SENSOR DE POTENCIAL ELÉCTRICO.

La presente invención se refiere a sensores de potencial eléctrico, para su uso en la medición de potenciales en una gran variedad de aplicaciones, incluyendo, por ejemplo, los campos de las aplicaciones médicas y las aplicaciones en microscopía, tales como la formación de imágenes microscópicas y el análisis de espectro, así como las aplicaciones de resonancia magnética nuclear (NMR), tales como la formación de imágenes de NMR y la espectroscopia Antecedentes de la invención A fin de crear un dispositivo sensible de medición electrodinámica, es usual proporcionar una alta impedancia de entrada y reducir por ello la potencia de la señal de entrada requerida para hacer funcionar el dispositivo. Sin embargo, los circuitos electrónicos con una muy alta impedancia de entrada tienden a ser inestables y, por lo tanto, los dispositivos prácticos son habitualmente un compromiso entre lograr el grado necesario de sensibilidad, proporcionar la impedancia de entrada deseada y asegurar un grado aceptable de estabilidad. En la Solicitud de Patente Internacional Nº WO 03/048789, se revela un sensor electrodinámico en el cual se combina un cierto número de distintas técnicas de circuito para lograr una mejora de varios órdenes de magnitud en la sensibilidad, en comparación con los sensores electrodinámicos anteriormente conocidos, manteniendo aún a la vez la suficiente estabilidad para permitir que un operador relativamente inexperto haga mediciones en condiciones corrientes. Según esta solicitud anterior, se proporciona un sensor electrodinámico que comprende un electrómetro de alta impedancia de entrada, que está adaptado para medir pequeños potenciales eléctricos que se originan desde un objeto bajo prueba, y que emplea al menos una sonda de entrada con ningún contacto eléctrico directo con el objeto. La disposición de circuitos del electrómetro de esta invención comprende un amplificador, que incluye una combinación de circuitos auxiliares, que proporcionan retroalimentación desde la salida del amplificador, y que están dispuestos acumulativamente para aumentar la sensibilidad del electrómetro a los pequeños potenciales eléctricos, sin perturbar a la vez el campo eléctrico asociado a los mismos, sirviendo los circuitos auxiliares para proporcionar al menos dos entre: protector, arranque, neutralización, corrección de deriva del riel de suministro, modulación del suministro y corrección de desfase para dicho sensor. Si bien estas características ayudan a proporcionar un sensor con alta impedancia de entrada y un funcionamiento relativamente estable, no obstante, en situaciones donde puede haber un acoplamiento capacitivo débil con, o una señal de pequeña amplitud generada por, una fuente o muestra bajo prueba, los problemas de ruido pueden permanecer aún y pueden inhibir o impedir la medición precisa de señales. Este es específicamente el caso en ciertas aplicaciones médicas y de microscopía, en las cuales hay sólo un acoplamiento capacitivo débil y, sin embargo, es esencial una medición de señal sumamente precisa, por ejemplo, en una modalidad extracorporal remota de sondeo en la cual la sonda, o cada una de ellas, no tiene(n) ningún contacto físico con el cuerpo humano y habitualmente el acoplamiento capacitivo débil sería < 1pF. Más específicamente, en las aplicaciones en que hay un acoplamiento débil entre una muestra bajo prueba y el electrodo sensor, el acoplamiento capacitivo con la muestra puede ser comparable con, o mucho más pequeño que, la capacitancia de entrada del sensor. En este caso, la señal de medición recibida por el sensor está atenuada por el divisor de potencial capacitivo formado por la capacitancia de acoplamiento y la capacitancia de entrada, y puede ser difícil de capturar. Además, el uso de la señal de salida desde el amplificador como la señal de retroalimentación tiene la desventaja de que tal señal es una señal de banda ancha, que puede tener una mala razón entre señal y ruido. Por tanto, el ruido se realimenta luego a la entrada del amplificador con la señal de retroalimentación, causando degradación adicional de la razón entre señal y ruido. El documento US3404341 revela un electrómetro de estado sólido que utiliza un transistor de efecto de campo y compuerta dual para obtener la amplificación y modulación de un voltaje a medir. Una compuerta sirve como la sonda del electrómetro y la otra es controlada por una fuente de señal de corriente CC para variar la capacitancia interna del transistor. Hay una necesidad significativa de un sensor de potencial eléctrico en el cual la posibilidad de una medición precisa de la señal se vea mejorada en casos de débil acoplamiento capacitivo con una muestra bajo prueba. Tal necesidad es especialmente pronunciada en casos donde la precisión de la medición de señal es crítica. También hay una necesidad significativa de un sensor de potencial eléctrico en el cual se mejore considerablemente la razón entre señal y ruido. 2   Resumen de la invención La presente invención busca superar los problemas descritos anteriormente y proporcionar un novedoso sensor de potencial eléctrico, que es capaz de una medición de señal sumamente precisa. La presente invención, al menos en las realizaciones preferidas descritas más adelante, también busca proporcionar un sensor de potencial eléctrico en el cual la razón entre señal y ruido sea mejorada significativamente. La presente invención busca adicionalmente proporcionar diversas técnicas, y combinaciones de técnicas, para mejorar la razón entre señal y ruido en un sensor de potencial eléctrico. Más especialmente, al menos en las realizaciones preferidas descritas más adelante, la presente invención busca proporcionar diversas técnicas para la mejora de la razón entre señal y ruido en un sensor de potencial eléctrico, usando una señal coherente de retroalimentación de banda estrecha. Según la presente invención, se proporciona un sensor de potencial eléctrico que comprende: Al menos un: al menos un electrodo de detección dispuesto para el acoplamiento capacitivo con una muestra bajo prueba, y para generar una señal de medición; un amplificador de sensor adaptado para recibir la señal de medición como entrada y suministrar una señal de detección amplificada como salida; medios de mejora de la impedancia de entrada para proporciona una alta impedancia de entrada al amplificador del sensor, para aumentar la sensibilidad del electrodo a los potenciales eléctricos reducidos; y caracterizado por: electrodo de detección estando dispuesto para generar una señal de medición de corriente CA; un oscilador dispuesto para generar una salida de oscilador con una frecuencia correspondiente a la frecuencia de la señal de medición; y un medio de retroalimentación sensible a la salida del oscilador, para producir una señal de referencia de retroalimentación a fin de aplicar una retroalimentación coherente a la entrada del amplificador del sensor, para mejorar la razón entre señal y ruido del sensor. La presente invención concierne por tanto a la mejora de la razón entre señal y ruido, aplicando una señal de retroalimentación coherente. En contraste con la práctica habitual para los sensores electrodinámicos, la señal de retroalimentación no es una señal de banda ancha obtenida directamente de la salida del sensor, sino que es una señal coherente puesta a disposición de la retroalimentación, y esto mejora significativamente la razón entre señal y ruido. Según una posibilidad, la señal de retroalimentación comprende el caso más sencillo de una frecuencia individual y los medios de retroalimentación están dispuestos de modo tal que la impedancia de entrada del sensor es mejorado solamente en la frecuencia y fase exactas de la señal de retroalimentación. En otras palabras, el sensor está dispuesto diferencialmente para amplificar la señal de medición, aumentando así la razón entre señal y ruido. En este caso, el sensor se sintoniza con la frecuencia de la señal de retroalimentación, y rechaza todas las otras frecuencias, debido a la menor sensibilidad del sensor en ausencia de una señal efectiva de retroalimentación en otras frecuencias. Ventajosamente, la señal de retroalimentación coherente puede usarse para proporcionar arranque, protector y neutralización, según se desee. La invención es especialmente aplicable en situaciones donde ha de detectarse una señal periódica desde una muestra, a fin de generar una señal de medición para su suministro al amplificador, para su amplificación y salida. En una realización mencionada de la invención, el sensor de potencial eléctrico comprende una fuente externa para proporcionar una señal de control a fin de excitar la muestra que se está midiendo, y la señal de retroalimentación coherente se obtiene de esta fuente externa.... [Seguir leyendo]

al menos un electrodo (12) de detección dispuesto para el acoplamiento capacitivo con una muestra bajo prueba, y para generar una señal de medición; un amplificador (14) de sensor adaptado para recibir la señal de medición como entrada y para suministrar una señal de detección amplificada como salida; un medio (30, 32, 34) de mejora de la impedancia de entrada, para proporcionar una alta impedancia de entrada al amplificador del sensor, a fin de aumentar la sensibilidad del electrodo a los potenciales eléctricos reducidos; al menos un electrodo de detección estando dispuesto para generar una señal de medición de corriente CA, y caracterizado por: un oscilador (46; 61; 70) dispuesto para generar una salida de oscilador con una frecuencia correspondiente a la frecuencia de la señal de medición; y un medio (56) de retroalimentación sensible a la salida del oscilador, a fin de producir una señal de referencia de retroalimentación para aplicar una retroalimentación coherente a la entrada del amplificador del sensor, a fin de mejorar la razón entre señal y ruido del sensor. 2. Un sensor según la reivindicación 1, en el cual el medio de mejora de la entrada está dispuesto para emplear la señal de retroalimentación de referencia a fin de proporcionar al menos uno entre el arranque, la protección y la neutralización. 3. Un sensor según la reivindicación 1 o 2, en el cual la señal de referencia de retroalimentación comprende una única frecuencia y en el cual los medios de retroalimentación cooperan con el medio de mejora de la impedancia de entrada, de modo tal que la impedancia de entrada del sensor mejora en la frecuencia y fase de la señal de referencia de retroalimentación. 4. Un sensor según cualquier reivindicación precedente, en el cual el amplificador del sensor está dispuesto diferencialmente para amplificar la señal de medición, a fin de aumentar la razón entre señal y ruido en una banda seleccionada de frecuencia de señal. 5. Un sensor según cualquier reivindicación precedente, en el cual el oscilador comprende una fuente externa (46) para proporcionar una señal de control a fin de excitar la muestra que se está midiendo. 6. Un sensor según la reivindicación 5, que comprende adicionalmente un atenuador para atenuar la señal de control desde la fuente externa de excitación, a fin de proporcionar la señal de referencia de retroalimentación. 7. Un sensor según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el cual el oscilador comprende un oscilador (61) de bucle bloqueado en fase para obtener la señal de referencia de retroalimentación desde la salida del amplificador del sensor. 8. Un sensor según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, que comprende adicionalmente un circuito oscilador (58) que está dispuesto para generar una salida de oscilador que barre la frecuencia, a fin de obtener una señal de frecuencia variable desde la salida del amplificador del sensor, para proporcionar la señal de referencia de retroalimentación. 9. Un sensor según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el cual el oscilador comprende una fuente externa (70) para proporcionar una señal de control a fin de excitar la muestra que se está midiendo, un bucle de retroalimentación desde la salida del amplificador del sensor hasta la entrada, y un sumador (72) de voltaje dispuesto en el bucle de retroalimentación de modo tal que tanto la señal de referencia de retroalimentación como la señal de excitación desde la fuente externa de excitación se proporcionen al sumador para su suministro a la muestra. 10. Un sensor según cualquier reivindicación precedente, que comprende adicionalmente medios (52, 54, 56) para proporcionar una salida de control desde el amplificador del sensor, a fin de controlar el nivel de la señal de referencia de retroalimentación. 7   8   9