[發明專利]同時測量濕度、溫度和材料復介電常數的多功能傳感器

有效

• 申請號: 201911044408.8
• 申請日: 2019-10-30
• 公開（公告）號: CN110806416B
• 公開（公告）日: 2022-05-03
• 發明（設計）人: 趙文生;范立超;王晶;陳世昌;徐魁文;王高峰
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: G01N22/04
• 分類號: G01N22/04;G01N27/22;G01R27/26;G01K7/22
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 朱亞冠

本發明公開同時測量濕度、溫度和材料復介電常數的多功能傳感器。本發明由金屬補丁、微帶線、介質板Kapton100HN、金屬薄片、金屬通孔構成EMSIW；微帶線與CSRR槽環耦合。槽環開口相對的直角對齊向環內彎折，該區域電場強度最強，用來測量材料的復介電常數；向內彎折的兩直角間由多個“凵”結構以及用于連接相鄰兩“凵”結構的連接板構成；槽環的開口分別向環內外延伸；槽環CSRR非折線區焊接熱敏電阻。因此該傳感器具備同時測量環境的溫度、濕度和材料復介電常數的功能，不僅具有高靈敏度和高精度的優良性能，而且其結構簡單、結構小型化、測量范圍廣、實用性很強。

技術領域

本發明屬于微波技術領域，涉及一種微帶線激勵的傳感器，特別涉及一種基于八分之一模的襯底集成波導(Eight Mode Substrate integrated waveguide-EMSIW)的用于測量濕度、溫度和材料復介電常數的小型化微波傳感器。

背景技術

近年來，隨著時代的進步和人們的生活水平的不斷進步，溫度、濕度等環境傳感器在工業和人們的生活中發揮著越來越重要的作用；另外磁介質材料在食品工業、農業醫藥、衛生保健、國防等領域也發揮著越來越重要的作用，而其中介電常數是描述磁介質材料的電性能一個的重要參數。因此如何對溫度、濕度和介電常數實現準確、快速的測量，已經成為目前學術界和工業界共同關注的熱點。

在傳統的濕度傳感器中，電阻式傳感器因價格低廉，在中等濕度范圍內表現出良好的性能，而得到了大家越來越多的青睞，然而電阻式儀表在較低濕度時響應較弱，反應不明顯，因此而制約了它的發展。

在傳統的溫度傳感器中，SAW溫度傳感器，其工作頻率往往容易受到信號對噪聲性能差的影響，所需的電路通常也比較復雜，成本較高。盡管光學傳感器具有抗電磁干擾的能力，但由于支撐所需要的昂貴且大規模的光電設備，光學傳感器在許多應用中同樣也受到了限制。

在磁介質材料的電性能表征方面，基于諧振的方法由于其精度高、靈敏度高、成本低等優點，常受到人們的青睞，在這種方法中，由于被測樣品加載到諧振器上，引起諧振器的諧振頻率的變化，從而為磁介質材料的介電常數的測量提供了可靠的依據。然而那些傳感器往往功能單一，無法滿足電路的小型化、集成化的要求。

因此，為了解決上述兩個問題，本次申請同時測量濕度、溫度和材料復介電常數多功能傳感器，除了能用于測量環境的溫度和濕度以外，我們還可以用于測量磁介質材料的介電常數，而其中溫度、濕度、材料的復介電常數測量的多功能的集成，不但提高了小型化傳感器的實用性，而且更能體現我們的一大創新。

發明內容

本發明的目的主要針對現有技術的不足，提出了一種結構簡單、高靈敏度、高Q值、測量范圍廣以及具備同時測量溫度、濕度、介電常數功能的微波傳感器。該傳感器是在八分之一模式的襯底集成波導(EMSIW)的結構的基礎上，采用微帶線激勵進行設計的。

本發明按以下技術方案實現：

一種微波傳感器，該微波傳感器為單端口器件，分為三層結構；

頂層包括金屬補丁、微帶線和一個SMA連接頭；

中間層采用濕度敏感介質板Kapton100HN；Kapton 100HN學名是聚酰亞胺，其介電常數是隨濕度線性變化的一種介質板，其厚度是25μm；

底層包括金屬薄片、刻槽CSRR結構、熱敏電阻(R-T-CMFA103J3950HANT)；

由金屬補丁、微帶線、介質板Kapton100HN、金屬薄片、金屬通孔構成EMSIW；

在金屬補丁的電壁上連接微帶線，金屬補丁在微帶線兩側開有軸對稱的L型縫隙(左側L型縫隙為順時針旋轉180°后的L結構，右側L型縫隙與左側L型縫隙關于微帶線軸對稱)；金屬補丁上設有若干等距排布用于耦合金屬薄片的金屬通孔，使得微帶線與CSRR槽環耦合。