目錄

1、醫(yī)療領(lǐng)域的液體測(cè)量

2、不同的阻抗測(cè)量原理

2.1、恒電勢(shì)器

2.2、電流測(cè)量

2.3、循環(huán)伏安法

2.4、pH值測(cè)量

2.5、電化學(xué)阻抗分析

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對(duì)于許多應(yīng)用而言，確定液體的成分和質(zhì)量至關(guān)重要。最主要的例子是水，水是世界上最珍貴的原生資源。凈水和水過(guò)濾技術(shù)在全球發(fā)揮著重要作用，是人們生活不可或缺的部分。潔凈的水資源不斷減少，獲取潔凈用水成為日益重要的話題。但是，液體測(cè)量示例的范圍并不止限于水，還包括醫(yī)療領(lǐng)域的液體測(cè)量，例如血液、唾液和糞便，通過(guò)檢測(cè)這些物質(zhì)，確定是否患有疾病，以免影響健康。所有這些測(cè)量的基本測(cè)量原理都是相同的，即阻抗測(cè)量。

在本文中，將著重介紹醫(yī)療應(yīng)用中的液體測(cè)量，描述單個(gè)應(yīng)用以及阻抗測(cè)量的通用性。

1、醫(yī)療領(lǐng)域的液體測(cè)量

醫(yī)療領(lǐng)域最廣為人知的液體測(cè)量是血糖測(cè)量。在試紙上滴一滴血就能夠測(cè)出血液中的血糖水平。患者可以根據(jù)這個(gè)值來(lái)調(diào)節(jié)自身的藥物或飲食。未來(lái)，測(cè)量會(huì)逐步從單次測(cè)量向持續(xù)測(cè)量發(fā)展，以不斷監(jiān)測(cè)血糖水平。因此，急需高度準(zhǔn)確且節(jié)能的阻抗測(cè)量。

另一項(xiàng)液體測(cè)量應(yīng)用是透析。慢性腎衰竭患者需要過(guò)濾血液。透析液體電導(dǎo)率測(cè)量也是通過(guò)阻抗分析來(lái)完成。通過(guò)采用這種方法，可以測(cè)量pH值、電導(dǎo)率、成分和飽和度。

最后，測(cè)量患者的糞便和尿液。通過(guò)檢查人體排泄物，可以確定是否患病和出現(xiàn)異常。這是一個(gè)相對(duì)較新的醫(yī)療領(lǐng)域，可以使用多種不同的方式方法。但是，這些方法都是基于對(duì)電極實(shí)施阻抗測(cè)量，從而得出關(guān)于各種疾病的結(jié)論。例如，除了實(shí)施pH值測(cè)量外，還會(huì)進(jìn)行電導(dǎo)率測(cè)量。

當(dāng)然，之前描述的測(cè)量并不全面。在面向人類和動(dòng)物的醫(yī)療技術(shù)中，還可使用多種液體測(cè)量，例如激素測(cè)量或藥劑測(cè)量。對(duì)于這些測(cè)量，阻抗測(cè)量方法也很重要。

雖然所有測(cè)量都用于確定不同的參數(shù)，但它們始終以阻抗分析為基礎(chǔ)。這些測(cè)量雖然各有不同，但有一點(diǎn)是共同的：都迫切需要節(jié)能、節(jié)省空間的解決方案，以支持可穿戴設(shè)備。

下面介紹幾種不同的阻抗測(cè)量方法，它們一部分組合使用，一部分單獨(dú)使用，以便進(jìn)行完整分析。

2、不同的阻抗測(cè)量原理

雖然對(duì)于所有應(yīng)用，阻抗測(cè)量的基本原理都是相同的，但單次測(cè)量的功能仍然存在很大差別。下面，我們將討論與液體測(cè)量最為相關(guān)的方法。

2.1、恒電勢(shì)器

最基本和常用的測(cè)量原理是基于恒電勢(shì)器。如下圖所示，恒電勢(shì)器測(cè)量和控制工作電極（WE）和參考電極（RE）之間的電壓。通過(guò)調(diào)節(jié)流過(guò)計(jì)數(shù)器或輔助電極的電流，工作電極的電勢(shì)相對(duì)于參考電極保持恒定。

2.2、電流測(cè)量

最簡(jiǎn)單的電流測(cè)量方法是對(duì)傳感器施加偏置電壓并測(cè)量響應(yīng)電流。其中，在RE和WE之間施加一個(gè)恒定電壓，然后使用電流-電壓轉(zhuǎn)換器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）將電流剖面轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。這個(gè)電流剖面取決于傳感器和被測(cè)變量。下圖利用ADuCM355描述了這個(gè)電路。

2.3、循環(huán)伏安法

伏安法測(cè)量為電化學(xué)測(cè)量，其中電化學(xué)電池的電勢(shì)緩慢上升，然后呈線性下降。因此，測(cè)量流經(jīng)WE的電流時(shí)，電位呈三角形波形變化。

例如，伏安法被用于測(cè)量分析物的半細(xì)胞反應(yīng)活性。這種方法是一種電解形式，產(chǎn)生的電流源于氧化和還原。采用這種方法可以對(duì)樣本進(jìn)行定性和定量研究。

2.4、pH值測(cè)量

pH值測(cè)量基于半電池反應(yīng)原理，半電池反應(yīng)發(fā)生在電極膜上，與H+離子的濃度直接相關(guān)。這種勢(shì)差導(dǎo)致產(chǎn)生電壓，后者與pH值呈線性關(guān)系。對(duì)于pH值測(cè)量，存在的主要問(wèn)題是pH傳感器具有非常高的串聯(lián)電阻，因此對(duì)分析電子設(shè)備的要求非常高。

2.5、電化學(xué)阻抗分析

對(duì)于電化學(xué)阻抗分析，其中電化學(xué)電池或傳感器的阻抗是在所有不同頻率中測(cè)量。通過(guò)不同頻率下阻抗的變化，測(cè)量傳感器磨損，并自動(dòng)調(diào)整信號(hào)鏈。采用這種測(cè)量時(shí)，傳感器精度隨時(shí)間(幾天至幾周)下降，這是個(gè)問(wèn)題。這可能?chē)?yán)重影響到各種測(cè)量值的整體精度。

例如，連續(xù)血糖測(cè)量(CGM)就會(huì)出現(xiàn)這種問(wèn)題。由于測(cè)量對(duì)健康至關(guān)重要，所以需要不斷檢查傳感器的精度。示例電路如圖3所示：

前面描述的醫(yī)療測(cè)量在要求和參數(shù)方面有很大的不同，因此分別使用不同的測(cè)量方法。此外，還必須進(jìn)行溫度測(cè)量，以進(jìn)行補(bǔ)償并校準(zhǔn)溫度。為了補(bǔ)充或提高精度，必須使用多個(gè)傳感器。在離散設(shè)計(jì)中，所有這些測(cè)量都需要很大的電路板面積和很高的功耗。

論文下載：https://download.csdn.net/download/m0_38106923/19520889

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的液体测量技术：从水到血液的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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