专利摘要
本发明公开了一种基于超材料的化学液体微波传感器及其应用，包括有基板(1)、台阶型微带传输线(2)、Ω型开口谐振环(3)、圆柱形感应腔体(4)、微带线地线(5)。本发明利用基板上集成微带传输线和开口谐振环构成超材料结构的微波传输系数谐振效应，当感应腔体内的化学液体发生变化时，其微波传输系数的谐振频点会发生显著偏移，从而实现对化学液体种类的精确鉴别，有效克服了传统化学液体传感器鉴别种类非常有限、受环境干扰敏感鲁棒性差、无法重复使用的缺点，本发明传感器具有结构简单、灵敏度高、体积小、成本低、测量液体种类多、测量误差小、可重复使用的优势。
权利要求
1.一种基于超材料的化学液体微波传感器，其特征在于，包括有基板（1）、台阶型微带传输线（2）、Ω型开口谐振环（3）、圆柱形感应腔体（4）、微带线地线（5）；在基板（1）的上表面开设一个圆柱形感应腔体（4）；在基板（1）上沿着圆柱形感应腔体（4）的轮廓边线开设Ω型开口谐振环（3），Ω型开口谐振环（3）上半部份的圆形区域与圆柱形感应腔体（4）共圆心，圆柱形感应腔体（4）位于Ω型开口谐振环（3）内部，圆柱形感应腔体（4）直径与Ω型开口谐振环（3）内径相同；在Ω型开口谐振环 （3）的上半圆外侧开设台阶型微带传输线（2），Ω型开口谐振环（3）位于台阶型微带传输线（2）弯曲内侧；圆柱形感应腔体（4）的圆心也位于台阶型微带传输线（2）两端所处的直线上；在基板的下表面覆上一层铜膜做为微带线地线（5）；
所述的圆柱形感应腔体（4）内部涂覆有一层铜膜；圆柱形感应腔体（4）的深度为基板（1）厚度的 97~99%。
2.根据权利要求 1 所述的基于超材料的化学液体微波传感器，其特征在于：所述的基板（1）由 FR1、FR2、FR3、FR4、FR5、FR6 型号的环氧树脂中的一种制成。
3.根据权利要求 1 所述的基于超材料的化学液体微波传感器，其特征在于：所述的台阶型微带传输线（2）、Ω型开口谐振环（3）是根据化学液体微波传感器的设计尺寸采用丝网印刷工艺在基板（1）上制得。
4.根据权利要求 2 所述的基于超材料的化学液体微波传感器，其特征在于：所述的在基板（1）上印刷台阶型微带传输线（2）、Ω型开口谐振环（3）、圆柱形感应腔体（4）的方法具体为：根据化学液体微波传感器的设计尺寸制备网版，在基板（1）上表面放置网版，然后通过丝网印刷工艺，即可得到对应的结构。
5.根据权利要求 1 所述的基于超材料的化学液体微波传感器在鉴别化学液体中的应用。
6.根据权利要求5所述的基于超材料的化学液体微波传感器在鉴别化学液体中应用，其特征在于，所述的化学液体为聚乙二醇300、聚乙二醇 1500、异丙醇、液氨、水中的一种。
说明书
技术领域
本发明属于微电子器件技术领域，具体涉及一种基于超材料的化学液体微波传感器及其应用。
背景技术
化学液体传感器在液态食品、液态产品生产加工和生物组织液成份鉴定等领域扮演着重要角色。中国专利ZL201921076734.2公开了一种带有检测装置的双层油罐，检测空腔中液体渗漏情况，压力传感器则可监控空腔中气体渗透情况，根据渗透的物质是石油液体、水或石油气体可以对双层油罐渗漏部位进行初步判断。ZL201920733242.X公开了一种橇装储罐漏油监测装置，其内部安装有可燃气体传感器和液体传感器，可以及时地监测储罐夹层内渗漏出的液体。ZL201920693442.7公开了一种干旱地区水窖集流自动控制与水质净化系统，包括有单片机及与单片机信号传输的液体传感器，提高了雨水的利用率。ZL201880023984.1公开了一种利用多个串联电化学电池制成的液体传感器。ZL201780083934.8公开了一种传感器发送信号到天线单元用于探测液体的金属接触面。
然而，传统的化学液体传感器大多基于化学反应原理，需要使用化学探针与检测样品直接接触检测，一方面检测单元尺寸较大，而且重复检测过程造成检测对象的浪费，无形大大增加了成本，另一方面，尤其是对生物组织液检测可能还会对生物体造成一定伤害。利用电磁波与检测对象的非接触式相互作用，可彻底解决上述问题，而且因其结构设计高度灵活性，可进行定制化设计进行快速检测。
发明内容
本发明的目的是提供一种无需使用化学探针的基于超材料的化学液体微波传感器及其应用。
本发明这种基于超材料的化学液体微波传感器，包括有基板(1)、台阶型微带传输线(2)、Ω型开口谐振环(3)、圆柱形感应腔体(4)、微带线地线(5)；在基板(1)的上表面开设一个圆柱形感应腔体(4)；在基板(1)上沿着圆柱形感应腔体(4)的轮廓边线开设Ω型开口谐振环(3)，Ω型开口谐振环(3)上半部份的圆形区域与圆柱形感应腔体(4)共圆心，圆柱形感应腔体(4)位于Ω型开口谐振环(3)内部，圆柱形感应腔体(4)直径与Ω型开口谐振环(3)内径相同；在Ω型开口谐振(3)的上半圆外侧开设台阶型微带传输线(2)，Ω型开口谐振环(3)位于台阶型微带传输线(2)弯曲内侧；圆柱形感应腔体(4)的圆心也位于台阶型微带传输线(2)两端所处的直线上；在基板的下表面覆上一层铜膜做为微带线地线(5)。
所述的圆柱形感应腔体(4)内部涂覆有一层铜膜。
所述的圆柱形感应腔体(4)的深度为基板(1)厚度的97～99％。
所述的基板(1)由FR1、FR2、FR3、FR4、FR5、FR6型号的环氧树脂中的一种制成。
所述的台阶型微带传输线(2)、Ω型开口谐振环(3)是根据化学液体微波传感器的设计尺寸采用丝网印刷工艺在基板(1)上制得。
所述的在基板(1)上印刷台阶型微带传输线(2)和Ω型开口谐振环(3)的方法具体为：根据化学液体微波传感器的设计尺寸制备网版，在基板(1)上表面放置网版，然后通过丝网印刷工艺，即可得到对应的结构。
所述的基于超材料的化学液体微波传感器在鉴别化学液体中的应用。
所述的基于超材料的化学液体微波传感器在鉴别聚乙二醇300、聚乙二醇1500、异丙醇、液氨、水化学液体中的应用。
本发明的原理：本发明的传感器是利用基板上集成微带传输线和开口谐振环构成超材料结构的微波传输系数谐振效应原理，当感应腔体内的化学液体发生变化时，其微波传输系数的谐振频点会发生显著偏移，从而实现对化学液体种类的精确鉴别。
本发明的有益效果：本发明利用基板上集成微带传输线和开口谐振环构成超材料结构的微波传输系数谐振效应，当感应腔体内的化学液体发生变化时，其微波传输系数的谐振频点会发生显著偏移，从而实现对化学液体种类的精确鉴别，有效克服了传统化学液体传感器鉴别种类非常有限、受环境干扰敏感鲁棒性差、无法重复使用的缺点，本发明传感器具有结构简单、灵敏度高、体积小、成本低、测量液体种类多、测量误差小、可重复使用的优势。
附图说明
图1本发明的微波传感器的上表面结构示意图。
图2本发明的微波传感器的下表面结构示意图。
图3实施例中传感器检测各种液体的微波传输曲线。
其中：基板-1、台阶型微带传输线-2、Ω型开口谐振环-3、圆柱形感应腔体-4、微带线地线-5。
具体实施方式
实施例1：
一种基于超材料的化学液体微波传感器，该传感器包括基板1、台阶型微带传输线2、Ω型开口谐振环3、圆柱形感应腔体4、微带线地线5；其上表面结构如图1所示，下表面结构如图2所述。
(1)基板1由FR4型号的环氧树脂中的一种制成，厚度为1.64mm；在基本1的下表面上涂覆有一层铜膜，铜膜即为微带线地线5。
(2)在背面覆铜的基板上加工一个圆柱形感应腔体4，圆柱形感应腔体4的内径为10mm，深度为1.6mm，并在圆柱形感应腔体4内部涂覆一层铜膜。所述的圆柱形感应腔体4位于Ω型开口谐振环3内部；圆柱形感应腔体4的圆心也位于台阶型微带传输线2两端所处的直线上；
(3)在基板1的上表面采用丝网印刷工艺制备步骤(2)中的结构；首先在基板1上表面放置网版，印刷超材料结构图形，其中所述的台阶型微带传输线2，线宽为1mm，且两端位于同一直线上；所述的Ω型开口谐振环3位于台阶型微带传输线2弯曲内侧，线宽为1mm，内径为10mm，开口缝隙为0.4mm。
(4)将聚乙二醇300、聚乙二醇1500、异丙醇三种醇类物质置于感应腔体4内，测试其微波传输参数S21，其性能参数见表1所示：
表1
实施例2：
一种基于超材料的化学液体微波传感器，该传感器包括基板1、台阶型微带传输线2、Ω型开口谐振环3、圆柱形感应腔体4、微带线地线5；其上表面结构如图1所示，下表面结构如图2所述。
(1)基板1由FR4型号的环氧树脂中的一种制成，厚度为1.64mm；在基本1的下表面上涂覆有一层铜膜，铜膜即为微带线地线5。
(2)在背面覆铜的基板上加工一个圆柱形感应腔体4，圆柱形感应腔体4的内径为10mm，深度为1.6mm，并在圆柱形感应腔体4内部涂覆一层铜膜。所述的圆柱形感应腔体4位于Ω型开口谐振环3内部；圆柱形感应腔体4的圆心也位于台阶型微带传输线2两端所处的直线上；
(3)在基板1的上表面采用丝网印刷工艺制备步骤(2)中的结构；首先在基板1上表面放置网版，印刷超材料结构图形，其中所述的台阶型微带传输线2，线宽为1mm，且两端位于同一直线上；所述的Ω型开口谐振环3位于台阶型微带传输线2弯曲内侧，线宽为1mm，内径为10mm，开口缝隙为0.5mm。
(4)将液氨置于感应腔体4内，测试其微波传输参数S21，其性能参数见表2所示：
表2
实施例3：
一种基于超材料的化学液体微波传感器，该传感器包括基板1、台阶型微带传输线2、Ω型开口谐振环3、圆柱形感应腔体4、微带线地线5；其上表面结构如图1所示，下表面结构如图2所述。
(1)基板1由FR4型号的环氧树脂中的一种制成，厚度为1.64mm；在基本1的下表面上涂覆有一层铜膜，铜膜即为微带线地线5。
(2)在背面覆铜的基板上加工一个圆柱形感应腔体4，圆柱形感应腔体4的内径为10mm，深度为1.6mm，并在圆柱形感应腔体4内部涂覆一层铜膜。所述的圆柱形感应腔体4位于Ω型开口谐振环3内部；圆柱形感应腔体4的圆心也位于台阶型微带传输线2两端所处的直线上；
(3)在基板1的上表面采用丝网印刷工艺制备步骤(2)中的结构；首先在基板1上表面放置网版，印刷超材料结构图形，其中所述的台阶型微带传输线2，线宽为1mm，且两端位于同一直线上；所述的Ω型开口谐振环3位于台阶型微带传输线2弯曲内侧，线宽为1mm，内径为10mm，开口缝隙为0.5mm。
(4)将纯净水置于感应腔体(4)内，测试其微波传输参数S21，其性能参数见表3所示：
表3
实施例1～3的传感器检测各种液体的微波传输曲线如图3所示，从图3可以看出，不同的化学液体具有其自己的谐振频点，因而采用本发明的传感器可以有效的区分化学液体。
一种基于超材料的化学液体微波传感器及其应用专利购买费用说明
Q：办理专利转让的流程及所需资料
A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。
1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。
2：按规定缴纳著录项目变更手续费。
3：同时提交相关证明文件原件。
4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。
Q:专利著录项目变更费用如何缴交
A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式
Q：专利转让变更，多久能出结果
A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。
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