[發明專利]基于Kapton 200HN和微流體的多功能傳感器

有效

• 申請號: 201911045245.5
• 申請日: 2019-10-30
• 公開（公告）號: CN110849914B
• 公開（公告）日: 2022-05-31
• 發明（設計）人: 趙文生;范立超;王大偉;胡月;陳世昌;王高峰
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: G01N22/00
• 分類號: G01N22/00;G01N22/04;G01N27/22;G01R27/26;G01K7/34;G01D21/02
• 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

本發明公開基于Kapton 200HN和微流體的多功能傳感器，包括底層被刻蝕了兩個刻槽CSRR的金屬薄片，中間層介質板Kapton200HN，頂層微帶線；第二刻槽CSRR槽環開口相對的直角對齊向環內彎折，實現了最大的邊緣電場效應，使得該區域為電場強度最強區域，該區域放置待測樣品用于測量磁介質材料的介電常數；第一刻槽CSRR槽環90°向內豎直的區域為電場強度最大，此時可以在這個區域放置蒸餾水來測量周圍環境的溫度。因此該傳感器具備同時測量環境的溫度、濕度和磁介質材料介電常數的功能，不僅具有高靈敏度和高精度的優良性能，而且結構簡單，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、溫度和磁介質材料介電常數的小型化微波傳感器。

背景技術

近年來，隨著人們在工業領域和家庭生活對舒適性和安全性的不斷追求，溫度、濕度、空氣質量傳感器等各種環境傳感器技術得到了廣泛的應用，除此之外，磁介質材料已在雷達、電子對抗、遙感遙測、微波通信、衛星通信、導彈制導等領域得到了廣泛的應用，其中介電常數是磁介質材料的重要的微波參數。因此如何快速、準確測量溫度、濕度和介電常數，已經得到了電子、通信等相關領域的重視。

在傳統的濕度傳感器中，光纖濕度傳感器雖然具有體積小、靈敏度高、抗電磁干擾等優點，但是這些濕度傳感器要么制造成本昂貴，要么就很容易受到光源強度的干擾。

在傳統的溫度傳感器中，往往使用的是熱電偶/熱電堆或熱敏電阻等電子溫度傳感設備，熱敏電阻雖然憑借成本低，功耗小的特點而得到人們的青睞，但是它們所能測得范圍卻只有-100℃-500℃，所測的范圍有限；熱電偶雖然工作溫度可擴展到2300℃以上，但是它們的靈敏度相當低，容易對實驗造成不必要的誤差。

在磁介質材料的電性能表征方面，其中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。

因此為了解決上述所提的問題，本次申請的基于Kapton 200HN和微流體的多功能傳感器，不僅能用于測量環境的溫度和濕度，而且我們還可以對磁介質材料的介電常數進行同時測量，而其中溫度、濕度、樣品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Kapton200HN；Kapton 200HN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50μm；

底層包括金屬薄片、兩個刻槽CSRR結構、一個微流體通道；

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；由金屬補丁、微帶線、介質板Kapton200HN、金屬薄片、金屬通孔構成八分之一模式的襯底集成波導(EMSIW)；

在金屬補丁的電壁上連接有微帶線，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)；