一种检测物浓度监测电路、系统及终端设备的制作方法

[0001]
本实用新型涉及生物传感器技术领域，特别地涉及一种检测物浓度监测电路、系统及终端设备。


背景技术：

[0002]
电流型生物传感系统可用来是对于人体组织中的给定检测物浓度进行连续监测。常见的电流型生物传感系统包括持续血糖监测系统。它可以通过植入体内的电流型葡萄糖传感器监测人体组织液中的葡萄糖浓度变化。实施连续不间断血糖监测可以更好的掌控糖尿病患者的血糖变化，对生活规律，活动，运动，饮食以及合理用药都具有重要的指导意义，并可以帮助患者随时发现问题，及时到医院就医。
[0003]
电流型检测物浓度检测设备用于组织液、血液或溶液中的检测物浓度检测，可通过对电化学电流的测量出的有电化学活性的检测物浓度，并对该检测物浓度进行记录、传输等操作。


技术实现要素：

[0004]
有鉴于此，本实用新型提供了电流型检测物浓度监测电路、系统及终端设备，实现了检测物浓度监测，并且在监测电路中增加预处理模块，该模块可切换电流信号流向，使监测电路增加调整检测物浓度算法功能，进而确保检测物浓度计算的准确性。
[0005]
本实用新型一个方面提供了一种检测物浓度监测电路，包括电流型电化学传感器，该电路还包括电流型电化学传感器信号预处理模块、检测物电流采集测量模块和交流阻抗测量模块，其中：电流型电化学传感器信号预处理模块的输入端与电流型电化学传感器连接，第一输出端与检测物电流采集测量模块连接，第二输出端与交流阻抗测量模块连接；电流型电化学传感器信号预处理模块用于接收电流型电化学传感器发送的电流信号，并控制该电流信号流向检测物电流采集测量模块或交流阻抗测量模块；检测物电流采集测量模块用于将所述电流信号转换为用于计算检测物浓度的电压信号；交流阻抗测量模块用于根据所述电流信号进行交流阻抗检测，并根据交流阻抗检测结果调整所述计算检测物浓度的算法。
[0006]
可选地，电流型电化学传感器信号预处理模块包括切换电路和切换控制器，其中：切换电路包括4个单刀双掷开关；切换电路的4个输入端分别与电流型电化学传感器的第一工作电极、第二工作电极、参考电极和对电极连接；切换电路的4个第一输出端与检测物电流采集测量模块连接，4个第二输出端与交流阻抗测量模块连接；切换控制器用于控制所述单刀双掷开关的闭合方向。
[0007]
可选地，切换电路的4个输入端与电流型电化学传感器的第一工作电极、第二工作电极、参考电极和对电极之间分别设有静电释放电路。
[0008]
可选地，检测物电流采集测量模块包括i/v转换电路、动态反馈回路和偏置电路；i/v转换电路包括第一运放电路、第二运放电路，第一运放电路并联第一电阻，第二运放电
路并联第二电阻，第一运放电路的反向输入端与第一工作电极所连的单刀双掷开关的第一输出端连接，第一运放电路的输出端连接第一电压输出端，第二运放电路的反向输入端与第二工作电极所连的单刀双掷开关的第一输出端连接，第二运放电路的输出端连接第二电压输出端；动态反馈回路包括第三运放电路，第三运放电路的反向输入端与参考电极所连的单刀双掷开关的第一输出端连接，第三运放电路的输出端与对电极所连的单刀双掷开关的第一输出端连接，第三运放电路的输出端还连接第三电压输出端；偏置电路的输入端与第三运放电路的同向输入端连接，偏置电路的输出端连接第四电压输出端。
[0009]
可选地，第一电压输出端与第一运放电路的输出端之间、第二电压输出端与第二运放电路的输出端之间、第三电压输出端与第三运放电路的输出端之间，以及第四电压输出端与偏置电路的输出端之间分别设有低通滤波器。
[0010]
可选地，交流阻抗测量模块包括交流激励源和信号接收处理模块；交流激励源包括串连的相位累加器、正弦只读存储器、数模转换器和相位累加器，相位累加器的输出端与4个单刀双掷开关中的一个第二输出端连接；信号接收处理模块包括串连的电流-电压转换电路、相位累加器、抗混滤波器、模数转换器和离散傅里叶变换电路，电流-电压转换电路的输入端与4个单刀双掷开关中的另外3个第二输出端之一连接。
[0011]
本实用新型另一方面还提供一种检测物浓度监测系统，包括上述检测物浓度监测电路，并且还包括微控制器、存储器和通信模块；检测物浓度监测电路的检测物电流采集测量模块和交流阻抗测量模块与微控制器连接，存储器和通信模块分别与微控制器连接；微控制器用于执行计算检测物浓度的算法，或执行计算交流阻抗测量模块调整后检测物浓度的算法。
[0012]
可选地，存储器为以下中的至少一种：程序存储器、数据存储器或静态随机存取存储器。
[0013]
可选地，通信模块为nfc通信模块或蓝牙无线通信模块。
[0014]
本实用新型又一方面还提供一种终端设备，包括上述检测物浓度监测系统。
附图说明
[0015]
为了说明而非限制的目的，现在将根据本实用新型的优选实施例、特别是参考附图来描述本实用新型，其中：
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图1是根据本实用新型实施方式提供的检测物浓度监测电路的示意图；
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图2是检测物浓度监测电路中检测物电流采集测量模块的示意图；
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图3是检测物浓度监测电路中交流阻抗测量模块的示意图；
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图4是根据本实用新型实施方式提供的检测物浓度监测系统的示意图。
具体实施方式
[0020]
本实用新型实施方式中，在监测电路中增加电流型电化学传感器信号预处理模块，该模块具有两个输出端，进而可控制电流信号的流向，其中，当流向交流阻抗测量模块时，可利用交流阻抗测量模块调整检测物浓度算法，从而确保检测物浓度计算的准确性，以下具体加以说明。
[0021]
图1是根据本实用新型实施方式提供的检测物浓度监测电路的示意图。如图1所
示，电流型电化学传感器包括4个电极，电极w1和电极w2分别为第一工作电极和第二工作电极，其用于输出电流信号，电极re为参考电极用于为电流型电化学传感器提供稳定的参考电压，电极ce为对电极用于为工作电极提供电化学反应所需要的电子。电流型电化学感器向电流型电化学传感器信号预处理模块发出电流信号(模拟信号)。
[0022]
电流型电化学传感器信号预处理模块接收电流型电化学传感器发出的电流信号，通过切换电路控制电流信号的流向。如图1所示，电流型电化学传感器信号预处理模块包括切换电路和切换控制器，切换电路包括4个单刀双掷开关分别与电流型电化学传感器的4个工作电极连接，其中，切换控制器可控制所述单刀双掷开关的闭合方向，即通过单刀双掷开关可实现两个闭合方向，一个方向为控制单刀双掷开关与第一输出端连接，处于该闭合方向时电流信号流向检测物电流采集测量模块，另一个方向为控制单刀双掷开关与第二输出端连接，处于该闭合方向时电流信号流向交流阻抗测量模块。监测电路使用时，切换控制器控制单刀双掷开关使其与第一输出端呈常态连通状态，长时间保持电流信号发送给检测物电流采集测量模块。单刀双掷开关仅周期性的切换到交流阻抗测量模块，该切换完成后需要在限定时间(例如200ms或其他可以由用户设定的时间)内完成交流阻抗的测量，测量完成后单刀双掷开关再切换回检测物电流采集测量模块。
[0023]
如图1所示，切换电路的4个输入端与电流型电化学传感器的4个电极之间，即与第一工作电极、第二工作电极、参考电极和对电极之间分别设有静电释放电路esd。静电释放电路esd能够释放由人体传递的静电，避免静电对电流型电化学传感器信号预处理模块中的电子元件造成损坏。
[0024]
图2是检测物浓度监测电路中检测物电流采集测量模块的示意图。交流阻抗测量模块包括i/v转换电路、动态反馈回路和偏置电路。如图2所示，i/v转换电路包括第一运放电路amp1、第二运放电路amp2。第一运放电路amp1并联第一电阻r2，第一运放电路amp1的反向输入端neg与第一工作电极w1所连的单刀双掷开关的第一输出端连接，第一运放电路amp1的输出端out连接第一电压输出端w1f。第二运放电路amp2并联第二电阻r1，第二运放电路amp2的反向输入端neg与第二工作电极w2所连的单刀双掷开关的第一输出端连接，第二运放电路amp2的输出端out连接第二电压输出端w2f。动态反馈回路包括第三运放电路amp3，第三运放电路amp3的反向输入端neg与参考电极re所连的单刀双掷开关的第一输出端连接，第三运放电路amp3的输出端out与对电极ce所连的单刀双掷开关的第一输出端连接，第三运放电路amp3的输出端out还连接第三电压输出端cef。偏置电路的输入端与第三运放电路amp3的同向输入端pos连接，偏置电路的输出端连接第四电压输出端bf。
[0025]
如图2所示，检测物浓度监测电路中检测物电流采集测量模块包括两个偏置电路，即偏置电路re bias和偏置电路we1/we2 bias，两个偏置电路分别给参考电极re和第一工作电极w1、第二工作电极w2提供可编程的偏置电压。第一运放电路amp1和第二运放电路amp2用于将第一工作电极w1和第二工作电极w2电极上的电流信号转换为电压信号。第三运放电路amp3为动态反馈回路，为电流型电化学传感器提供稳定的参考电压点，以及为第一工作电极w1和第二工作电极w2提供稳定电流源。i/v转换电路中电阻r1和r2用于配置第一运放电路amp1和第二运放电路amp2的i/v转换放大倍数，电阻rf和电容cf组成一个无源一阶低通滤波器，用于滤除电流型电化学传感器的固有噪音。
[0026]
图3是检测物浓度监测电路中交流阻抗测量模块的示意图。如图3所示，交流阻抗
测量模块包括交流激励源和信号接收处理模块。交流激励源包括串连的相位累加器phaseaccumulator、正弦只读存储器sin rom、数模转换器dac和可编程增益仪表放大器pga，相位累加器的输出端与4个单刀双掷开关中的一个第二输出端连接。交流阻抗测量时，由相位累加器生成交流正弦波的电压信号值，并存储于正弦只读存储器sin rom中，模数转换器dac读取该值后输出正弦波信号，通过可编程增益仪表放大器pga输出到电流型电化学传感器的一个电极上。
[0027]
如图3所示，信号接收处理模块包括串连的电流-电压转换电路currenttovoltage、可编程增益仪表放大器pga、抗混滤波器antialiasfilter、模数转换器adc和离散傅里叶变换电路dft。电流-电压转换电路的输入端与4个单刀双掷开关中的另外3个第二输出端之一连接。交流激励信号经过人体皮下组织液之后，通过电流型电化学传感器的另一个电极回到信号接收处理模块，在该模块中首先对交流激励信号进行电流-电压转换，然后经过可编程增益仪表放大器pga放大后，进入抗混(叠)滤波器antialiasfliter，最后送入模数转换器adc，转换而成的数字信号进过离散傅里叶变换，获得了一个包含实部和虚部的交流阻抗。
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图4是根据本实用新型实施方式提供的检测物浓度监测系统的示意图；如图4所示，该系统中包括如图1所示的检测物浓度监测电路，同时还包括微控制器、存储器和通信模块；检测物浓度监测电路的检测物电流采集测量模块和交流阻抗测量模块与微控制器连接，存储器和通信模块分别与微控制器连接；微控制器用于执行计算检测物浓度的算法，或执行计算交流阻抗测量模块调整后检测物浓度的算法。
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本实用新型实施方式中使用的微控制器具有超低的休眠功耗，较低的工作电流，以及具备傅里叶变换的处理能力；同时该微处理器还包括通用输入输出端口，定时器，通用异步收发器，监控软件，内部时钟，调试端口等。数据传输方面微控制器可以外接蓝牙芯片或者蓝牙模块，实现检测物浓度数据的蓝牙传输功能。微控制器还会监测芯片及其外设，以及电流型电化学传感器的工作状态，如有异常可以提供报警信息。
[0030]
存储器至少为程序存储器、数据存储器或静态随机存取存储器中的一种，程序存储器和数据存储器需选用非易失存储器，至少需满足200次的擦除寿命，静态随机存取存储器为通用结构。通信模块为nfc通信模块或蓝牙无线通信模块，其中，nfc通信模块支持无线电频率非接触式通信，电源可以nfc自供电，并且可以唤醒微控制器。
[0031]
本实用新型实施方式中还提供一种终端设备，包括检测物浓度监测系统、显示屏、按键、电池等，该终端设备用于接收目标检测物监测数据，并进行显示、存储等操作。
[0032]
上述具体实施方式，并不构成对本实用新型保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，取决于设计要求和其他因素，可以发生各种各样的修改、组合、子组合和替代。任何在本实用新型的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型保护范围之内。