電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/李寧遠(yuǎn)）目前應(yīng)用的傳感器里以半導(dǎo)體技術(shù)、電化學(xué)技術(shù)和光學(xué)技術(shù)為主。電化學(xué)技術(shù)是利用待測(cè)物的電化學(xué)性質(zhì)，將待測(cè)物化學(xué)量轉(zhuǎn)變成電學(xué)量進(jìn)行傳感檢測(cè)的一項(xiàng)技術(shù)。

電化學(xué)傳感很早之前就被用來(lái)檢測(cè)氣體，在環(huán)保檢測(cè)應(yīng)用廣泛。隨著電化學(xué)傳感在材料、傳感技術(shù)、硬件設(shè)計(jì)上的進(jìn)步，以及物聯(lián)網(wǎng)趨勢(shì)席卷各行各業(yè)，其應(yīng)用場(chǎng)景逐步增多，在工農(nóng)業(yè)、環(huán)境監(jiān)控、醫(yī)療領(lǐng)域展示出了極高的應(yīng)用價(jià)值。

電化學(xué)傳感——?dú)怏w、離子和生物傳感

將電化學(xué)傳感根據(jù)檢測(cè)對(duì)象的不同分為氣體傳感器、離子傳感器和生物傳感器。電化學(xué)離子傳感器即可以用來(lái)測(cè)定許多陰、陽(yáng)離子及有機(jī)物，一般是用來(lái)檢測(cè)各種液體或溶于液體中的污染物離子成分，不過(guò)部分電化學(xué)離子傳感也能用于檢測(cè)氣體污染物。比較典型的應(yīng)用就是使用電化學(xué)離子傳感器測(cè)定PH值和氟含量。

電化學(xué)氣體傳感，廣泛應(yīng)用在水質(zhì)檢測(cè)、大氣監(jiān)測(cè)中的傳感器類(lèi)型，比半導(dǎo)體技術(shù)路線、催化燃燒技術(shù)路線、紅外線技術(shù)路線在實(shí)際應(yīng)用中展現(xiàn)出了良好的敏感性與選擇性，在多氣體監(jiān)測(cè)中起到了至關(guān)重要的作用。電化學(xué)氣體傳感器通過(guò)催化被測(cè)氣體，在電極表面發(fā)生氧化還原反應(yīng)進(jìn)而產(chǎn)生電流，通過(guò)測(cè)試電流的大小即可判定被測(cè)氣體濃度的高低。

電化學(xué)氣體傳感在靈敏度、響應(yīng)恢復(fù)、重復(fù)性上一直都還不錯(cuò)，成熟度很高，一直被人詬病是其使用壽命和對(duì)其他氣體的交叉敏感問(wèn)題，隨著傳感元件技術(shù)的不斷發(fā)展和催化劑種類(lèi)、電解液材料的革新已經(jīng)得到了不錯(cuò)的解決。目前電化學(xué)氣體傳感器基本可以用在對(duì)所有大氣污染物的檢測(cè)上。

普遍來(lái)看電化學(xué)氣體傳感的功耗都不算高，在電極表面通過(guò)化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的電流足以支持傳感器本身功耗，整個(gè)模組更多的功耗來(lái)自其他元件，低功耗實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較容易。此外被測(cè)氣體會(huì)受到傳感器的擴(kuò)散控制，產(chǎn)生和氣體濃度成正比的線性輸出。因此相比于其他傳感技術(shù)在輸出前要進(jìn)行線性化處理，這也是電化學(xué)氣體傳感的一個(gè)優(yōu)勢(shì)。這一優(yōu)勢(shì)對(duì)傳感器完成低濃度監(jiān)測(cè)以及后續(xù)的校正都提供了便利，能夠很好地實(shí)現(xiàn)定量檢測(cè)。

電化學(xué)生物傳感器是以生物中的活性單元作為待測(cè)物，以電流、電導(dǎo)或電勢(shì)變化作為特征檢測(cè)信號(hào)的傳感器。它同樣利用化學(xué)反應(yīng)原理，把有機(jī)物質(zhì)或者無(wú)機(jī)物質(zhì)所含的濃度、組成成分等，轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。這一傳感在醫(yī)療領(lǐng)域有著非常重要的作用，生活中常見(jiàn)的血糖測(cè)試紙就是電化學(xué)生物傳感器。

電化學(xué)生物傳感器可以按照生物識(shí)別元件進(jìn)一步劃分，如電化學(xué)免疫傳感器、電化學(xué)核酸傳感器、電化學(xué)酶生物傳感器等。生物識(shí)別元件是這類(lèi)傳感器特異性檢測(cè)的關(guān)鍵，生物識(shí)別機(jī)制涉及專(zhuān)業(yè)的生物、醫(yī)療知識(shí)，是未來(lái)醫(yī)療領(lǐng)域重點(diǎn)發(fā)展的一類(lèi)電化學(xué)傳感器。

模擬前端與電化學(xué)傳感

傳感器的設(shè)計(jì)向來(lái)都是難度較高的，既要保證傳感器信號(hào)鏈能夠同時(shí)提供精度和靈活性，還要盡可能小型化和低功耗。在污染物檢測(cè)和生物檢測(cè)中，由于測(cè)量誤差導(dǎo)致的漏報(bào)或誤報(bào)導(dǎo)致的后果還是很?chē)?yán)重的。

現(xiàn)在的電化學(xué)傳感模擬前端基本都是可編程的，保證傳感器信號(hào)鏈有足夠的靈活性。在高精度方面，模擬前端可以通過(guò)高精度的激勵(lì)環(huán)路，為傳感元件提供高精度測(cè)量支持。高精度的激勵(lì)環(huán)路通過(guò)低帶寬或高帶寬的激勵(lì)信號(hào)，優(yōu)化信號(hào)鏈，降低系統(tǒng)整體噪聲水平，配合高性能的TIA或ADC，能將測(cè)量精度提高。

小結(jié)

現(xiàn)在越來(lái)越多模擬前端會(huì)集成恒電位儀、電化學(xué)阻抗譜功能和用于先進(jìn)傳感器診斷的硬件加速器等等，提供給電化學(xué)傳感器更快、更精準(zhǔn)、更可靠的支持。加之傳感元件材料的進(jìn)一步擴(kuò)充，電化學(xué)傳感器的功能趨于多樣化，在消費(fèi)電子、工業(yè)安全、環(huán)境檢測(cè)、醫(yī)療分析等各種場(chǎng)景里開(kāi)拓出更多的應(yīng)用。