專利名稱：自動化掃描振蕩電極技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種自動控制微電極以振蕩方式接近樣品進(jìn)行測量，非接觸獲得被測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)：
帶電離子的流動會產(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，對離子電流的檢測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，檢測離子電流可以提出針對性的治療措施；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，對離子電流的檢測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，還能對現(xiàn)有防腐手段的效果進(jìn)行科學(xué)評價。在很多情況下，用電流密度即單位面積內(nèi)的電流量來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，因此通過測量電壓梯度也可以獲得電流密度信息?；陔娏髅芏鹊闹匾裕瑱z測樣品電流密度的方法已有大量報道。但以驅(qū)動微電極振蕩方式非接觸性測量樣品電壓梯度或電流密度的方法尚未見報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供的自動化掃描振蕩電極技術(shù)，包括信號采集單元、多維運(yùn)動單元、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。所述的信號采集單元包括信號處理器、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，特殊情況下也是多個。樣品測量一般需要液體介質(zhì)環(huán)境，被測樣品、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樣品，具體接近程度根據(jù)測量實(shí)驗(yàn)的要求確定。參比電極與被測樣品要保持一定的距離，以避免干擾測量信號。所述的多維運(yùn)動單元包括運(yùn)動控制器、驅(qū)動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)動控制器的運(yùn)動指令發(fā)送到驅(qū)動器， 驅(qū)動器通過位移傳遞架等的配合驅(qū)動微電極按照指令運(yùn)動。所述的控制單元包括控制硬件單元和控制軟件單元。控制硬件單元為控制軟件單元的物質(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。自動化掃描振蕩電極技術(shù)專用軟件指自動化掃描振蕩電極技術(shù)專用，集成了微電極信號采集及數(shù)據(jù)處理、微電極運(yùn)動控制、被測樣品運(yùn)動控制等諸多功能的軟件系統(tǒng)。其他必要配套軟件指自動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處理器連接，一方面與多維運(yùn)動單元的驅(qū)動器連接；驅(qū)動器與運(yùn)動控制器連接，信號處理器和運(yùn)動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，測量過程不接觸或侵入樣品，不對樣品造成損傷，操作自動化程度高， 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)用價值。


圖1是自動化掃描振蕩電極技術(shù)的組成示意圖。圖2是自動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小時后自動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小時后自動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)施例以自動化掃描振蕩電極技術(shù)測量鋼筋電流密度，表征氨基醇抑制劑的緩蝕作用。被測樣品為AM鋼筋，所使用抑制劑商品編號為i^errogard 901 ，所使用的腐蝕成分為NaCl。自動化掃描振蕩電極技術(shù)的測量過程一般要求被測樣品處于液體介質(zhì)中。測量開始前，被測的AM鋼筋樣品可固定在測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，有時需要將樣品進(jìn)行樹脂包埋固定，此時可以直接向包埋體內(nèi)添加液體介質(zhì)，無需再使用測量器皿。樣品添加液體介質(zhì)后，置于顯微鏡4-1的載物臺上。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與被測樣品處于顯微鏡4-1 下同一視野內(nèi)。參比電極與被測樣品要保持一定的距離，以避免干擾測量信號。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)測量要求，以對話框方式或編程方式設(shè)定測量程序，測量程序包括微電極1-3與被測樣品相對位置、微電極1-3的振蕩方式、微電極1-3的測量方式(點(diǎn)、線、面或立體)等內(nèi)容。
上述準(zhǔn)備工作完成后，測量過程即正式開始?？刂茊卧?的控制軟件單元3-2根據(jù)測量程序發(fā)出運(yùn)動控制指令，通過控制硬件單元3-1發(fā)送給運(yùn)動控制器2-1及顯微鏡4-1， 運(yùn)動控制器2-1發(fā)出運(yùn)動指令給驅(qū)動器2-2驅(qū)動微電極1-3運(yùn)動，顯微鏡4-1通過載物臺 X、Y及Z軸方向的移動帶動被測樣品運(yùn)動，將被測樣品與微電極1-3置于測量程序所設(shè)定的相對位置。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所獲得的被測樣品原始信號經(jīng)前置放大器1-2初步放大后經(jīng)信號處理器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。測量過程中， 視頻采集器4-2也會實(shí)時采集被測樣品及微電極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。控制軟件單元3-2能夠分析并儲存上述信號和圖像信息，獲得最終測量結(jié)果。測量過程中自動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)行一組兩個對照實(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小時后，樣品表面選取2mmX2mm的區(qū)域用自動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小時后，使用自動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。可以看出，在腐蝕成分的作用下浸泡M 小時后，AM鋼筋樣品表面出現(xiàn)了一個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。自動化掃描振蕩電極技術(shù)測得正的電流密度意味著陽離子由金屬表面向液體介質(zhì)流動擴(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。可以看出，在腐蝕成分和抑制劑的共同作用下浸泡M小時后，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.自動化掃描振蕩電極技術(shù)，其特征是，所述的自動化掃描振蕩電極技術(shù)包括信號采集單元(1)、多維運(yùn)動單元O)、控制單元(3)以及顯微成像/視頻采集單元；所述的信號采集單元(1)包括信號處理器(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)動單元(2)包括運(yùn)動控制器0-1)、驅(qū)動器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量過程中實(shí)時帶動微電極(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所述的自動化掃描振蕩電極技術(shù)，其特征是，所述的自動化掃描振蕩電極技術(shù)的被測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所述的自動化掃描振蕩電極技術(shù)，其特征是，所述的自動化掃描振蕩電極技術(shù)測量過程中微電極(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所述的自動化掃描振蕩電極技術(shù)，其特征是，所述的自動化掃描振蕩電極技術(shù)能夠獲得被測樣品表面或接近被測樣品表面區(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所述的自動化掃描振蕩電極技術(shù)，其特征是，所述的自動化掃描振蕩電極技術(shù)既能夠采集單個點(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)明提供一種自動控制微電極以振蕩方式接近樣品進(jìn)行測量，非接觸獲得被測樣品電壓梯度或電流密度信息的方法。該技術(shù)系統(tǒng)包括信號采集單元(1)、多維運(yùn)動單元(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樣品的運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)微電極對被測樣品信息的采集；還能夠分析信號采集單元(1)及顯微成像/視頻采集單元(4)傳輸?shù)男盘?，獲得測量結(jié)果。該方法不接觸或侵入被測樣品，不造成樣品損傷，操作自動化程度高，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G01R19/00GK102455375SQ20101051292
公開日2012年5月16日 申請日期2010年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月20日
發(fā)明者許越 申請人:旭月(北京)科技有限公司