[發(fā)明專利]一種基于機(jī)械超材料結(jié)構(gòu)的無源無線溫度傳感器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010985002.6
• 申請日: 2020-09-17
• 公開（公告）號: CN112097938B
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 顏紅彥;呂忠全;馬培
• 申請（專利權(quán)）人: 南京林業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G01K7/00
• 分類號: G01K7/00;G01K7/34
• 代理公司: 北京中知法苑知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11226
• 代理人: 李明;趙吉陽

本發(fā)明提供一種基于機(jī)械超材料結(jié)構(gòu)的無源無線溫度傳感器，該溫度傳感器包括：基板、以及設(shè)置在基板上的至少一個(gè)溫度感應(yīng)單元與應(yīng)變感應(yīng)單元，應(yīng)變感應(yīng)單元包括機(jī)械超材料結(jié)構(gòu)、LC諧振回路以及多個(gè)絕緣支撐件；其中，機(jī)械超材料結(jié)構(gòu)與至少一個(gè)溫度感應(yīng)單元連接，以接收溫度感應(yīng)單元因溫度變化所產(chǎn)生的單一方向的應(yīng)變，并將單一方向的應(yīng)變轉(zhuǎn)換為多方向的應(yīng)變，LC諧振回路通過多個(gè)絕緣支撐件與機(jī)械超材料結(jié)構(gòu)連接，以在多方向的應(yīng)變下產(chǎn)生諧振頻率的變化，以通過互感耦合的方式非接觸測量諧振頻率，實(shí)現(xiàn)對溫度的測量。本發(fā)明采用了無源無線的測量方式，使得該溫度傳感器功耗低、易于測量，同時(shí)還具有結(jié)構(gòu)簡單、測量誤差小、工藝兼容等優(yōu)勢。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微電子器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于機(jī)械超材料結(jié)構(gòu)的無源無線溫度傳感器。

背景技術(shù)

溫度傳感器是一種將周圍環(huán)境溫度變化轉(zhuǎn)換為電學(xué)量變化的傳感器，按照原理可分為電容式、電阻式、熱電偶式及MEMS式溫度傳感器，廣泛應(yīng)用于氣象檢測、工業(yè)控制、安全警報(bào)等領(lǐng)域。隨著MEMS技術(shù)的發(fā)展，溫度傳感器趨向于微型化。微溫度傳感器是MEMS工藝制造的新型溫度傳感器，與傳統(tǒng)溫度傳感器相比，微溫度傳感器具有體積小、易集成、功耗低、成本低等優(yōu)勢，同時(shí)也是信息化社會(huì)實(shí)現(xiàn)萬物互聯(lián)必不可缺的關(guān)鍵組成。在這樣的發(fā)展前景下，開展溫度傳感器產(chǎn)業(yè)化方面的工作是非常有意義的。然而，目前的溫度傳感器仍存在靈敏度低、誤差大以及功耗較大的缺陷。

因此，針對目前溫度傳感器存在的技術(shù)問題，有必要提出一種新的溫度傳感器，即基于機(jī)械超材料結(jié)構(gòu)的無源無線溫度傳感器。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題之一，提供一種基于機(jī)械超材料結(jié)構(gòu)的無源無線溫度傳感器。

本發(fā)明提供一種基于機(jī)械超材料結(jié)構(gòu)的無源無線溫度傳感器，所述溫度傳感器包括：基板、以及設(shè)置在所述基板上的至少一個(gè)溫度感應(yīng)單元與應(yīng)變感應(yīng)單元，所述應(yīng)變感應(yīng)單元包括機(jī)械超材料結(jié)構(gòu)、LC諧振回路以及多個(gè)絕緣支撐件；其中，

所述機(jī)械超材料結(jié)構(gòu)與所述至少一個(gè)溫度感應(yīng)單元連接，以接收所述溫度感應(yīng)單元因溫度變化所產(chǎn)生的單一方向的應(yīng)變，并將所述單一方向的應(yīng)變轉(zhuǎn)換為多方向的應(yīng)變；

所述LC諧振回路通過所述多個(gè)絕緣支撐件與所述機(jī)械超材料結(jié)構(gòu)連接，以在所述多方向的應(yīng)變下產(chǎn)生諧振頻率的變化，以通過互感耦合的方式非接觸測量所述諧振頻率，實(shí)現(xiàn)對溫度的測量。

可選的，所述機(jī)械超材料結(jié)構(gòu)包括：

第一超材料框架，所述第一超材料框架圍設(shè)在所述LC諧振回路外側(cè)，且所述第一超材料框架通過所述多個(gè)絕緣支撐件與所述LC諧振回路連接；

至少一個(gè)第二超材料框架，所述第二超材料框架自所述第一超材料框架向?qū)?yīng)的所述溫度感應(yīng)單元延伸并與該溫度感應(yīng)單元相連。

可選的，所述第一超材料框架包括第一變形部和第一連接部，所述第二超材料框架包括第二變形部和第二連接部；其中，

所述第一變形部與所述第一連接部相連，并與所述LC諧振回路連接；

所述第二變形部與所述第二連接部相連，并與對應(yīng)的所述溫度感應(yīng)單元相連，所述第二連接部還與所述第一變形部相連。

可選的，在沿所述第一變形部的長度方向上，所述第一變形部與所述LC諧振回路之間的距離先增大后減小；以及，

在沿所述第二變形部的長度方向上，所述第二變形部與所述LC諧振回路之間的距離先減小后增大。

可選的，所述第一變形部和所述第二變形部均呈折線狀，且所述第一變形部和所述第二變形部的折線尖端相對設(shè)置。

可選的，所述LC諧振回路包括第一電容極板、多個(gè)第二電容極板和多個(gè)感應(yīng)電感；其中，