《具有光伏电源的分析设备.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《具有光伏电源的分析设备.pdf（15页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。
1、(10)申请公布号 CN 102884424 A (43)申请公布日 2013.01.16 CN 102884424 A *CN102884424A* (21)申请号 201180021314.4 (22)申请日 2011.02.25 12/714,411 2010.02.26 US G01N 27/00(2006.01) (71)申请人 迪奥尼克斯公司 地址 美国加利福尼亚州 (72)发明人 M. 瓦纳 W.D. 凯斯 (74)专利代理机构 北京市柳沈律师事务所 11105 代理人 张丽新 (54) 发明名称 具有光伏电源的分析设备 (57) 摘要 一种分析设备， 包括传感器、 分析电路和电。
2、 源。该电源包括由光源和用于响应于来自光源的 光产生电动势的光伏电池形成的光耦合器。该光 耦合器配置为向分析电路提供电动势。该电源可 配置用于电力供应和提供给分析电路的作为结果 的电动势之间的分隔。本发明的各种方面旨在提 供用于电化学检测器的一个或多个元件的电源。 还公开了一种向分析仪器供电的方法。 (30)优先权数据 (85)PCT申请进入国家阶段日 2012.10.26 (86)PCT申请的申请数据 PCT/US2011/026196 2011.02.25 (87)PCT申请的公布数据 WO2011/106613 EN 2011.09.01 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明。
3、书 9 页 附图 3 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 9 页 附图 3 页 1/2 页 2 1. 一种分析设备， 包括 ： 传感器 ； 分析电路 ； 以及 电源， 该电源包括 ： 光耦合器， 具有 ： 由电力激活的光源 ； 和 用于响应于来自光源的光产生电动势的光伏电池 ； 其中该光耦合器配置为向所述分析电路提供电动势。 2. 根据权利要求 1 所述的设备， 其中所述电动势是电压。 3. 根据权利要求 2 所述的设备， 其中所述电压是绝缘电压。 4. 根据权利要求 2 所述的设备， 其中所述电压小于 3V。 5.根据权利要求4所述的设。
4、备， 其中所述电压是实质上稳定的且在约+/-3mV的范围内 波动。 6. 根据权利要求 4 所述的设备， 其中电压信号的噪声电平小于 50dB。 7.根据权利要求2所述的设备， 其中所述电压是实质上稳定的且产生表示约+/-0.5微 库伦的电荷速率改变的电流。 8. 根据权利要求 1 所述的设备， 其中所述电动势是电流。 9. 根据权利要求 1 所述的设备， 其中所述光耦合器还包括光源和光伏电池之间的绝缘 边界。 10. 根据权利要求 9 所述的设备， 其中所述绝缘边界是足以使光源和光伏电池电去耦 的分隔距离。 11. 根据权利要求 1 所述的设备， 其中所述电源还包括 ： 用于提供电力的电力供。
5、应装置 ； 以及 用于控制该提供电力的电力供应装置的控制器。 12. 根据权利要求 1 所述的设备， 其中通过空隙、 透镜、 镜子、 光纤构件和其组合中的一 个来光学耦合光源和光伏电池。 13. 根据权利要求 1 所述的设备， 其中分析电路包括用于调整来自光伏电池的电动势 的调节器。 14. 根据权利要求 12 所述的设备， 其中所述传感器配置用于进行样品的电化学分析。 15. 根据权利要求 14 所述的设备， 其中耦合器直接连接到所述传感器。 16. 根据权利要求 1 所述的设备， 其中所述传感器包括参考电极。 17. 根据权利要求 16 所述的设备， 其中所述传感器是电化学检测器。 18.。
6、 一种包括权利要求 1 所述的分析设备的分析仪器。 19. 一种包括权利要求 1 所述的分析设备的色谱系统。 20. 一种分析样品的方法， 包括 ： 从电源提供电力 ； 将该电力转变为光信号 ； 将该光信号转变为电动势 ； 以及 用该电动势向分析设备的电极供电， 以用于在该设备内的样品的分析检测。 权 利 要 求 书 CN 102884424 A 2 2/2 页 3 21. 根据权利要求 20 所述的方法， 还包括 ： 测量来自与该电极接触的样品的电化学响应。 权 利 要 求 书 CN 102884424 A 3 1/9 页 4 具有光伏电源的分析设备 技术领域 0001 本发明总体上涉及包括。
7、电源的分析设备。 背景技术 0002 现代的分析系统典型地由电流和电压供电。 虽然该系统的子元件可以由主系统电 力供电， 但是该电力必须对于每个元件都转变 （transform） 为期望的电压或电流。一些元 件需要较窄变化范围和 / 或具有较低噪音的非常低电平的稳流或稳压， 而这可能很难基于 该主系统电力产生。 0003 在生物化学和分析化学领域， 实验室的研究人员有时基于电化学响应中的小差别 来分析样品。 为此， 电化学检测器通常需要固定的、 小电力的输入并显现出对电流或电压上 的微小波动和变化的较高敏感度。电化学检测器可以使用由施加偏压操纵的参考电极组 合。该偏压施加在两个电极中间， 其中。
8、一个电极承载电化学检测器的输出信号。进而 （in turn） ， 该检测器连接到记录设备， 该记录设备提供对发生在该检测的活性表面 （active surface） 上发生的事件的永久性记录。 0004 生物医学和生物化学调查中的重要问题是监测生物活性化合物的微小量 （例如， 微微克 (picogram) 或毫微微克 (femtogram) 级别） 的能力。这转化为对如下分析系统的需 要 ： 对目标化合物足够敏感、 在生理学上相关浓度范围上的线性， 以及与剩余系统元件的兼 容性。该系统通常需要固定和精确的电力供应装置。即使是偏离期望的电压的较小改变也 会导致巨大的性能误差。 0005 另一个对。
9、敏感的电子仪器的重要的考虑是减少或去除由电力供应装置造成的噪 声。在检测器电极的例子中， 噪声可能是尤其令人烦恼的。检测器电极表现出相对高的阻 抗， 该电极要求偏压电力供应装置 （biasing power supply） 高度绝缘 （insulation） ， 从而 保持足够的噪声性能。与之相反， 其它研究元件典型地由高电压供电且对噪声和电压波动 相对地不敏感。当高电源将噪声引入更敏感的元件时产生了问题。来自电力供应装置的小 的改变、 误差以及噪声可以导致设备和系统的精确度上的巨大误差。电力供应输出上的较 大改变因此限制被供电设备的敏感度。 0006 一种向电化学检测器供电的方法是用传统的 。
10、AC 电力供应装置。AC 电力供应装置 典型地和变压器组合使用以将系统电力转换为用于检测器的固定的偏压。然而， AC 电力供 应装置固有地产生噪声并且因此不适合用于敏感的电子元件。 0007 另一种向电化学检测器供电的方法是用传统的DC/DC电力供应装置。 与AC电力供 应装置类似， 传统的 DC/DC 电力供应装置典型地向传感器电路注入显著电平的转换信号噪 声。注意到在当使用 DC/DC 电力供应装置向连接到浮动电极的前端放大器级供电时发现同 样的问题。高效的操作需要良好的绝缘 （insulation） 和电力噪声隔离 （separation） 。已 经发现传统的DC/DC电力供应装置在向敏。
11、感的设备 （诸如电化学检测器） 供电时通常在偏压 中产生不能接受的误差和 / 或向系统注入过多的噪声。 0008 此外， 特别是在流体环境中， 传统的电力供应装置表现出如何使设备接地而没有 说 明 书 CN 102884424 A 4 2/9 页 5 串音的问题。 在一些情况下， 例如当在有易燃的化合物的情况下工作时， 传统电源的接线和 开触点 （open contact） 甚至表现出安全危险。 0009 另一种用于向系统元件供电的方法使用单独的、 自含的 （self-contained） 电源， 例如标准电池。 标准电化学电池减少向系统中引入噪声的风险。 但是电池表现出若干缺陷。 一个缺陷是。
12、， 用户更希望系统只使用一个电源。优选地， 该系统插入持续可用的电源 （诸如 电插座） 中。电池还表现出其自身特有的问题， 例如缓慢放电和需要手动更换。该系统典型 地不得不被设计为考虑随着电池老化的电漂移。电池还占用空间， 这对于一些应用也可以 是有问题的。此外， 电池无法接通和断开。 0010 鉴于前述， 具有克服已知的电力供应装置的上述和其它缺点的方法和装置会是有 利的。 0011 提供一种可以提供处于对于高敏感度设备足够的范围内的小电压的电力供应装 置会是有利的。提供一种改进的、 用于和生物医学和生物化学测试和分析设备一起使用的 电力供应装置会是有利的。 0012 提供一种提供恒定和精确。
13、的电流和电压的电力供应装置会是有利的。 提供一种具 有最小噪声的电力供应装置会是有利的。提供一种用于提供一致的、 绝缘的电压或电流的 方法和设备会是有利的。 0013 提供一种与现有的系统结合且不需要单独的电力连接的电力供应装置会是有利 的。提供一种减少或去除接地问题的电力供应装置会是有利的。提供一种浮动的且可以提 供在电子系统不同部分的电力供应装置会是有利的。 提供一种可以接通和断开的电力供应 装置会是有利的。 0014 提供一种和分析检测器结合的电源会是有利的。 0015 本发明的设备和方法提供了这些和其它的优点。 发明内容 0016 概括而言， 本发明的一个方面针对分析设备， 其包括传感。
14、器、 分析电路以及电源。 该电源包括光耦合器， 光耦合器具有由电力激活的光源和用于响应于来自光源的光产生电 动势的光伏电池。该光耦合器配置为向所述分析电路提供电动势。 0017 在各个实施例中， 所述电动势是电流。在各个实施例中， 所述电动势是电压。在各 个实施例中， 所述电压是绝缘的电压。 0018 在各个实施例中， 输出电压小于 3V。在各个实施例中， 电压在约 1.25V 和约 2V 之 间。在各个实施例中， 电压在约 1.5V 和约 1.7V 之间。在各个实施例中， 电压大约是 1.6V。 在各个实施例中， 电压是大约 1.601V 到大约 1.608V。 0019 在各个实施例中， 。
15、电压在较窄的变化范围内实质上恒定。在各个实施例中， 电压 在约 +/-3mV 的范围内波动。在各个实施例中， 电压在约 +/-16 微伏的范围内波动。在各 个实施例中， 电压在约 +/-0.7 微伏的范围内波动。在各个实施例中， 电压在期望电压的约 +/-0.05% 的范围内波动。在各个实施例中， 电压在期望电压的约 +/-0.01% 的范围内波动。 0020 在各个实施例中， 噪声电平小于 125dB。在各个实施例中， 输出电压的噪声电平小 于约 50dB。在各个实施例中， 输出电压的噪声电平小于约 100dB。 0021 在各个实施例中， 电压实质上稳定且产生表示约+/-0.5微库伦/秒或。
16、更少的电荷 说 明 书 CN 102884424 A 5 3/9 页 6 速率变化 （charge rate variation） 的电流。在各个实施例中， 电压实质上稳定且产生表 示约 +/-20 微微库伦 / 秒的电荷速率变化的电流。在各个实施例中， 电压基本稳定且产生 表示约 +/-6 微微库伦 / 秒的电荷速率变化的电流。 0022 在各个实施例中， 输出电流小于约 1mA。在各个实施例中， 输出电流小于约 30 微 安。在各个实施例中， 输出电流小于约 1.5 微安。在各个实施例中， 输出电流在窄的变化范 围内实质上稳定。 在各个实施例中， 电流在约+/-0.5微安的范围内波动。 在。
17、各个实施例中， 电流在约 +/-20 微微安的范围内波动。在各个实施例中， 电流在约 +/-6 微微安的范围内波 动。 0023 在各个实施例中， 光耦合器包括光源和光伏电池之间的绝缘边界。在各个实施例 中， 该绝缘边界是足够电去耦光源和光伏电池的分隔距离。电力供应装置的输出部分可以 通过绝缘边界与向光源供电的仪器的剩余部分绝缘。在各个实施例中， 跨绝缘边界的绝缘 电阻是大约 10M 欧姆。在各个实施例中， 跨绝缘边界的绝缘电阻是大约 10T 欧姆。在各个 实施例中， 跨绝缘边界的绝缘电容小于10pF。 在各个实施例中， 跨绝缘边界的绝缘电容小于 约 1pF。 0024 在各个实施例中， 电源。
18、还包括用于提供电力的电力供应装置以及用于控制该电力 供应装置的控制器。 0025 在各个实施例中， 通过空隙、 透镜、 镜子、 光纤构件和其组合中一者光学耦合光源 和光伏电池。 0026 在各个实施例中， 分析电路包括用于调整来自光伏电池的电动势的调节器。该分 析电路可包括在 PV 电池和调节器之间的预调节器。在各个实施例中， 该分析电路包括放大 器。 0027 在各个实施例中， 传感器配置用于进行样品的电化学分析。耦合器可直接连接到 所述传感器。在各个实施例中， 传感器包括参考电极。在各个实施例中， 传感器是电化学检 测器。 0028 本发明的各个方面针对一种包括以上分析设备和电源的分析仪器。
19、。 本发明的各个 方面针对一种包括以上分析仪器的色谱系统。 0029 本发明的各个方面针对一种分析样品的方法， 包括从电源提供电力， 将该电力转 变为光信号， 将该光信号转变为电动势以及用该电动势向分析设备的电极供电用于在该设 备内的样品的分析检测。在各个实施例中， 该方法包括测量来自与该电极接触的样品的电 化学响应。 0030 本发明的装置和方法具有的其它特性和优点， 会由附图以及下述的本发明的详细 描述变得显而易见或在其中得以更详细的说明， 附图并入并形成本申请的一部分， 附图及 本发明的详细描述共同起到解释本发明的原理的作用。 附图说明 0031 图 1 是包括具有依照本发明的用于检测单。
20、元 （detection cell） 的电源的分析设 备的色谱系统 （chromatography system） 的示例的框图。 0032 图 2 是图 1 的系统的示例性检测单元放大了的示意图。 0033 图 3 是图 1 的示例性分析设备的一部分的电路图， 示出电源和连接到参考电极的 说 明 书 CN 102884424 A 6 4/9 页 7 分析电路。 具体实施方式 0034 下面将详细参照本发明的各个实施例， 实施例的例子在附图中得以图示。尽管将 结合各个实施例描述本发明， 可以理解其并不旨在将本发明限制为那些实施例。 反之， 本发 明旨在覆盖可以包括在如所附的权利要求限定的本发明。
21、的主旨和范围之内的替代物、 变型 和等同物。 0035 请注意在各个图中， 附图中同样的元件由同样的参考标记表示。 0036 图 1 示出用于生物化学分析的示例性系统。总体标为 25 的该示例性系统是离子 色谱系统。该系统的各个方面类似于由加利福尼亚州 Sunnyvale 的 Dionex Corporation 出售的和 RSLC 系统， 以及 ICS-3000 和 ICS-5000DC 的各个方面。 0037 该系统包括总体标为 27 的分析设备及其它元件。该示例性系统是包括分析设备 27、 注入器 28、 柱 (column)30 和泵 32 的离子色谱系统。 0038 电力供应装置 3。
22、4 向旨在的仪器提供主输入电力。分析设备 27 包括总体标为 35 的传感器、 电源 37 以及总体标为 39 的分析电路 （图 1） 。在各个实施例中， 传感器 35 是检测 器。分析电路和传感器可以是集成单元或分立且单独的元件。 0039 示例的传感器是多电极检测单元。检测单元包括参考电极 Er、 工作电极 Ew、 对电极 (counter electrode)Ec和辅助电极 Ea。分析设备和传感器的各个方面与名为 Electrochemical Detection Cell for Liquid Chromatography System， 于 2010 年 2 月 10 日提交的 US。
23、 申请号 12/703,668 中描述的设备类似， 通过引用将全部内容并入这里。设 备和传感器的多个部分类似于在由加利福尼亚州Sunnyvale的Dionex Coporation出售的 PED、 ED50 和 ED 检测器中的部分。 0040 如图 1 所示， 主电力可以来自该仪器之外的任何传统的源。在各个实施例中， 主电 力来自系统的另一个元件或电力供应装置34。 该主电力还可以由充电的电池提供。 该主供 应电力不形成本发明的一部分。 0041 来自电力供应装置 34 的主电力馈送给电流源 42。进而， 该电流源向总体标为 44 的光耦合器供电。该光耦合器包括光源 46 和光伏 （PV） 。
24、电池 48。在各个实施例中， 如图 3 所示， 在光源和光伏电池之间提供绝缘边界 49。该光耦合器如图 1 中所示连接到分析电路 39。 0042 再次参考图1， 光耦合器44配置为提供电动势到示例的检测单元电极。 光源46由 来自电流源 42 的电力激活 （activate） 以提供光信号。该光信号传输到 PV 电池 48。该 PV 电池配置为响应于来自光源的光信号产生电动势。 0043 在各个实施例中， 适当的恒定的 DC 电压电平向电流源供电以驱动作为光耦合器 44 的一部分的光源 46。分析设备 27 可选地包括用于控制电流源 42 的控制器。如需要， 该控制器可以产生信号以使能或禁止。
25、分析设备 27， 或改变传输到电力供应装置和检测单元 35 的电极的绝缘的部分 （图 3 中示出） 的功率值。 0044 光耦合器 44 的各个方面类似于 TLP591B 光电耦合器 （GaAlAs Ired&Photo-Diode Array） 和 TLP 190B 光电耦合器 （GaAlAs Ired&Photo-DiodeArray） 的各个方面， 上述两者 均由日本东京的东芝公司出售。光耦合器的各个方面类似于由加利福尼亚州的 Clare of 说 明 书 CN 102884424 A 7 5/9 页 8 Milpitas出售的型号为CPC1824的4V输出太阳能电池。 在一些方面， 光。
26、耦合器可以出自常 用部件。光耦合器可以由照亮作为电动势 （emf） 源的一个半导体光伏电池 （或多个电池） 的 LED 光源形成。在各个实施例中， PV 单元是标准的光电二极管。应该理解该 PV 电池可以由 用来将光源的光信号转换为电动势的任何数目的设备和配置形成。 0045 在各个实施例中， 光源和 PV 电池是直接接触的单独的、 不同的部件， 使得存在穿 过该光耦合器的固定的光学和机械的路径。光源和 PV 电池可以通过同质的金属接点来耦 合。光源和 PV 电池之间良好的耦合可以减少考虑温度变化和其它因素的需要。光源 46 和 PV 单元 48 由耦合器件 50 光学耦合。耦合器件 50 总。
27、体配置为将来自光源的光传输和 / 或 校准到 PV 电池上。该耦合器件可以是物理的空隙 （gap） 、 透镜、 镜子、 光纤器件和 / 或其它 合适的手段。 0046 光耦合器 44 可以由分立的光源和 PV 电池构成， 分立的光源和 PV 电池彼此邻近放 置或通过用于在光源和 PV 电池之间传递光的光学系统连接。市场上有各种各样的光耦合 器元件， 其中光源和 PV 电池两者位于共同的外壳中。这些元件通常在电力电子技术中用于 切换 MOS 场效应晶体管和 IGBT 晶体管同时将控制电路保持在不同的参考电势。 0047 由于光耦合器将来自电流源 42 的电流转换为光信号， 因此使在耦合器中传输电。
28、 噪声的固有风险显著最小化。光源 46 和 PV 电池 48 之间的耦合通常限制为光信号 ； 光源和 PV 电池彼此电绝缘。因此， 光耦合器固有地提供良好的电绝缘而无需复杂的屏蔽等。 0048 光源 46 和 PV 电池 48 可选地由实际的绝缘边界 （insulation boundary） 49 分开。 该绝缘边界可以是物理物体或足够去耦合或减少设备之间的干扰的分隔距离。 示例性的分 隔距离是大约 1mm。应该理解取决于期望的电介强度和其它参数可以使用其它的距离。应 该理解由于光源和 PV 电池功能上绝缘， 机械或物理的分隔距离可能是不必要的或可以是 最少的。 0049 光耦合器 44 响。
29、应于来自电流源 42 的电流输入而输出电动势。该电动势从光耦合 器， 通过 PV 电池 48 连接到要被供电的仪器。在各个实施例中， 该电动势是要施加到电化学 检测器上的偏压。 0050 在示例性实施例中， 光耦合器通过调节器 （regulator） 51 直接连接到设备的 电极对。该调节器电路可以形成为要被供电的仪器的一部分或可以与该设备的操作 （operative） 元件分隔开。 0051 在各种实施例中， 设备 27 是用于进行对样品的电化学分析的仪器。在各个实施例 中， 传感器包括参考电极。在各个实施例中， 传感器是电化学检测器。该电化学检测器可以 是高阻抗检测器。 0052 在各个实。
30、施例中， 分析电路包括用于在来自 PV 电池 48 的电动势施加到传感器 35 之前调整 （condition 调节） 该电动势的调节器 51。作为结果的来自该光耦合器的电压可 以在可选的调节器 51 中被进一步调整、 调节和 / 或过滤。该调节器从光耦合器接收电动势 并将其转换为期望的电流或电压特性。 0053 PV电池和调节器通常构成次级电力供应系统或电路。 来自调节器的输出电流或电 压与构成电力供应装置34、 电流源42和光源46的主电力供应系统良好地绝缘。 因此， 此次 级电路可以直接连接到传感器 35 的高阻抗输出而不会显著地影响传感器输出信号。 0054 传感器 35 连接到数据获。
31、取 （测量） 单元 55。测量单元 55 可以由高输入阻抗放大 说 明 书 CN 102884424 A 8 6/9 页 9 器， 信号调整器 （signal conditioner） 和模数转换器组成， 以量化来自传感器的测量的信 号。 0055 图 3 是包括根据本发明的电源的传感器仪器 27 的示意图。该示例性电源配置为 电压调节器， 用于向传感器提供特定的电压。从这里的描述应该理解电源可配置为电流调 节器。还应该理解可以取决于应用需求改变和调整元件。 0056 示例性检测仪器包括连接到检测器的参考电极 Er的电源 37。该型例性电源分成 由绝缘边界 49 分开的两个总体部分。在次级部分。
32、中， 由光耦合器的光伏电池从主 （发射器） 电路接收电力。 在次级电路中， 来自光耦合器的输出提供到调节器51， 其进而向示例性传感 器电极供电。在各个实施例中， 调节器 51 包括两级， 总体被描述为第一级的元件 56 和第二 级的元件 53 和 58 以及 C5、 R5 和 R6。在各个实施例中， 该调节器包括单个级。可以理解调 节器可以包括三个或更多的级， 或可以省略调节器。 通常一个或更多个级一起被视作 “电压 调节器” 。 0057 电阻 R2 表示输入到光耦合器 44 的光源 46 的电流源 42。示例性光耦合器使用发 光二极管 （LED） 作为光源。晶体管 Q1 配置为控制 （例。
33、如使能或禁止） 电流源由此控制电路。 0058 光耦合器提供在供应电力和分析检测电路之间的绝缘边界， 且调节对仪器的电 压。在各个实施例中， 光耦合器包括两个或更多个光源。在各个实施例中， 光耦合器包括两 个或更多个 PV 电池。在各个实施例中， 光源和 PV 电池形成为单个的、 整体的元件或放置在 单个的外壳中。光源和 PV 电池的数目和配置可以取决于应用而改变。 0059 在各个实施例中， 通过控制光源的光强度控制或调节 （modulate） 电流源提供的电 力。光源的强度因此控制来自 PV 电池的作为结果产生的电压。因此， 光耦合器允许调节提 供的电流而没有伴随传统系统的典型问题， 诸如。
34、噪声干扰和电压波动。 0060 如从这里的描述所理解的， 光耦合器可以直接连接到要被供电的仪器。 可选地， 可 以改变或调节由光耦合器产生的电动势。 直接连接是指直接的接触而不使用中间的设备和 / 或导线 （wire） 。在各个实施例中， 电源和分析电路放置在单独的支撑上。光耦合器可以 安装在电路板上并且连接到集成电路。 0061 在示例性分析设备中， 在可选的三点预调节器 56 中预调节由 PV 电池 48 产生的 次光电电压。应该理解预调节器 56 的使用取决于应用。预调节器限制电压变化对最末的 （final） 低噪声调节器级的影响。该预调节器还保护最末的调节器 51， 该调节器可能无法 。
35、经受最大的空载光耦合器电压。 0062 如上所述， 光耦合器 44 提供电绝缘的输出电压或电流。然而， 该光耦合器会引入 小量的噪声到系统中。为此， 设备 27 可配置有抑制 （reject） 下游 （downstream） 电噪声的 手段。该示例性设备包括可选的精度、 低静态电流电压参考 58 和可选的设备 53。由反馈电 阻 R5 和 R6 的组合限定运算放大器增益以在输出提供期望的偏压。在各个实施例中， 参考 和放大器起到在电压或电流施加到参考电极之前过滤噪声的作用。可选的调节器 51 还可 配置为抑制来自光耦合器的噪声。 本领域的普通技术人员从这里的描述可以理解如何调整 参考和放大器以。
36、适合特定的设备应用。 0063 该示例性设备向用于分析检测器的参考电极Er供电。 在下游从放大器连接单个的 Pt-Pd 电极。根据本发明的电源还向工作电极施加电压或电流。从这里的描述可以理解可 以对根据本发明的系统进行各种改变。可由单个的电源对两个或更多个电极供电。该设备 说 明 书 CN 102884424 A 9 7/9 页 10 可以在各个配置中包括多个电极， 每个由单独的浮动电源供电。 0064 以上描述的光耦合器和电源可以配置为向系统中各种的仪器提供电压。在 各个实施例中， 不是在检测单元中驱动偏压电极， 而是电源配置为浮动电源从而向前 置放大器或整个传感器电路提供电力。该传感器电路。
37、还可以使其输出信号是电绝缘 的 （galvanically-insulated）且通过诸如光纤链路或 RF 发送器的光学绝缘 （optical insulation） 提供输出信号。 0065 图 3 中向下的箭头表示到参考地的连接。在各个实施例中， 光耦合器参考仪器 （传 感器） 信号而不是共用系统地。取代共用地， 电源和光耦合器是浮动的且提供相对电压， 该 相对电压不论放置在整个系统中何处都保持同样的电势。以此方式， 该电源是 “浮动的” 且 原样可被用在需要参考电压或电流的各处。 0066 在操作和使用中， 来自传统电力供应电路的电流输入到光耦合器44的光源46。 在 供应源和仪器之间的。
38、电力传输通过将电转换为光耦合器的光源 46 中的光来进行。 0067 然后该光转变回电动势 （emf） 。这个 emf 与为光源提供电力的主电力供应电路功 能性地 （电气地） 绝缘。主次电路之间的绝缘 （AC 和 DC 耦合） 因此可以减少或几乎去除。因 此， 输出电压或电流可被用来产生电极偏置或驱动电路， 其直接连接到源自诸如电化学检 测单元的高阻抗源的测量的信号。这个转换原理通常不依赖于使用交变电流 （AC） ， 而使用 交变电流在使用变压器的现有实施中会是常见的。 0068 来自光耦合器的输出可以由施加到光源的电流源控制从而控制光强度。 然而可以 理解， 由光耦合器输出的电动势可以基于除。
39、了光强度之外的多个因素。从光耦合器输出的 电流或电压可以被确定为包括但不限于温度、 导电率、 额外的检测单元端子处的电压以及 其它因素的其它属性的函数。 0069 来自光耦合器的电动势被用于向示例性传感器 35 供电。在各个实施例中， 该电动 势是在用于检测和 / 或分析样品中的目标分析物的充分条件下施加到检测电极的电压。从 这里的描述可以理解根据本发明的设备提供一种既精确又绝缘的电压或电流。由 “绝缘” （insulated） ， 其意味着输出电路电势可以相对于输入电力 （例如， 对光耦合器光源的系统 供给电力） 改变而不会影响该电路。此外， 供给到示例性检测器电极的电力没有绑缚于任何 公共。
40、地。在各个实施例中， 输入和输出 （浮动） 电路之间的电势差可以高达约 10V。在各个 实施例中， 输入和输出 （浮动） 电路之间的电势差可以高达约 100V。 0070 电力供应装置的输出部分通过绝缘边界 49 与向光源供电的仪器剩余部分绝缘。 在各个实施例中， 跨绝缘边界 49 的绝缘电阻是大约 10M 欧姆。在各个实施例中， 跨绝缘边 界 49 的绝缘电阻是大约 10T 欧姆。在各个实施例中， 跨绝缘边界 49 的电容小于 10pF。在 各个实施例中， 跨绝缘边界 49 的电容小于 1pF。 0071 在各个实施例中， 电压小于 3V。在各个实施例中， 电压在约 1.25V 和约 2V 。
41、之间。 在各个实施例中， 电压在约 1.5V 和约 1.7V 之间。在各个实施例中， 电压大约是 1.6V。在各 个实施例中， 电压是大约 1.601V 到大约 1.608V。在各个实施例中， 电压在较窄的变化范围 内实质上恒定。在各个实施例中， 电压在约 +/-16mV 的范围内波动， 优选在约 +/-3 微伏的 范围内波动， 并且更优选地在约 +/-0.7 微伏的范围内波动。在各个实施例中， 电压在期望 电压的约 +/-0.05% 的范围内波动， 且优选地在期望电压的约 +/-0.01% 的范围内波动。 0072 在各个实施例中， 输出电压的噪声电平小于约 50dB， 优选小于约 100d。
42、B， 并且更优 说 明 书 CN 102884424 A 10 8/9 页 11 选地小于约 125dB。 0073 在各个实施例中， 电压实质上稳定且产生表示约 +/-20 微库伦 / 秒或更少的电荷 速率变化 （charge rate variation） 的电流， 优选地产生表示约 +/-6 微微库伦 / 秒的电荷 速率变化的电流， 且更优选地产生表示约 +/-0.5 微微库伦 / 秒的电荷速率变化的电流。 0074 在各个实施例中， 输出电流小于约 1mA， 优选地小于约 30 微安， 并且更优选地小于 约 1.5 微安。在各个实施例中， 输出电流在较窄的变化范围内实质上恒定。在各个实。
43、施例 中， 电流在约+/-20微安的范围内波动， 优选地在约+/-6微微安的范围内波动， 并且更优选 地在约 +/-0.5 微微安的范围内波动。 0075 示例性传感器基于分析操作产生电化学信号。测量单元 55 连接到传感器， 用于测 量和记录来自传感器的输出信号。 0076 以上述的方式， 电源向要被供电的仪器提供电动势， 同时减少负面影响仪器性能 的风险。 在具有浮动电源的传感器的示例情况下， 电源向想传感器提供足够的稳定的电力， 同时将噪声保持在会显著地削弱或改变由测量单元测量的传感器输出信号的电平以下。 0077 在各个实施例中， 光耦合器的光源和 PV 电池直接接触， 从而使得来自光。
44、源的光直 接馈送到 PV 电池。在这种情况下， 供给的电流馈送给光耦合器且由光耦合器直接转换。该 配置在其中想要降低与该环境的相互作用的环境中例如流体环境中是有利的。 作为结果从 光耦合器产生的电压可选地直接馈送到传感器仪器。 电源可与要被供电的仪器整体形成或 可以是分开且电连接的。 0078 已经发现本发明的系统和电源相比传统的电源提供了很多优点。 光耦合器可以被 设计具有有利的发送器 （主） 电路和接收器 （次） 电路隔离， 这提供了输入和输出电路很好的 传导和电容的绝缘。由于系统电力供应装置与提供给仪器的电压电绝缘， 因此分析电路中 的噪声显著降低。光耦合器还可以自 DC 电源操作。这进。
45、一步降低或去除注入到仪器的被 供电的 （次级） 电路的噪声 （AC） 。系统中噪声的降低还使得能够传递更恒定、 可持续的且精 确的电压和 / 或电流。 0079 该系统还提供了很好的电磁干扰 （electromagnetic interference,EMI） 免疫。 该 系统设计还没有提供测量和参考电极的适当接地的问题。 0080 与传统的方法和设备相比， 本发明的系统总体上可以由常见元件以降低的成本制 造。该系统还是紧凑且简单的。该系统还不需要大且笨重的 EMI 屏蔽。此外， 电源需要印 刷电路板 （PCB） 上极小的地界。 0081 尽管已经就用于电化学分析的分析设备而言描述了本发明， 。
46、但是从之前的描述可 以理解可以使用本发明的设备来向各种电子元件供电。 0082 示例 0083 本发明还由下述的示例进一步阐明。该示例并不旨在限定或限制本发明的范围。 0084 示例 1 0085 根据上述的电源作为用于 ICS-5000DC 系统的 ED 模块的 Pt-Pd电极的偏压电力供 应装置实现和测试。该电力供应装置是约 1.5V 到约 2.2V， 并且通常是 2V。系统在摄氏 25 度下操作。 0086 用线性电压调节器向下调节 PV 电池输出以保持约 1.6V 的稳定的电平。通过接通 或断开 LED 电流使能 / 禁止电源。PV 电池的次 （输出） 电路与调节器一起是浮动的， 且参。
47、考 说 明 书 CN 102884424 A 11 9/9 页 12 高阻抗 ED 单元输出信号。 0087 发现来自光耦合器的输出电压具有极佳的噪声性能。 认为这很大程度归因于光耦 合器操作的 DC 原理和良好的主和次的分隔。因此发现电源以最小的噪声向传感器提供固 定和可持续的电力。 0088 为了所附权利要求中解释方便和精确的限定， 使用相对的术语诸如 “外部” 来参考 图中显示的这样的特性的位置描述本发明的特性。 0089 已经为了说明和描述的目的呈现了本发明的特定实施例的前述描述。 其并不旨在 为穷尽的和将本发明限制为公开的确切的形式， 并且显然地依照上述教导很多修改和改变 是可能的。挑选和描述实施例以最大程度上阐释本发明的原理及其实际应用， 从而使本领 域的其它技术人员最大程度上应用该发明且具有适合于设想的特定的使用的各种修改的 各种实施例。旨在由本发明所附的权利要求及其等同物来限定本发明的范围。 说 明 书 CN 102884424 A 12 1/3 页 13 图 1 说 明 书 附 图 CN 102884424 A 13 2/3 页 14 图 2 说 明 书 附 图 CN 102884424 A 14 3/3 页 15 图 3 说 明 书 附 图 CN 102884424 A 15 。