[發(fā)明專利]一種用于液體介電常數(shù)檢測的微波傳感器

在審

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• 申請日: 2022-02-28
• 公開（公告）號: CN114675082A
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 韓雪云;李肖松;馬中軍;周應(yīng)平;郭笑天
• 申請（專利權(quán)）人: 河南師范大學(xué)
• 主分類號: G01R27/26
• 分類號: G01R27/26;G01N22/00
• 代理公司: 新鄉(xiāng)市平原智匯知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 41139
• 代理人: 路寬

本發(fā)明公開了一種用于液體介電常數(shù)檢測的微波傳感器，其包括由上到下依次設(shè)置的金屬貼片、上基板、流體通道層、下基板和金屬地，其中金屬貼片由圓形貼片徑向開槽后與設(shè)置于槽內(nèi)中部的矩形金屬微帶線相連接構(gòu)成，該矩形金屬微帶線末端與SMA接頭焊接且SMA接頭與矢網(wǎng)分析儀連接構(gòu)成液體檢測系統(tǒng)，流體通道層為PDMS柔性材料層且流體通道刻蝕于PDMS柔性材料層中，該流體通道主體為環(huán)形槽道，且環(huán)形槽道的兩側(cè)分別設(shè)有與該環(huán)形槽道相連通的矩形槽道，用于實現(xiàn)待測流體從一側(cè)矩形槽道流入環(huán)形槽道并從另一側(cè)矩形槽道流出。本發(fā)明具有能夠快速、精確測量液體介電常數(shù)的功能，同時也具有識別區(qū)分不同液體的功能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微波傳感器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于液體介電常數(shù)檢測的微波傳感器。

背景技術(shù)

介電常數(shù)表示的是材料在電場作用下的極化特性，每種材料都具有其獨特的介電特性。隨著電介質(zhì)材料在多個領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，測量材料的介電常數(shù)具有很大的意義。目前測量材料的介電常數(shù)大多使用微波諧振法，該方法受外界環(huán)境影響較小，測試準確度較高，通過將流體通道放置最高場強的區(qū)域下方，當流體通過通道時，諧振頻率會發(fā)生改變，峰值也會上下變化。

微波傳感器技術(shù)近幾年發(fā)展迅速，其自身所具備的無損性、實時測量、低成本等特點被廣泛應(yīng)用在各個領(lǐng)域，用于檢測液體、固體等材料介電常數(shù)特性，還可以用于監(jiān)測濕度、壓力等變化。科技文獻（Monolithic Microwave-Microfluidic Sensors Madewith LowTemperature Co-Fired Ceramic(LTCC) Technology.[J]. Sensors 2019, 19(3), 577）中提出了一種基于LTCC技術(shù)制造的液體檢測方法，其工作原理是測量由測試微通道中流體組成的變化引起的諧振頻率和傳輸幅度的變化，進而來檢測溶液在不同濃度下的介電常數(shù)變化。但是該檢測技術(shù)比較復(fù)雜，成本相對較高。

在實驗中使用未標記和身份不明的化學(xué)液體可能會產(chǎn)生嚴重的后果，因為一些化學(xué)液體如甲醇、己烷、丙酮等無色液體都具有毒性，可能會對人體產(chǎn)生嚴重的影響，所以對于化學(xué)液體必須做好區(qū)分和標記。由于液體大多都是無色的，傳統(tǒng)的識別方法比較麻煩，并且檢測儀器體積較大，使用過程不夠方便快捷。基于以上技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種用于液體介電常數(shù)檢測的微波傳感器，該微波傳感器能夠以人體無接觸地檢測方法檢測并識別液體。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提供了一種結(jié)構(gòu)簡單且設(shè)計合理的用于液體介電常數(shù)檢測的微波傳感器，該微波傳感器具有能夠快速、精確測量液體介電常數(shù)的功能，同時也具有識別區(qū)分不同液體的功能。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案，一種用于液體介電常數(shù)檢測的微波傳感器，其特征在于包括由上到下依次設(shè)置的金屬貼片、上基板、流體通道層、下基板和金屬地，其中金屬貼片由圓形貼片徑向開槽后與設(shè)置于槽內(nèi)中部的矩形金屬微帶線相連接構(gòu)成，該矩形金屬微帶線末端與SMA接頭焊接且SMA接頭與矢網(wǎng)分析儀連接構(gòu)成液體檢測系統(tǒng)，流體通道層為PDMS柔性材料層且流體通道刻蝕于PDMS柔性材料層中，該流體通道主體為環(huán)形槽道，且環(huán)形槽道的兩側(cè)分別設(shè)有與該環(huán)形槽道相連通的矩形槽道，用于實現(xiàn)待測流體從一側(cè)矩形槽道流入環(huán)形槽道并從另一側(cè)矩形槽道流出。

進一步限定，所述金屬貼片、上基板、流體通道層、下基板和金屬地均為圓形結(jié)構(gòu)，且上基板、流體通道層與下基板通過尼龍紐扣組合固定，金屬貼片貼附于上基板上表面，金屬地貼附于下基板下表面。

進一步限定，所述圓形貼片材料為銅，該圓形貼片的半徑為14mm，開槽長度為7mm，開槽寬度為2mm，圓形貼片厚度為0.035mm。

進一步限定，所述上基板與下基板的材料均為Rogers5880，該材料的介電常數(shù)為2.2，上基板與下基板均為圓形結(jié)構(gòu)且上基板與下基板的半徑均為20mm，上基板與下基板的厚度均為0.508mm。