[發明專利]一種基于超材料的化學液體微波傳感器及其應用

有效

• 申請號: 202010915604.4
• 申請日: 2020-09-03
• 公開（公告）號: CN112033979B
• 公開（公告）日: 2021-06-15
• 發明（設計）人: 羅衡;鄧聯文;黃生祥;高小惠;趙巖
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G01N22/00
• 分類號: G01N22/00
• 代理公司: 長沙永星專利商標事務所(普通合伙) 43001
• 代理人: 周詠;林毓俊

本發明公開了一種基于超材料的化學液體微波傳感器及其應用，包括有基板(1)、臺階型微帶傳輸線(2)、Ω型開口諧振環(3)、圓柱形感應腔體(4)、微帶線地線(5)。本發明利用基板上集成微帶傳輸線和開口諧振環構成超材料結構的微波傳輸系數諧振效應，當感應腔體內的化學液體發生變化時，其微波傳輸系數的諧振頻點會發生顯著偏移，從而實現對化學液體種類的精確鑒別，有效克服了傳統化學液體傳感器鑒別種類非常有限、受環境干擾敏感魯棒性差、無法重復使用的缺點，本發明傳感器具有結構簡單、靈敏度高、體積小、成本低、測量液體種類多、測量誤差小、可重復使用的優勢。

技術領域

本發明屬于微電子器件技術領域，具體涉及一種基于超材料的化學液體微波傳感器及其應用。

背景技術

化學液體傳感器在液態食品、液態產品生產加工和生物組織液成份鑒定等領域扮演著重要角色。中國專利ZL201921076734.2公開了一種帶有檢測裝置的雙層油罐，檢測空腔中液體滲漏情況，壓力傳感器則可監控空腔中氣體滲透情況，根據滲透的物質是石油液體、水或石油氣體可以對雙層油罐滲漏部位進行初步判斷。ZL201920733242.X公開了一種橇裝儲罐漏油監測裝置，其內部安裝有可燃氣體傳感器和液體傳感器，可以及時地監測儲罐夾層內滲漏出的液體。ZL201920693442.7公開了一種干旱地區水窖集流自動控制與水質凈化系統，包括有單片機及與單片機信號傳輸的液體傳感器，提高了雨水的利用率。ZL201880023984.1公開了一種利用多個串聯電化學電池制成的液體傳感器。ZL201780083934.8公開了一種傳感器發送信號到天線單元用于探測液體的金屬接觸面。

然而，傳統的化學液體傳感器大多基于化學反應原理，需要使用化學探針與檢測樣品直接接觸檢測，一方面檢測單元尺寸較大，而且重復檢測過程造成檢測對象的浪費，無形大大增加了成本，另一方面，尤其是對生物組織液檢測可能還會對生物體造成一定傷害。利用電磁波與檢測對象的非接觸式相互作用，可徹底解決上述問題，而且因其結構設計高度靈活性，可進行定制化設計進行快速檢測。

發明內容

本發明的目的是提供一種無需使用化學探針的基于超材料的化學液體微波傳感器及其應用。

本發明這種基于超材料的化學液體微波傳感器，包括有基板(1)、臺階型微帶傳輸線(2)、Ω型開口諧振環(3)、圓柱形感應腔體(4)、微帶線地線(5)；在基板(1)的上表面開設一個圓柱形感應腔體(4)；在基板(1)上沿著圓柱形感應腔體(4)的輪廓邊線開設Ω型開口諧振環(3)，Ω型開口諧振環(3)上半部份的圓形區域與圓柱形感應腔體(4)共圓心，圓柱形感應腔體(4)位于Ω型開口諧振環(3)內部，圓柱形感應腔體(4)直徑與Ω型開口諧振環(3)內徑相同；在Ω型開口諧振(3)的上半圓外側開設臺階型微帶傳輸線(2)，Ω型開口諧振環(3)位于臺階型微帶傳輸線(2)彎曲內側；圓柱形感應腔體(4)的圓心也位于臺階型微帶傳輸線(2)兩端所處的直線上；在基板的下表面覆上一層銅膜做為微帶線地線(5)。

所述的圓柱形感應腔體(4)內部涂覆有一層銅膜。

所述的圓柱形感應腔體(4)的深度為基板(1)厚度的97～99％。

所述的基板(1)由FR1、FR2、FR3、FR4、FR5、FR6型號的環氧樹脂中的一種制成。

所述的臺階型微帶傳輸線(2)、Ω型開口諧振環(3)是根據化學液體微波傳感器的設計尺寸采用絲網印刷工藝在基板(1)上制得。

所述的在基板(1)上印刷臺階型微帶傳輸線(2)和Ω型開口諧振環(3)的方法具體為：根據化學液體微波傳感器的設計尺寸制備網版，在基板(1)上表面放置網版，然后通過絲網印刷工藝，即可得到對應的結構。

所述的基于超材料的化學液體微波傳感器在鑒別化學液體中的應用。

所述的基于超材料的化學液體微波傳感器在鑒別聚乙二醇300、聚乙二醇1500、異丙醇、液氨、水化學液體中的應用。