【導(dǎo)讀】先進(jìn)科技正飛速發(fā)展，電化學(xué)傳感器的應(yīng)用也越來越廣泛，其重要性與日俱增。在醫(yī)療、環(huán)境科學(xué)、工業(yè)材料及食品加工等眾多不同領(lǐng)域，對(duì)化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行量化分析可以有效改進(jìn)安全性、效率，并提高對(duì)化學(xué)成分的認(rèn)知水平。將傳感功能與低功耗模擬前端 (AFE) 器件和 Bluetooth? Low Energy（藍(lán)牙低功耗）技術(shù)相結(jié)合，可以進(jìn)一步增強(qiáng)傳感方案的有效性。
先進(jìn)科技正飛速發(fā)展，電化學(xué)傳感器的應(yīng)用也越來越廣泛，其重要性與日俱增。在醫(yī)療、環(huán)境科學(xué)、工業(yè)材料及食品加工等眾多不同領(lǐng)域，對(duì)化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行量化分析可以有效改進(jìn)安全性、效率，并提高對(duì)化學(xué)成分的認(rèn)知水平。將傳感功能與低功耗模擬前端 (AFE) 器件和 Bluetooth? Low Energy（藍(lán)牙低功耗）技術(shù)相結(jié)合，可以進(jìn)一步增強(qiáng)傳感方案的有效性。
互連電化學(xué)傳感器的潛力巨大，有望提高科學(xué)認(rèn)知，并改善我們的生活質(zhì)量。在當(dāng)今世界，傳感器方案無處不在，比如用于監(jiān)測(cè)糖尿病患者血糖水平的可穿戴設(shè)備、可評(píng)估環(huán)境污染物的氣體探測(cè)器、用于提高食品安全的組胺傳感器，以及工業(yè)環(huán)境中不可或缺的恒電位儀或腐蝕傳感器。
圖 1：安森美（onsemi）的 CEM102＋RSL15 平臺(tái)將電化學(xué)傳感技術(shù)擴(kuò)展到智能醫(yī)療和環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域
電化學(xué)傳感器的典型組成
在電子工程中，電化學(xué)傳感器的典型設(shè)置包含了三電極系統(tǒng)（圖 2）。
圖 2：左圖直觀地展示了典型電化學(xué)傳感器（市售），右圖為氧化還原反應(yīng)
傳感器的核心包括工作電極、對(duì)電極和參比電極三個(gè)部分（見圖 2）。工作電極 (WE) 是發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)的元件，可引發(fā)電子流動(dòng)并產(chǎn)生電流。對(duì)電極 (CE) 用于平衡 WE 的氧化還原反應(yīng)，以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確傳感；而參比電極 (RE) 則用于測(cè)量 WE 電位，并為 CE 電壓提供反饋。
最后，WE 產(chǎn)生的電流轉(zhuǎn)換成電壓。借助額外的數(shù)字處理和無線通信技術(shù)，我們可以構(gòu)建更強(qiáng)大的互聯(lián)方案，助您深入了解周圍的環(huán)境以及自己的身體。
電化學(xué)傳感器可廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、食品監(jiān)測(cè)領(lǐng)域
電化學(xué)傳感器對(duì)于許多遠(yuǎn)程患者監(jiān)護(hù)應(yīng)用非常關(guān)鍵。就比如糖尿病，這是一種慢性疾病，全球每 11 人中就有 1 人罹患糖尿病，而連續(xù)性血糖監(jiān)測(cè) (CGM) 是糖尿病管理的重要組成部分。預(yù)計(jì) 2023 年至 2032 年期間，CGM 設(shè)備市場(chǎng)將以 9% 的復(fù)合年增長(zhǎng)率 (CAGR) 增長(zhǎng)。
在空氣污染/空氣質(zhì)量測(cè)量等環(huán)境檢測(cè)應(yīng)用中，常常使用電化學(xué)傳感器來檢測(cè)一氧化碳、硫化氫、氮氧化物和硫氧化物等氣體。在食品生產(chǎn)領(lǐng)域，工廠利用手持便攜式設(shè)備和大型自動(dòng)化電化學(xué)檢測(cè)方案來保障食品生產(chǎn)，確保食品美味可口，并且無過敏原和有害化學(xué)成分。
AFE 器件與電化學(xué)傳感器配合使用可實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確測(cè)量，這既能保障順利推進(jìn)醫(yī)療和工業(yè)流程，而且有助于增進(jìn)科學(xué)知識(shí)。例如，可穿戴或便攜式醫(yī)療設(shè)備可以持續(xù)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)血糖水平，為研究人員帶來珍貴的洞察信息，從而加速創(chuàng)新發(fā)展，造福全球人民。
安森美的電化學(xué)測(cè)量方案
安森美近期發(fā)布了 CEM102，這是一款先進(jìn)的微型 AFE，可高精度測(cè)量電化學(xué)信息和安培電流。CEM102 設(shè)計(jì)為與 RSL15 藍(lán)牙 5.2 認(rèn)證無線微控制器配合使用，后者采用安全的藍(lán)牙低功耗技術(shù)，功耗非常低。二者的結(jié)合讓設(shè)計(jì)人員能夠?yàn)閭鞲袘?yīng)用開發(fā)出精度更高、功耗更低、外形更緊湊的設(shè)備。
圖 3：安森美的 CEM102 AFE＋RSL15 組合方案可提供高精度電化學(xué)測(cè)量結(jié)果和無線通信
與單獨(dú)的方案相比，安森美的 CEM102＋RSL15 組合方案精度更高、噪聲更小且功耗更低。組合方案能簡(jiǎn)化物料單 (BoM) 并提高配置靈活性，最終釋放更多開發(fā)資源。更重要的是，該方案的靈活性使其不僅適用于基于電化學(xué)測(cè)量的傳感器，還能用于需準(zhǔn)確測(cè)量小電流的多種傳感器。
CEM102＋RSL15 平臺(tái)支持 1.3 V - 1.65 V 和 2.375 V - 3.6V 兩種電池選擇。在主動(dòng)測(cè)量模式和 18 位 ADC 連續(xù)轉(zhuǎn)換下，該平臺(tái)僅消耗 3.5 uA 電流。也就是說，僅需使用 3 mAh 電池便能長(zhǎng)效續(xù)航達(dá) 14 天，市場(chǎng)表現(xiàn)十分優(yōu)異。
憑借 1.884×1.848 mm 的緊湊封裝及能夠使用 1 至 4 個(gè)電極進(jìn)行操作的特性，它有助于打造尺寸更小、效率更高的可穿戴醫(yī)療監(jiān)護(hù)方案，進(jìn)一步改善用戶體驗(yàn)。
為了簡(jiǎn)化開發(fā)工作，CEM102＋RSL15 平臺(tái)提供先進(jìn)的硬件、廣泛的開發(fā)支持、固件、軟件和 IOS、Android? 演示應(yīng)用，便于跨多個(gè)傳感器進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測(cè)（圖 4）。
圖 4：安森美專為 CEM102 評(píng)估板而設(shè)計(jì)的演示應(yīng)用
各種準(zhǔn)確檢測(cè)和測(cè)量化學(xué)電流的技術(shù)為新的科學(xué)進(jìn)步打開了大門。憑借小巧外形和超低功耗，這個(gè)組合方案可進(jìn)一步縮小所有終端應(yīng)用的尺寸并延長(zhǎng)其電池續(xù)航時(shí)間。CEM102 和 RSL15 平臺(tái)提供的方案可幫助工程師為醫(yī)療監(jiān)護(hù)等應(yīng)用領(lǐng)域打造外形緊湊、性能靈活且價(jià)格合理的互聯(lián)產(chǎn)品。比如血糖監(jiān)測(cè)相關(guān)設(shè)備，從而幫助病患有效調(diào)節(jié)血糖、降低糖尿病相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)并更好地融入我們的生活。
電化學(xué)傳感器廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、環(huán)境監(jiān)測(cè)和工業(yè)安全領(lǐng)域，在促進(jìn)社會(huì)發(fā)展的過程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。這項(xiàng)技術(shù)的潛力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了目前的應(yīng)用范圍，安森美的這樣的尖端平臺(tái)也必將能大幅推動(dòng)科學(xué)研究發(fā)展，進(jìn)一步發(fā)掘出更多嶄新應(yīng)用場(chǎng)景。
（文章來源：安森美，本文作者：安森美（onsemi）模擬與混合信號(hào)部（AMG）產(chǎn)品市場(chǎng)工程師Hideo Kondo）
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