專利名稱：自動(dòng)化掃描振蕩電極技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種自動(dòng)控制微電極以振蕩方式接近樣品進(jìn)行測(cè)量，非接觸獲得被測(cè)樣品電壓梯度或電流密度信息的方法，屬光電機(jī)一體化技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
帶電離子的流動(dòng)會(huì)產(chǎn)生電流。在生命科學(xué)、醫(yī)學(xué)、材料科學(xué)等諸多領(lǐng)域，對(duì)離子電流的檢測(cè)具有非常重要的意義。例如，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中，特定的離子電流是很多生理過程如傷口愈合過程的調(diào)控信號(hào)，檢測(cè)離子電流可以提出針對(duì)性的治療措施；在材料科學(xué)領(lǐng)域，金屬材料的腐蝕過程伴隨著離子電流的產(chǎn)生和擴(kuò)大過程，對(duì)離子電流的檢測(cè)不僅能夠精確判斷腐蝕反應(yīng)的機(jī)制并提出相應(yīng)的防腐手段，還能對(duì)現(xiàn)有防腐手段的效果進(jìn)行科學(xué)評(píng)價(jià)。在很多情況下，用電流密度即單位面積內(nèi)的電流量來(lái)表征離子電流的大小。根據(jù)歐姆定律，電阻率不變的條件下，電流密度與單位面積內(nèi)的電壓梯度成比例關(guān)系，因此通過測(cè)量電壓梯度也可以獲得電流密度信息?；陔娏髅芏鹊闹匾?，檢測(cè)樣品電流密度的方法已有大量報(bào)道。但以驅(qū)動(dòng)微電極振蕩方式非接觸性測(cè)量樣品電壓梯度或電流密度的方法尚未見報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供的自動(dòng)化掃描振蕩電極技術(shù)，包括信號(hào)采集單元、多維運(yùn)動(dòng)單元、控制單元以及顯微成像/視頻采集單元。下面具體說明本發(fā)明各單元的部件及結(jié)構(gòu)關(guān)系。所述的信號(hào)采集單元包括信號(hào)處理器、前置放大器、微電極、微電極振蕩器以及其他必要配件。其他必要配件主要包括參比電極、測(cè)量器皿、液體介質(zhì)等。微電極既可以是金屬微電極，如鉬銥合金微電極、不銹鋼微電極，也可以是其他類型的微電極。微電極需要具有一定強(qiáng)度以保證振蕩過程中不被損壞。微電極數(shù)量一般是一個(gè)，特殊情況下也是多個(gè)。樣品測(cè)量一般需要液體介質(zhì)環(huán)境，被測(cè)樣品、微電極與參比電極都處于液體介質(zhì)中。微電極一般要近距離接近被測(cè)樣品，具體接近程度根據(jù)測(cè)量實(shí)驗(yàn)的要求確定。參比電極與被測(cè)樣品要保持一定的距離，以避免干擾測(cè)量信號(hào)。所述的多維運(yùn)動(dòng)單元包括運(yùn)動(dòng)控制器、驅(qū)動(dòng)器以及其他必要配件。其他必要配件主要包括位移傳遞架、固定連接彈簧、鉛制螺桿等。運(yùn)動(dòng)控制器的運(yùn)動(dòng)指令發(fā)送到驅(qū)動(dòng)器， 驅(qū)動(dòng)器通過位移傳遞架等的配合驅(qū)動(dòng)微電極按照指令運(yùn)動(dòng)。所述的控制單元包括控制硬件單元和控制軟件單元?？刂朴布卧獮榭刂栖浖卧奈镔|(zhì)載體，控制軟件單元通過控制硬件單元發(fā)揮功能。控制軟件單元包括自動(dòng)化掃描振蕩電極技術(shù)專用軟件及其他必要配套軟件。自動(dòng)化掃描振蕩電極技術(shù)專用軟件指自動(dòng)化掃描振蕩電極技術(shù)專用，集成了微電極信號(hào)采集及數(shù)據(jù)處理、微電極運(yùn)動(dòng)控制、被測(cè)樣品運(yùn)動(dòng)控制等諸多功能的軟件系統(tǒng)。其他必要配套軟件指自動(dòng)化掃描振蕩電極技術(shù)專用軟件發(fā)揮功能所不可缺少的配套軟件，如操作系統(tǒng)、文本處理軟件等?？刂朴布卧ㄏ到y(tǒng)控制盒以及其他必要配件，其他必要配件主要包括數(shù)據(jù)連接線等。 所述的顯微成像/視頻采集單元包括顯微鏡、視頻采集器以及其他必要配件。顯微鏡既可以是普通光學(xué)顯微鏡，如倒置顯微鏡、金相顯微鏡等，也可以是其他類型的顯微鏡，如熒光顯微鏡等。視頻采集器為能夠采集被測(cè)樣品及微電極圖像的硬件設(shè)備，如CCD攝像頭等。其他必要配件主要包括連接線、配套工具等。
下面具體說明本發(fā)明技術(shù)系統(tǒng)各單元部件之間的線路關(guān)系。信號(hào)采集單元的微電極與前置放大器連接，前置放大器一方面與信號(hào)處理器連接，一方面與多維運(yùn)動(dòng)單元的驅(qū)動(dòng)器連接；驅(qū)動(dòng)器與運(yùn)動(dòng)控制器連接，信號(hào)處理器和運(yùn)動(dòng)控制器都與控制單元的控制硬件單元連接；微電極振蕩器一方面與微電極連接，另一方面與控制硬件單元連接；控制硬件單元還分別與顯微成像/視頻采集單元的顯微鏡及視頻采集器連接，顯微鏡與視頻采集器相互連接。上述部件的連接關(guān)系需要各單元的其他必要配件配合完成。本發(fā)明提供的自動(dòng)化掃描振蕩電極技術(shù)，通過微電極振蕩的方式采集樣品電壓梯度或電流密度信息，測(cè)量過程不接觸或侵入樣品，不對(duì)樣品造成損傷，操作自動(dòng)化程度高， 方便快捷，樣品范圍廣，所獲取的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠，具有極高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。


圖1是自動(dòng)化掃描振蕩電極技術(shù)的組成示意圖。圖2是自動(dòng)化掃描振蕩電極技術(shù)的部件連接示意圖。圖3是AM鋼筋樣品在只含有腐蝕成分的溶液中浸泡M小時(shí)后自動(dòng)化掃描振蕩電極技術(shù)獲取的電流密度分布圖。圖4是AM鋼筋樣品在含有腐蝕成分和抑制劑的溶液中浸泡M小時(shí)后自動(dòng)化掃描振蕩電極技術(shù)獲取的電流密度分布圖。
具體實(shí)施例方式下面用實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明，但本發(fā)明不限于這一實(shí)施例。實(shí)施例本實(shí)施例以自動(dòng)化掃描振蕩電極技術(shù)測(cè)量鋼筋電流密度，表征氨基醇抑制劑的緩蝕作用。被測(cè)樣品為AM鋼筋，所使用抑制劑商品編號(hào)為i^errogard 901 ，所使用的腐蝕成分為NaCl。自動(dòng)化掃描振蕩電極技術(shù)的測(cè)量過程一般要求被測(cè)樣品處于液體介質(zhì)中。測(cè)量開始前，被測(cè)的AM鋼筋樣品可固定在測(cè)量器皿中并添加液體介質(zhì)。由于樣品形狀、尺寸等性質(zhì)的不同，有時(shí)需要將樣品進(jìn)行樹脂包埋固定，此時(shí)可以直接向包埋體內(nèi)添加液體介質(zhì)，無(wú)需再使用測(cè)量器皿。樣品添加液體介質(zhì)后，置于顯微鏡4-1的載物臺(tái)上。微電極1-3和參比電極也置入液體介質(zhì)中。通過調(diào)節(jié)顯微鏡4-1，使微電極1-3與被測(cè)樣品處于顯微鏡4-1 下同一視野內(nèi)。參比電極與被測(cè)樣品要保持一定的距離，以避免干擾測(cè)量信號(hào)。在控制單元3的控制軟件單元3-2中，實(shí)驗(yàn)人員依據(jù)測(cè)量要求，以對(duì)話框方式或編程方式設(shè)定測(cè)量程序，測(cè)量程序包括微電極1-3與被測(cè)樣品相對(duì)位置、微電極1-3的振蕩方式、微電極1-3的測(cè)量方式(點(diǎn)、線、面或立體)等內(nèi)容。
上述準(zhǔn)備工作完成后，測(cè)量過程即正式開始?？刂茊卧?的控制軟件單元3-2根據(jù)測(cè)量程序發(fā)出運(yùn)動(dòng)控制指令，通過控制硬件單元3-1發(fā)送給運(yùn)動(dòng)控制器2-1及顯微鏡4-1， 運(yùn)動(dòng)控制器2-1發(fā)出運(yùn)動(dòng)指令給驅(qū)動(dòng)器2-2驅(qū)動(dòng)微電極1-3運(yùn)動(dòng)，顯微鏡4-1通過載物臺(tái) X、Y及Z軸方向的移動(dòng)帶動(dòng)被測(cè)樣品運(yùn)動(dòng)，將被測(cè)樣品與微電極1-3置于測(cè)量程序所設(shè)定的相對(duì)位置。隨后控制軟件單元3-2通過控制硬件單元3-1發(fā)出振蕩控制指令給微電極振蕩器1-4帶動(dòng)微電極1-3振蕩，即開始數(shù)據(jù)采集。微電極1-3所獲得的被測(cè)樣品原始信號(hào)經(jīng)前置放大器1-2初步放大后經(jīng)信號(hào)處理器1-1進(jìn)一步加工處理，再通過控制硬件單元3-1傳輸?shù)娇刂栖浖卧?-2。測(cè)量過程中， 視頻采集器4-2也會(huì)實(shí)時(shí)采集被測(cè)樣品及微電極1-3的圖像信息，通過控制硬件單元3-1 傳輸?shù)娇刂栖浖卧?-2?？刂栖浖卧?-2能夠分析并儲(chǔ)存上述信號(hào)和圖像信息，獲得最終測(cè)量結(jié)果。測(cè)量過程中自動(dòng)化掃描振蕩電極技術(shù)的部件連接關(guān)系如圖2所示。為驗(yàn)證抑制劑的實(shí)際防腐效果，進(jìn)行一組兩個(gè)對(duì)照實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)一為AM鋼筋樣品在只含有腐蝕成分的溶液中浸泡M小時(shí)后，樣品表面選取2mmX2mm的區(qū)域用自動(dòng)化掃描振蕩電極技術(shù)進(jìn)行平面掃描獲取電流密度數(shù)據(jù)；實(shí)驗(yàn)二為AM鋼筋樣品在含有腐蝕成分和抑制劑的溶液中浸泡M小時(shí)后，使用自動(dòng)化掃描振蕩電極技術(shù)進(jìn)行平面掃描獲取電流密度數(shù)據(jù)，本實(shí)驗(yàn)溶液中的腐蝕成分的濃度及樣品表面掃描區(qū)域的面積均與實(shí)驗(yàn)一完全相同。實(shí)驗(yàn)一得到的電流密度分布如圖3所示?？梢钥闯?，在腐蝕成分的作用下浸泡M 小時(shí)后，AM鋼筋樣品表面出現(xiàn)了一個(gè)明顯的正電流密度集中區(qū)域，該區(qū)域的電流密度最高達(dá)到近700 μ A/cm2。自動(dòng)化掃描振蕩電極技術(shù)測(cè)得正的電流密度意味著陽(yáng)離子由金屬表面向液體介質(zhì)流動(dòng)擴(kuò)散，因而可以判斷，樣品表面已經(jīng)出現(xiàn)了非常嚴(yán)重的局部腐蝕。視頻采集器采集到的樣品圖像信息也顯示該區(qū)域出現(xiàn)了肉眼可見的腐蝕點(diǎn)，進(jìn)一步驗(yàn)證了上述結(jié)論。實(shí)驗(yàn)二得到的電流密度分布如圖4所示?？梢钥闯觯诟g成分和抑制劑的共同作用下浸泡M小時(shí)后，樣品表面的電流密度分布非常均勻，沒有明顯的集中區(qū)域，幅度在士20 μ A/cm2范圍內(nèi)，和實(shí)驗(yàn)一相比，這充分表明樣品表面并沒有腐蝕現(xiàn)象產(chǎn)生，抑制劑起到了比較理想的防腐作用。
權(quán)利要求
1.自動(dòng)化掃描振蕩電極技術(shù)，其特征是，所述的自動(dòng)化掃描振蕩電極技術(shù)包括信號(hào)采集單元(1)、多維運(yùn)動(dòng)單元O)、控制單元(3)以及顯微成像/視頻采集單元；所述的信號(hào)采集單元(1)包括信號(hào)處理器(1-1)、前置放大器(1-2)、微電極(1-3)、微電極振蕩器 (1-4)以及其他必要配件；所述的多維運(yùn)動(dòng)單元(2)包括運(yùn)動(dòng)控制器0-1)、驅(qū)動(dòng)器0-2) 以及其他必要配件；所述的控制單元C3)包括控制硬件單元(3-1)和控制軟件單元(3-2)；所述的控制硬件單元包括系統(tǒng)控制盒以及其他必要配件；所述的控制軟件單元(3-2)包括自動(dòng)化掃描振蕩電極技術(shù)專用軟件及其他必要配套軟件；所述的控制硬件單元(3-1)為控制軟件單元 (3-2)的物質(zhì)載體，控制軟件單元(3- 通過控制硬件單元(3-1)發(fā)揮功能；所述的顯微成像/視頻采集單元(4)包括顯微鏡(4-1)、視頻采集器(4- 及其他必要配件；所述的顯微鏡既可以是普通光學(xué)顯微鏡，如倒置顯微鏡、金相顯微鏡等，也可以是其他類型的顯微鏡，如熒光顯微鏡；所述的視頻采集器(4- 為能夠采集被測(cè)樣品及微電極 (1-3)圖像的硬件設(shè)備，如C⑶攝像頭。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微電極，其特征是，所述的微電極(1-3)既可以是金屬微電極，如鉬銥合金微電極、不銹鋼微電極，也可以是其他類型的微電極。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微電極振蕩器，其特征是，所述的微電極振蕩器在測(cè)量過程中實(shí)時(shí)帶動(dòng)微電極(1-3)振蕩，微電極(1-3)的振蕩方式可以是正弦型、余弦型，也可以是其它函數(shù)類型。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動(dòng)化掃描振蕩電極技術(shù)，其特征是，所述的自動(dòng)化掃描振蕩電極技術(shù)的被測(cè)樣品可以是生物活體樣品，如細(xì)胞器、單細(xì)胞、細(xì)胞聚集體、組織、器官或整個(gè)生物體，也可以是非生物體樣品，如金屬材料、非金屬材料、土壤顆粒、人工合成膜或其他類型的非生物體樣品。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動(dòng)化掃描振蕩電極技術(shù)，其特征是，所述的自動(dòng)化掃描振蕩電極技術(shù)測(cè)量過程中微電極(1-3)以接近而非接觸或侵入樣品的方式采集數(shù)據(jù)，微電極和樣品的接近程度能夠人為設(shè)定。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動(dòng)化掃描振蕩電極技術(shù)，其特征是，所述的自動(dòng)化掃描振蕩電極技術(shù)能夠獲得被測(cè)樣品表面或接近被測(cè)樣品表面區(qū)域內(nèi)的電壓梯度或電流密度信肩、ο
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動(dòng)化掃描振蕩電極技術(shù)，其特征是，所述的自動(dòng)化掃描振蕩電極技術(shù)既能夠采集單個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，又能夠根據(jù)人為設(shè)定以掃描方式采集一維直線、二維平面或三維立體空間內(nèi)的數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種自動(dòng)控制微電極以振蕩方式接近樣品進(jìn)行測(cè)量，非接觸獲得被測(cè)樣品電壓梯度或電流密度信息的方法。該技術(shù)系統(tǒng)包括信號(hào)采集單元(1)、多維運(yùn)動(dòng)單元(2)、控制單元(3)以及顯微成像/視頻采集單元(4)?？刂茊卧?3)不僅能向多維運(yùn)動(dòng)單元(2)和顯微成像/視頻采集單元(4)發(fā)出控制指令，控制微電極振蕩及微電極與被測(cè)樣品的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)微電極對(duì)被測(cè)樣品信息的采集；還能夠分析信號(hào)采集單元(1)及顯微成像/視頻采集單元(4)傳輸?shù)男盘?hào)，獲得測(cè)量結(jié)果。該方法不接觸或侵入被測(cè)樣品，不造成樣品損傷，操作自動(dòng)化程度高，所獲數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠，能夠應(yīng)用于生物活體及非生物體等諸多樣品。
文檔編號(hào)G01R19/00GK102455375SQ20101051292
公開日2012年5月16日 申請(qǐng)日期2010年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月20日
發(fā)明者許越 申請(qǐng)人:旭月(北京)科技有限公司