線上分析和監(jiān)控裝置上(參見發(fā)明人另一發(fā)明)。
本發(fā)明之一目的，在于提供一種以轉(zhuǎn)換電路和控制程序，配合化學(xué)傳感器和ADC，將化學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字電子信號(hào)傳輸?shù)诫娔X的方法。
本發(fā)明的另一目的，在于提供一種由轉(zhuǎn)換電路化學(xué)感測(cè)器、ADC和電腦所構(gòu)成的裝置。
本發(fā)明的再一目的，在于提供一種由電腦、ADC/DAC/DIO介面卡、和轉(zhuǎn)換電路所構(gòu)成的多用途裝置。
圖1為本發(fā)明以電腦直接采集化學(xué)信號(hào)的裝置的示意圖。
圖2為圖1所示裝置作為pH計(jì)時(shí)的流程圖。
圖3為本發(fā)明以電腦直接采集化學(xué)信號(hào)的裝置另一較佳具體例示意圖。
圖4為本發(fā)明以電腦直接采集化學(xué)信號(hào)的裝置又一較佳具體例示意圖。
圖5為依圖1所示裝置和圖2所示流程測(cè)得醋酸-醋酸鈉緩沖液的pH分布圖。
圖6為一電壓跟隨器的電路圖，其中ICU1日本富士通公司代號(hào)OP41 FJ9201的產(chǎn)品。
本發(fā)明指一種以電腦直接采集化學(xué)信號(hào)的方法，其中該電腦連接有一模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)，一轉(zhuǎn)換電路其將一化學(xué)傳感器連接在該模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器，該方法包含執(zhí)行一儲(chǔ)存在該電腦的控制程序而將該化學(xué)傳感器送出的信號(hào)經(jīng)由該轉(zhuǎn)換電路及該模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)；及將該數(shù)字信號(hào)輸入電腦叇依該化學(xué)傳感器的種類于該電腦中進(jìn)行該數(shù)字信號(hào)的處理。
上述該化學(xué)傳感器，可以是單一的傳感器或陣列感測(cè)器，參見德國VCH公司出版，W.Gopel，I.Hesse，和J.N.Zemel等人編輯的傳感器叢書第二冊(cè)＂化學(xué)和生化傳感器＂第6章＂化學(xué)感測(cè)中的多成份分析＂，例如參見該章節(jié)圖6-7及其說明，復(fù)數(shù)個(gè)傳感器、陣列傳感器，或其組合。此處所謂化學(xué)傳感器意指廣意的化學(xué)傳感器，包括一般人所說的生物電極、生化電極、酵素電極、氣體傳感器等。而該化學(xué)感測(cè)器之構(gòu)成方式，可為探針、電化學(xué)傳感器、液態(tài)電解質(zhì)傳感器、固態(tài)電化學(xué)傳感器、場(chǎng)效化學(xué)傳感器、卡計(jì)化學(xué)感測(cè)測(cè)器、光學(xué)化學(xué)傳感器、壓電式化學(xué)傳感器等，詳見德國VCH公司出版，W.Gopel I.Hesse和J.N.Zemel等人編輯的傳感器第二、三冊(cè)＂化學(xué)和生化傳感器＂第1、5、7、8、9、10、11、12、13、14和16章。上述的化學(xué)傳感器，可將化學(xué)信號(hào)，轉(zhuǎn)換成電子信號(hào)。
上述轉(zhuǎn)換電路可為電壓跟隨器或電流-電位轉(zhuǎn)換器。
上述電壓跟隨器，為一常規(guī)電路，例如參見Jacob Millman和ArvinGrabel合著的＂Microelectronics＂第二版第445頁。該電壓跟隨器在本發(fā)明中，用以將電位測(cè)定用化學(xué)傳感器的高阻抗電子信號(hào)，轉(zhuǎn)換成中、低阻抗電子信號(hào)。一般電位測(cè)定用化學(xué)傳感器所輸出的電子信號(hào)，均為高阻抗電子信號(hào)(一般均數(shù)十萬歐姆至數(shù)百萬歐姆)，若直接連接到ADC上，無法精確地將模擬式電子信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，但若在電位測(cè)定用化學(xué)傳感器和ADC中加一電壓跟隨器，則該問題迎刃而解。當(dāng)利用電腦驅(qū)動(dòng)一DAC作定電流電解的電位測(cè)定時(shí)，在該DAC和該電位測(cè)定用化學(xué)感測(cè)器之間必須連接一定電流電路。該定電流電路，亦為一習(xí)知的簡單電路，例如參見Dougls A.Skoog所著＂儀器分析＂第49頁。
上述電流-電位轉(zhuǎn)換器，為一常規(guī)電路，例如參見上述Jacob Milhman和Arvin Grabel合著的＂Microelectronics＂第二版第449、450頁。該電流-電位轉(zhuǎn)換器可將電流測(cè)定用化學(xué)傳感器的電流信號(hào)，轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，以利ADC將模擬式電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)再傳送給電腦。當(dāng)利用電腦驅(qū)動(dòng)一DAC作伏安法或定電位電解電流測(cè)定法的電流測(cè)定時(shí)，在該DAC及電流測(cè)定用化學(xué)感應(yīng)測(cè)器之間必須連接一定電位電路。
上述定電位電路，為一常規(guī)電路，例如參見Douglas A.Skoog所著儀器分析第49頁。該定電位電路可使DAC的輸出電位等于該化學(xué)傳感器工作電極上的電壓，亦即工作電極上的電壓為恒電壓。若以DAC直接連接化學(xué)傳感器，則DAC輸出的電壓V，和化學(xué)傳感器的工作電極上的電壓(V1)有下述關(guān)系V＝V1+V2+IR+V3+V4式中V1為相對(duì)電極的電壓，IR為電流-電阻造成的IR壓降，V3和V4分別為工作電極和相對(duì)電極的過電壓，由于V3、V4涉及復(fù)雜的動(dòng)力學(xué)極化現(xiàn)象、濃度極化現(xiàn)象，因此造成DAC的輸出電壓V為恒電壓時(shí)，化學(xué)傳感器的工作電極電壓V1不一定是恒電壓，而在電化學(xué)分析上，要求的卻是工作電極上為恒電壓，所以必須在DAC和化學(xué)傳感器之間加一定電位電路，以解決上述問題。
當(dāng)該化學(xué)傳感器祲電導(dǎo)測(cè)量用化學(xué)傳感器時(shí)，該轉(zhuǎn)換電路為上述的電流-電位轉(zhuǎn)換器，同時(shí)一附加的DAC被連接在該電導(dǎo)測(cè)量用化學(xué)傳感器與該電腦之間，并利用程序使該DAC輸出一交流電源給該電導(dǎo)測(cè)量用化學(xué)傳感器。
上述電壓跟隨器、電流-電位轉(zhuǎn)換器、定電位電路及定電流電路均為一簡單電路，必要時(shí)，可合并為一電路板，甚至構(gòu)成一介面卡，或并入ADC介面卡。上述之ADC，為一常規(guī)的電路，其可在市面上購得現(xiàn)成的ADC介面卡，最好同時(shí)具有DAC，甚至DIO，例如臺(tái)灣研華科技公司生產(chǎn)的PCL-718、PCL-818、PCL-812、PCL-812PG等介面卡都同時(shí)具有16個(gè)通道的ADC、16個(gè)DI(數(shù)字輸入)、16個(gè)DO(數(shù)字輸出)、和一至二個(gè)通道的DAC。當(dāng)然該等DAC及/或DIO通道亦可自行構(gòu)成一介面卡。此外亦可第用具有遙測(cè)界面的ADC，例如臺(tái)灣研華科技公司生產(chǎn)的ADAM 4000系列的ADC，以達(dá)到遙測(cè)化學(xué)信號(hào)的目的。
上述電腦，可為桌上型電腦(例如個(gè)人電腦、迷你電腦)、或可攜式電腦，例如筆記型電腦，次筆記型電腦，但主要指桌上型個(gè)人電腦或筆記型電腦。
上述的控制程序，可為固件或軟件，以軟件為較佳，因其可依需要隨時(shí)予以修正，或增減其偵測(cè)功能。
本發(fā)明以電腦直接采集化學(xué)信號(hào)的裝置，其包括一用于執(zhí)行一控制程序的電腦；一或多片ADC介面卡，它和該電腦連接；一或多個(gè)化學(xué)傳感器；一或多個(gè)轉(zhuǎn)換電路，其一端接于該化學(xué)傳感器，另一端接于該ADC介面卡，其中當(dāng)該化學(xué)傳感器為電位測(cè)定用化學(xué)傳感器時(shí)，該轉(zhuǎn)換電路為電壓跟隨器；或者當(dāng)該化學(xué)傳感器為電流或電導(dǎo)測(cè)定用化學(xué)傳感器時(shí)，該轉(zhuǎn)換電路為電流-電位轉(zhuǎn)換器；于是藉由該控制程序的執(zhí)行而可將該化學(xué)傳感器送出的信號(hào)經(jīng)由該轉(zhuǎn)換電路及該模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)；及將該數(shù)字信號(hào)輸入電腦叇依該化學(xué)傳感器的種類于該電腦中進(jìn)行該數(shù)字信號(hào)的處理。
當(dāng)本發(fā)明之裝置中的化學(xué)傳感器為電位測(cè)定用化學(xué)感測(cè)器，該電腦進(jìn)一步連接有一數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器(DAC)，及一定電流電路將該DAC連接至該電位測(cè)定用化學(xué)傳感器，于是可藉由該控制程序的執(zhí)行該電腦經(jīng)由該DAC及定電流電路送出一固定電流至該電位測(cè)定用化學(xué)傳感器來進(jìn)行定電流電位測(cè)定法。
當(dāng)本發(fā)明的裝置中的化學(xué)傳感器為電流測(cè)定用化學(xué)感測(cè)器，該電腦進(jìn)一步連接有一數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器(DAC)，及一定電位電路將該DAC連接至該電流測(cè)定用化學(xué)傳感器，于是可藉由該控制程序的執(zhí)行該電腦經(jīng)由該DAC及定電位電路送出一具有想要波形的電位的電流至該電流測(cè)定用化學(xué)傳感器來進(jìn)行伏安法或定電位電流測(cè)定法。
當(dāng)本發(fā)明的裝置中的化學(xué)傳感器為電導(dǎo)測(cè)定用化學(xué)感測(cè)器，該電腦進(jìn)一步連接有一數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器(DAC)，并且一數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器(DAC)連接在該電腦與該電導(dǎo)測(cè)定用化學(xué)傳感器之間，于是可藉由該控制程序的執(zhí)行該電腦經(jīng)由該DAC送出一交流電流至該電導(dǎo)測(cè)定用化學(xué)傳感器來進(jìn)行電導(dǎo)測(cè)定法。
上述的電腦、ADC介面卡、化學(xué)傳感器和轉(zhuǎn)換電路的定義同上。
本發(fā)明以電腦直接采集化學(xué)信號(hào)的裝置，可作為其他儀器，諸如上述化學(xué)分析儀、臨床分析儀、流動(dòng)分析儀等的附屬裝置，當(dāng)然也可以藉由本裝置上ADC附的DIO和DAC直接控制或監(jiān)控上述化學(xué)分析儀、臨床分析儀、流動(dòng)分析儀等的其他外加組件，構(gòu)成一由電腦直接監(jiān)控和采集化學(xué)信號(hào)的儀器，諸如化學(xué)分析儀、臨床分析儀、流動(dòng)分析儀等。
本發(fā)明以電腦直接采集化學(xué)信號(hào)的多用途裝置，其包括一用于執(zhí)行一控制程序的電腦；一或多片ADC/DAC介面，它和該電腦連接；一或多支化學(xué)傳感器；一轉(zhuǎn)換電路，其一端接于該化學(xué)傳感器，另一端接于該ADC介面，其中該轉(zhuǎn)換電路包含電壓跟隨器及電流-電位轉(zhuǎn)換器；及一或多個(gè)定電位電路；當(dāng)該化學(xué)傳感器為電位測(cè)定用化學(xué)傳感器時(shí)，該轉(zhuǎn)換電路中的電壓跟隨器被連接至該電位測(cè)定用化學(xué)感測(cè)器；而當(dāng)該化學(xué)傳感器為電流測(cè)定用化學(xué)傳感器時(shí)，該轉(zhuǎn)換電路中的電流-電位轉(zhuǎn)換器被連接至該電流測(cè)定用化學(xué)傳感器，且該定電位電路將該DAC介面連接至該電流測(cè)定用化學(xué)傳感器；而當(dāng)該化學(xué)傳感器為電導(dǎo)測(cè)定用化學(xué)感測(cè)器時(shí)，該轉(zhuǎn)換電路中的電流-電位轉(zhuǎn)換器被連接至該電導(dǎo)測(cè)定用化學(xué)傳感器，且該DAC介面連接在該電腦與該電導(dǎo)測(cè)定用化學(xué)傳感器之間；于是利用該控制程序的執(zhí)行而可將該化學(xué)傳感器送出的信號(hào)經(jīng)由該轉(zhuǎn)換電路及該ADC介面轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)；及將該數(shù)字信號(hào)輸入電腦并依該化學(xué)傳感器的種類于該電腦中進(jìn)行該數(shù)字信號(hào)的處理。
上述電腦，ADC/DAC介面、化學(xué)傳感器和轉(zhuǎn)換電路的電壓跟隨器、電流-電位轉(zhuǎn)換器和定電位電路，均與上述以電腦直接采集化學(xué)信號(hào)的方法所述者相同。該ADC/DAC介面以附有DIO功能為較佳。
上述方法和裝置中，電腦和ADC或ADC/DAC介面的連接方式，可為任意常規(guī)的連接方式，例如以介面卡的金手指插在電腦的插槽中，或以總線延伸卡，例如研華科技公司的PCX-794，PCS-795(附件九)，擴(kuò)充更多的插槽，而該等介面卡則插在該延伸卡外插的插槽中，或以PCMCIA介面連接。
為了進(jìn)一步說明本發(fā)明，以下配合圖式描述本發(fā)明的最佳實(shí)施例圖1為本發(fā)明以電腦直接采集化學(xué)信號(hào)裝置的示意圖，其中10為化學(xué)傳感器，20為電壓跟隨器，30為ADC，40為電腦。
圖2以圖1所示的裝置，進(jìn)行溶液中pH值測(cè)定之流程圖，其中ADC/DAC第用研華科技公司的PCL-714。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)參見實(shí)施例1。
圖3中，10為電流測(cè)定用化學(xué)傳感器，21為定電位電路、22為電流-電位轉(zhuǎn)換器，30為界面卡，其中31為該卡的DAC，而32為ADC，40為電腦，其中DAC賦予定電位電路21特定電位，對(duì)化學(xué)傳感器10進(jìn)行定電位電解、循環(huán)電位掃描或方波電位掃描等伏安測(cè)定，其在化學(xué)傳感器10所形成的電流，則由電流-電位轉(zhuǎn)換器22，將電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，再送至ADC轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，再送至電腦40進(jìn)行處理。該一架構(gòu)可用于伏安測(cè)定法，例如極譜儀等。
圖4中，22，30，31，32和40的定義同圖3，而10為電導(dǎo)測(cè)定用化學(xué)傳感器，其中DAC對(duì)化學(xué)傳感器10施以正弦波電位掃描，所得電流，經(jīng)由電流-電位轉(zhuǎn)換器22將電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為電阻信號(hào)，再送至ADC轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，再送至電腦40進(jìn)行處理。該架構(gòu)可用于電導(dǎo)率測(cè)定法。
實(shí)施例1以圖1所示裝置(其中電壓跟隨器的電路如圖6所示，而所第用pH電極購自丹麥Radiometer公司的PHM82型)，進(jìn)行溶液的pH測(cè)定，其中電腦為采用IBM相容的電腦(AT)，介面卡采用研華公司PCL-714 ADC/DAC介面卡，樣品為0.1M醋酸溶液，和1.0M醋酸鈉溶液，依1∶1(體積比)的比例混合，所構(gòu)成的緩沖溶液。測(cè)其pH共174次(每次測(cè)三萬多次，求其平均值)，所得數(shù)據(jù)如下表
pH 次數(shù)累積次數(shù)4.62872 24.62881719(2+17)4.62892241(19+22)4.62905495(41+54)4.629141136(95+41)4.629223159(136+23)4.629312171(159+12)4.62941 172(171+1)4.62952 174(172+2)將上表數(shù)據(jù)，繪成常態(tài)分布圖和累積分布圖如圖5。圖5中，橫軸為pH直，各該pH值上的直線，代表該pH值的測(cè)定次數(shù)，而*號(hào)則代表該pH值的累積次數(shù)，另二曲線，則一為常態(tài)分布曲線和累積分布曲線的理論圖形。由圖中可知，實(shí)驗(yàn)值的分亶和理論上的分亶狀態(tài)相當(dāng)吻合，且標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.0002。
權(quán)利要求
1.一種以電腦直接采集化學(xué)信號(hào)的方法，其中該電腦連接有一模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器，一轉(zhuǎn)換電路其將一化學(xué)感測(cè)器連接在該模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于該方法包含配合一儲(chǔ)存在該電腦的控制程序的執(zhí)行下將該化學(xué)傳感器送出的信號(hào)經(jīng)由該轉(zhuǎn)換電路及該模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)；及將該數(shù)位信號(hào)輸入電腦并依該化學(xué)傳感器的種類於該電腦中進(jìn)行該數(shù)字信號(hào)的處理。
2.如權(quán)利要求l的述的方法，其特征在于當(dāng)該化學(xué)感應(yīng)器為電位測(cè)定用化學(xué)傳感器時(shí)，該轉(zhuǎn)換電路為電壓跟隨器。
3.如權(quán)利要求2的述的方法，其特征在于該電腦進(jìn)一步連接有一數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器(DAC)，及一定電流電路將該DAC連接至該電位測(cè)定用化學(xué)傳感器，其中藉由該控制程序的執(zhí)行該電腦經(jīng)由該DAC及定電流電路送出一固定電流至該電位測(cè)定用化學(xué)傳感器來進(jìn)行定電流電位測(cè)定法。
4.如權(quán)利要求1的述的方法，其特征在于當(dāng)該化學(xué)感測(cè)器為電流測(cè)定用化學(xué)傳感器時(shí)，該轉(zhuǎn)換電路為電流-電位轉(zhuǎn)換器。
5.如權(quán)利要求4的述的方法，其特征在于該電腦進(jìn)一步連接有一數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器(DAC)，及一定電位電路將該DAC連接至該電流測(cè)定用化學(xué)傳感器，其中藉由該控制程序的執(zhí)行該電腦經(jīng)由該DAC及定電位電路送出一具有想要波形之電位的電流至該電流測(cè)定用化學(xué)傳感器來進(jìn)行伏安法或定電位電流測(cè)定法。
6.如權(quán)利要求1的述的方法，其特征在于當(dāng)該化學(xué)感測(cè)器為電導(dǎo)測(cè)定用化學(xué)傳感器時(shí)，該轉(zhuǎn)換電路為電流-電位轉(zhuǎn)換器，并且一數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器(DAC)連接在該電腦與該電導(dǎo)測(cè)定用化學(xué)傳感器之間，藉由該控制程序的執(zhí)行該電腦經(jīng)由該DAC送出一交流電流至該電導(dǎo)測(cè)定用化學(xué)傳感器來進(jìn)行電導(dǎo)測(cè)定法。
7.一種以電腦直接采集化學(xué)信號(hào)的裝置，其特征在于包括一用於執(zhí)行一控制程序的電腦；一或多數(shù)片模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)介面卡，它與該電腦連接；一或多數(shù)個(gè)化學(xué)傳感器；一或多數(shù)個(gè)轉(zhuǎn)換電路，其一端接於該化學(xué)傳感器，另一端接於該ADC介面卡；其中當(dāng)該化學(xué)傳感器為電位測(cè)定用化學(xué)傳感器時(shí)，該轉(zhuǎn)換電路為電壓跟隨器；或者當(dāng)該化學(xué)傳感器為電流或電導(dǎo)測(cè)定用化學(xué)傳感器時(shí)，該轉(zhuǎn)換電路為電流-電位轉(zhuǎn)換器；於是藉由該控制程序的執(zhí)行而可將該化學(xué)傳感器送出的信號(hào)經(jīng)由該轉(zhuǎn)換電路及該模擬-數(shù)比轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)；及將該數(shù)字信號(hào)輸入電腦并依該化學(xué)傳感器的種類於該電腦中進(jìn)行該數(shù)字信號(hào)的處理。
8.如權(quán)利要求7的述的裝置，其特征在于該化學(xué)感測(cè)器為電位測(cè)定用化學(xué)傳感器，該電腦進(jìn)一步連接有一數(shù)位-模擬轉(zhuǎn)換器(DAC)，及一定電流電路將該DAC連接至該電位測(cè)定用化學(xué)傳感器，於是可藉由該控制程序的執(zhí)行該電腦經(jīng)由該DAC及定電流電路送出一固定電流至該電位測(cè)定用化學(xué)傳感器來進(jìn)行定電流電位測(cè)定法。
9.如權(quán)利要求7的述的裝置，其特征在于該化學(xué)感測(cè)器為電流測(cè)定用化學(xué)傳感器，該電腦進(jìn)一步連接有一數(shù)位-模擬轉(zhuǎn)換器(DAC)，及一定電位電路將該DAC連接至該電流測(cè)定用化學(xué)傳感器，於是可藉由該控制程序的執(zhí)行該電腦經(jīng)由該DAC及定電位電路送出一具有想要波形的電位的電流至該電流測(cè)定用化學(xué)傳感器來進(jìn)行伏安法或定電位電流測(cè)定法。
10.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于該化學(xué)感測(cè)器為電導(dǎo)測(cè)定用化學(xué)傳感器，該電腦進(jìn)一步連接有一數(shù)位-模擬轉(zhuǎn)換器(DAC)，叇且一數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器(DAC)連接在該電腦與該電導(dǎo)測(cè)定用化學(xué)傳感器之間，於是可藉由該控制程序的執(zhí)行該電腦經(jīng)由該DAC送出一交流電流至該電導(dǎo)測(cè)定用化學(xué)傳感器來進(jìn)行電導(dǎo)測(cè)定法。
全文摘要
一種以電腦直接采用化學(xué)信號(hào)的方法，用轉(zhuǎn)換電路和化學(xué)傳感器，配合控制程序，將化學(xué)傳感器送出來的信號(hào)轉(zhuǎn)化成模擬式電子信號(hào)，再經(jīng)由模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器，將該模擬式電子信號(hào)，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，輸入電腦。
文檔編號(hào)G01N27/26GK1162742SQ9610613
公開日1997年10月22日 申請(qǐng)日期1996年4月18日 優(yōu)先權(quán)日1996年4月18日
發(fā)明者林圣富, 林智一 申請(qǐng)人:林圣富, 林智一