[發明專利]基于MEMS技術的鹽度檢測傳感器及其檢測方法

無效

• 申請號: 201210133581.7
• 申請日: 2012-05-03
• 公開（公告）號: CN102680499A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發明（設計）人: 黃慶安;韓磊;殷剛毅
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01N22/00
• 分類號: G01N22/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

技術領域

本發明是利用不同鹽度下檢測電極對輸入微波信號的反射系數不同，通過MEMS終端式微波功率傳感器結構測量反射信號的功率變化得到鹽溶液的鹽度值，屬于微電子器件技術領域。

背景技術

近年來，高速公路建設的規模十分巨大，因此大量公路路面的監測和維護日益重要。公路路面在實際的使用過程中，路面結冰會對整個路面結構產生不利的影響，并極大的增大了交通事故的發生幾率。鹽度檢測傳感器能夠準確測量路面積水中除冰劑（主要成分是氯化鈣、氯化納、氯化鎂等）的濃度和積水的結冰點，從而對公路路面的結冰溫度進行實時測量和預警，因此對于高速公路系統的信息化和智能化以及交通事故的預防預警有著十分重要的意義。目前測量鹽度的技術是基于相位檢波法、雙脈沖法、動態脈沖法和頻率法的原理實現，其核心就是用脈沖或者正弦波信號加載到電導池電極上，通過對不同濃度鹽溶液中電導率變化的檢測實現鹽度值的測量。但是，由于鹽溶液的等效電路為電阻和電容的并聯，在上述檢測方法中核心是檢測鹽溶液電導率的變化，因此需要將鹽溶液電容效應的影響降到最低，然而，由于電容效應的復雜性，使得其很難消除，且增加了整個電路的復雜性和響應時間。

發明內容

技術問題：本發明的目的是提一種基于MEMS技術的鹽度檢測傳感器及其檢測方法，應用發明的傳感器可以消除電容效應對檢測的影響，提高傳感器的靈敏度、效應速度、可靠性并簡化結構，解決在檢測方法、復雜性、可靠性和生產成本等諸多方面的問題，從而為實現基于MEMS終端式微波功率傳感器結構的鹽度檢測傳感器在路面傳感器系統中的產業化應用提供了支持和保證。

技術方案：為解決上述?技術問題，本發明提供了一種基于MEMS技術的鹽度檢測傳感器，該傳感器包括微波信號源、環形電橋、傳感電極以及第一MEMS終端式微波功率傳感器和第二MEMS終端式微波功率傳感器；環形電橋設有四個端口，即第一端口，第二端口，第三端口，第四端口；?

微波信號源連接到環形電橋的第一端口，傳感電極連接到環形電橋的第二端口，第一MEMS終端式微波功率傳感器和第二MEMS終端式微波功率傳感器分別連接到環形電橋的第三端口和第四端口。

優選的，第一MEMS終端式微波功率傳感器和第二MEMS終端式微波功率傳感器用于實現輸入微波信號和反射微波信號的功率值測量和比較。

本發明還提供了一種基于MEMS技術的鹽度檢測方法，該方法包括如下步驟：微波信號源產生微波信號，并將微波信號通過第一端口傳送到環形電橋，微波信號經環形電橋分配后分別經過第二端口和第四端口傳送到傳感電極和第二MEMS終端式微波功率傳感器，由于傳感電極感應到的不同濃度鹽溶液的等效并聯電阻和電容值不同，因此傳送到傳感電極的微波信號的反射系數會隨著鹽溶液濃度的不同而改變，被傳感電極反射回的微波信號再次經過環形電橋通過第三端口傳送到第一MEMS終端式微波功率傳感器，通過比較第一MEMS終端式微波功率傳感器和第二MEMS終端式微波功率傳感器測量到的信號功率值實現鹽度值的檢測。

有益效果：長期以來由于受檢測方法的限制，鹽度檢測傳感器在檢測過程中受到電容效應的影響，大大增加了檢測電路的復雜性并降低了響應速度。本發明中的基于MEMS終端式微波功率傳感器結構的鹽度檢測傳感器，突破了傳統鹽度檢測方法的電導率測量和電容效應的思維限制，尋找到了同時利用電阻和電容的變化加以檢測的方法，并通過MEMS終端式微波功率傳感器結構實現信號的測量，使得鹽度檢測傳感器的靈敏度、復雜性、響應速度和可靠性都有了較大的改善。

附圖說明

圖1是基于MEMS技術的鹽度檢測傳感器的組成結構圖。

其中有：微波信號源102、環形電橋101、傳感電極104以及第一MEMS終端式微波功率傳感器1031和第二MEMS終端式微波功率傳感器1032；環形電橋設有四個端口，即第一端口1，第二端口2，第三端口3，第四端口4；

圖2是環形電橋和MEMS終端式微波功率傳感器結構示意圖。

其中有：環形電橋101、第一MEMS終端式微波功率傳感器1031和第二MEMS終端式微波功率傳感器1032，環形電橋第一端口1，第二端口2，第三端口3，第四端口4，匹配電阻r1和熱電推e1。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明做進一步說明。