TH14687C3 - เครื่องตรวจวิเคราะห์ทางไฟฟ้าเคมีที่มีระบบสามารถโปรแกรมได้บนชิปเดี่ยว - Google Patents

Abstract

หน้า 1 ของจำนวน 1 หน้า บทสรุปการประดิษฐ์ ในการประดิษฐ์นี้เป็นการสร้างเครื่องตรวจวิเคราะห์ทางไฟฟ้าเคมีที่มีระบบสามารถโปรแกรมได้บนขิป เดี่ยว ที่สามารถประดิษฐ์ขึ้นได้จากซิปเพียงตัวเดียว ซึ่งประกอบด้วย ไมโครคอนโทรลเลอร์ ARM? Cortex M- 3 ซึ่งควบคุมวงจรควบคุมการจ่ายศักย์ไฟฟ้าที่ทำหน้าที่จ่ายศักยิไฟฟ้าไปที่ฃั้วไฟฟ้าร่วม และรับข้อมูลจากวงจร การวัดกระแสไฟฟ้าที่ทำการวัดกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านระหว่างขั้วไฟฟ้าทำงานและขั้วไฟฟ้าอ้างอิง โดยเครื่อง ดังกล่าวมีลักษณะพิเศษ คือ ใช้แหล่งจ่ายไฟจากคอมพิวเตอร์ผ่านพอร์ตยูเอสบีความเร็วสูง มีวงจรกรองฟ้องกัน การเคลือบแฝงของสัญญาณได้ดีกว่าตัวแปลงสัญญาณอะนาลอกเป็นดิจิตอลแบบอื่น สามารถวัดกระแสไฟฟ้าที่ มีขนาดเล็กมากๆ ได้ และสามารถโปรแกรมกระแสไฟฟ้าได้ในช่วง 50 ไมโครแอมแปร์ ถึง 125 นาโนแอมแปร์ ที่ความละเอียด 10 นาโนแอมแปร์ ถึง 3 พิโกแอมแปร์ เครื่องนี้สามารถใช้วิเคราะห์ทางไฟฟ้าเคมี ได้แก่ ไซคลิกโวลแทมเมตรี (Cyclic voltammetry) แอมเพอโรเมตรี (Amperometry) และแอโนดิกสตรีปปิง โวลแทมเมตรี (Anodic stripping voltammetry)

Claims (3)

ข้อถือสิทธฺ์ (ทั้งหมด) ซึ่งจะไม่ปรากฏบนหน้าประกาศโฆษณา :หน้า 1 ของจำนวน 2 หน้า ข้อถือสิทธิ

1. เครื่องตรวจวิเคราะห์ทางไฟฟ้าเคมีที่มีระบบสามารถโปรแกรมได้บนซิปเดี่ยว ที่ประกอบด้วย วงจร ควบคุมการจ่ายศักย์ไฟฟ้า (voltage control circuit) ที่ทำหน้าที่จ่ายศักย์ไฟฟ้าไปที่ฃั้วไฟฟ้าร่วม (counter electrode) และรับข้อมูลจากวงจรการวัดกระแสไฟฟ้า (current measuring circuit) ที่ทำการวัด กระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านระหว่างขั้วไฟฟ้าทำงาน (working electrode) และขั้วไฟฟ้าอ้างอิง (reference electrode) ข้อมูลตังกล่าวจะถูกเปลี่ยนจากสัญญาณอะนาลอกเป็นดิจิตอล และถูกเก็บไว้ที่หน่วยความจำรอม (ROM) (10) วงจรการควบคุมเวลาของการเปลี่ยนศักย์ไฟฟ้า (timing circuit) เพื่อใช้กำหนดรูปแบบของ ศักย์ไฟฟ้า บอร์ดไมโครคอนโทรลเลอร์ PSoC 5LP ซึ่งบนซิปประกอบด้วย ตัวแปลงสัญญาณศักย์ไฟฟ้าจาก ดิจิตอลเป็นอะนาลอก (1) ตัวแปลงสัญญาณศักย์ไฟฟ้าแบบดิจิตอลเป็นอะนาลอกโดยการทำดิทเธอร์ (2) ออป แอมป์ (3) ตัวขยายค่าอิมพีแดนซ์ (4) ตัวแปลงสัญญาณอะนาลอกเป็นดิจิตอลแบบเดลต้าซิกม่า (5) กราวด์ เสมือน (6) ตัวสอบเทียบการวัดกระแสไฟฟ้า (7) ตัวควบคุมค่าความกว้างของลูกคลื่น (8) พอร์ตยูเอสบี ความเร็วสูง(บรBFSX9) มีลักษณะเฉพาะคือ วงจรควบคุมการจ่ายศักย์ไฟฟ้าของเครื่องตรวจวิเคราะห์ทางไฟฟ้าเคมีที่มีระบบสามารถโปรแกรมได้ บนซิปเดี่ยว (voltage control circuit) ซึ่งทำหน้าที่ควบคุมการจ่ายศักย์ไฟฟ้าไปยังขั้วไฟฟ้าร่วม โดยสัญญาณ ศักย์ไฟฟ้าแบบดิจิตอลจะถูกส่งจากไมโครคอนโทรลเลอร์แพลตฟอร์ม ARM? Cortex M-3 ให้กับตัวแปลง สัญญาณศักย์ไฟฟ้าจากดิจิตอลเป็นอะนาลอก (VDAC) (1) ความละเอียด 8 บิต และตัวแปลงสัญญาณ ศักย์ไฟฟ้าแบบดิจิตอลเป็นอะนาลอกโดยการทำดิทเธอร์ (DVDAC) (2) ความละเอียด 12 บิต ซึ่งทำหน้าที่ แปลงสัญญาณศักย์ไฟฟ้าแบบดิจิตอลไปเป็นอะนาลอก สัญญาณจะถูกส่งไปยังออปแอมป็ (3) ขนิดกำลังงานสูง (high power) เพื่อช่วยส่งกระแสไปยังขั้วไฟฟ้าร่วม ทำให้สามารถกำหนดศักย์ไฟฟ้าที่ขั้วไฟฟ้าร่วมได้อย่าง รวดเร็ว วงจรการวัดกระแสไฟฟ้าของเครื่องตรวจวิเคราะห์ทางไฟฟ้าเคมีที่มีระบบสามารถโปรแกรมได้บนซิป เดี่ยว (current measuring circuit) ซึ่งทำหน้าที่วัดกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านระหว่างขั้วไฟฟ้าทำงาน และ ขั้วไฟฟ้าอ้างอิง ที่เกิดขึ้นจากปฏิกิริยารีดักชัน-ออกซิเดชัน (รีดอกซ์) ของสารเคมีที่ขั้วไฟฟ้า โดยกระแสไฟฟ้า จะถูกส่งไปยังตัวขยายค่าอิมพีแดนซ์ (TIA) (4) ซึ่งจะนำค่าสัญญาณที่ได้รับไปเทียบกับกราวด์เสมือน (VDAC_TIA) (6) จากนั้นกระแสไฟฟ้าจะถูกเปลี่ยนเป็นศักย์ไฟฟ้าที่ตัวขยายค่าอิมพีแดนซ์ (TIA) (4) ซึ่งใช้โหมด สวิตซ์คาปาซิเตอร์/คอนทีนิวอัสไทม์ (Switched capacitor/Continuous time (SC/CT)) ในการแปลง กระแสไฟฟ้าไปเป็นศักย์ไฟฟ้า และสัญญาณศักย์ไฟฟ้าแบบอะนาลอกจะถูกเปลี่ยนให้เป็นดิจิตอลที่ตัวแปลง สัญญาณอะนาลอกเป็นดิจิตอลแบบเดลต้าซิกม่า (ADC DelSig) (5) ซึ่งมีวงจรกรองบิองกันการเคลือบแฝงของ สัญญาณ (anti-aliasing filtering) ที่สามารถสุ่มตัวอย่างสัญญาณได้ที่อัตราสูงถึง 6 เมกะเฮิรตซ์ และมีความ ต้านทานขาเข้า (input impedance) ที่สามารถถูกโปรแกรมให้มีอัตราส่วนระหว่างขนาดของสัญญาณที่ เอาต์พุตกับสัญญาณที่อินพุท (gain) ได้ถึง 8 เท่า ทั้งนี้ในวงจรมีระบบการสอบเทียบ (calibration) สัญญาณ โดยใช้ตัวสอบเทียบการวัดกระแสไฟฟ้า (IDAC calibrate) (7) ซึ่งทำหน้าที่ส่งกระแสไฟฟ้าที่ทราบขนาดไปยัง ตัวขยายค่าอิมพีแดนซ์ (TIA) (4) ซึ่งจะทำการเปลี่ยนกระแสไฟฟ้าให้เป็นศักย์ไฟฟ้า

2. เครื่องตรวจวิเคราะห์ทางไฟฟ้าเคมีที่มีระบบสามารถโปรแกรมได้บนซิปเดี่ยว ตามข้อถือสิทธิที่ 1 ที่ซึ่ง วงจรการควบคุมเวลาของการเปลี่ยนศักย์ไฟฟ้าของเครื่องตรวจวิเคราะห์ทางไฟฟ้าเคมีที่มีระบบสามารถ โปรแกรมได้บนซิปเดี่ยว (timing circuit) เพื่อใช้กำหนดรูปแบบของศักย์ไฟฟ้าให้เหมาะสมกับประเภทของการ วิเคราะห์ทางไฟฟ้าเคมี ได้แก่ ไซคลีก\'โวลแทมเมตรี (cyclic voltammetry) วัดชนิดและความเข้มข้นสารเคมี ใช้ในการวัดความจุไฟฟ้า (capacitance) และใช้ในการวัดพลังงานที่เกิดจากศักยภาพไฟฟ้าของการ หน้า 2 ของจำนวน 2 หน้า เกิดปฏิกิริยารีดอกซ์ (redox potential energy), แอมเพอโรเมตรี (amperometry) วัดความเข้มข้นของ สารเคมีตามเวลา หรือแอโนดิกสตรีปปิงโวลแทมเมตรี (anodic stripping voltammetry) วัดความเข้มข้น ของโลหะหนักในสารละลาย โดยมีตัวควบคุมค่าความกว้างของลูกคลื่น (PWM) (8) เป็นตัวกำหนดระยะเวลา ของคักย,ไฟฟ้าที\'จ่ายไปยังวงจรการควบคุมการเปลี่ยนแปลงศักยไ,ฟฟ้า และวงจรการวัดกระแสไฟฟ้าที่ขั้วไฟฟ้า ซึ่งจะควบคุมให้ อินเตอร์รัพท์เซอร์วิสรูทีน(interrupt service routine) ทำงาน

3. เครื่องตรวจวิเคราะห์ทางไฟฟ้าเคมีที่มีระบบสามารถโปรแกรมได้บนซิปเดี่ยว ตามข้อถือสิทธิที่ 1 หรือ 2 ที่ซึ่ง เครื่องตรวจวิเคราะห์ทางไฟฟ้าเคมีที่มีระบบสามารถโปรแกรมได้บนซิปเดี่ยวสามารถโปรแกรม กระแสไฟฟ้าได้ในช่วง 50 ไมโครแอมแปร์ ถึง 125 นาโนแอมแปร์ ที่ความละเอียด 10 นาโนแอมแปร์ ถึง 3 พิโกแอมแปร์