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原文传递液态化学品检测传感器、检测装置及其检测方法

专利名称：	液态化学品检测传感器、检测装置及其检测方法
摘要：	本发明涉及液态化学品检测传感器、检测装置及其检测方法；该检测传感器基底的上表面上设有微带传输线和开口谐振器，基底内部埋设有M条微流道，微流道位于微带传输线和/或开口谐振器下方，微流道的入口和出口均设在基底的上表面上；含有该检测传感器的检测装置中还含有信号处理模块、控制模块、电源模块和M个与微流道连通的储液容器；控制模块中的控制器通过信号处理模块给微带传输线发送信号并接收微带传输线的输出信号；检测方法通过电磁微波信号中的谐振信息计算出样品的复合介电常数，然后判断出样品的种类和浓度；本发明的检测传感器能实现液态化学品的无损、无接触、无添加剂和无泄漏检测，检测装置可实现现场检测，检测方法科学合理。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	重庆;50
申请人：	重庆大学
发明人：	牟笑静;周鸿;易拥洁;胡东林
专利状态：	有效
申请日期：	2019-04-09T00:00:00+0800
发布日期：	2019-06-21T00:00:00+0800
申请号：	CN201910279146.7
公开号：	CN109916925A
代理机构：	郑州市华翔专利代理事务所(普通合伙)
代理人：	于建元
分类号：	G01N22/00(2006.01);G;G01;G01N;G01N22
申请人地址：	400044 重庆市沙坪坝区沙正街174号
主权项：	1.一种液态化学品检测传感器，其特征是：含有基底，基底的上表面上设有微带传输线和N个开口谐振器，N个开口谐振器布设在微带传输线的一侧或两侧，基底内部埋设有M条弯折的微流道，M条微流道位于微带传输线和/或开口谐振器的下方，每条微流道的入口和出口均设在基底的上表面上，基底的下表面上设有底电极层，N和M均为大于等于1的自然数。 2.根据权利要求1所述的液态化学品检测传感器，其特征是：所述N为偶数，N个开口谐振器形成N/2个开口谐振器对，每个开口谐振器对中的两个开口谐振器对称布设在微带传输线的两侧；M＝N/2，M条微流道分别位于N/2个开口谐振器对的正下方。 3.根据权利要求1所述的液态化学品检测传感器，其特征是：所述基底为长方体形；开口谐振器为方形开口谐振环或圆形开口谐振环；微流道的弯折形状为弓形弯折，或为回形弯折，或为Ⅲ形弯折，或为Ⅰ形弯折。 4.根据权利要求1所述的液态化学品检测传感器，其特征是：所述基底的材质为环氧树脂，或为PTFE玻璃纤维，或为PTFE陶瓷，或为碳氢化合物陶瓷；微带传输线、开口谐振器和底电极层的材质为金，或为银，或为铜，或为钛。 5.一种含有权利要求1～4中任一项所述液态化学品检测传感器的检测装置，其特征是：还含有信号处理模块、控制模块、电源模块和M个储液容器；电源模块给信号处理模块和控制模块供电；控制模块中含有控制器，信号处理模块中含有电磁微波发射电路和电磁微波接收电路，电磁微波发射电路的数字输入端与控制器的数字输出端连接，电磁微波发射电路的电磁微波输出端与微带传输线的输入端连接，电磁微波接收电路的电磁微波输入端与微带传输线的输出端连接，电磁微波接收电路的数字输出端与控制器的数字输入端连接；底电极层与信号处理模块的地连接；M个储液容器分别与M条微流道连通，M个储液容器的出口通过M个出口管路分别与M条微流道的入口连通，M个储液容器的入口通过M个入口管路分别与M条微流道的出口连通。 6.根据权利要求5所述的检测装置，其特征是：还含有M个驱动泵，M个驱动泵分别串接在M个出口管路或M个入口管路上；控制器的M个抽液控制端分别与M个驱动泵的开关端连接。 7.根据权利要求6所述的检测装置，其特征是：所述电磁微波发射电路中含有数模转换器、第二匹配电阻、第二匹配电容、信号发生器、第一带通滤波器、第一匹配电容和第一匹配电阻，控制器的数字输出端与数模转换器的输入端连接，数模转换器的输出端与第二匹配电阻的第一端连接，第二匹配电阻的第二端与信号发生器的输入端连接，第二匹配电阻的第二端还通过第二匹配电容接地，信号发生器的输出端与第一带通滤波器的输入端连接，第一带通滤波器的输出端与第一匹配电阻的第一端连接，第一带通滤波器的输出端还通过第一匹配电容接地，第一匹配电阻的第二端与微带传输线的输入端连接；电磁微波接收电路中含有第三匹配电阻、第三匹配电容、第二带通滤波器、信号接收器、第四匹配电容、第四匹配电阻和模数转换器，微带传输线的输出端与第三匹配电阻的第一端连接，第三匹配电阻的第二端与第二带通滤波器的输入端连接，第三匹配电阻的第二端还通过第三匹配电容接地，第二带通滤波器的输出端与信号接收器的输入端连接，信号接收器的输出端与第四匹配电阻的第一端连接，信号接收器的输出端还通过第四匹配电容接地，第四匹配电阻的第二端与模数转换器的输入端连接，模数转换器的输出端与控制器的数字输入端连接；电源模块中含有直流电源和二极管，直流电源的正端通过正向连接的二极管与电磁微波发射电路﹑电磁微波接收电路和控制器的电源端连接，直流电源的负端接地。 8.根据权利要求7所述的检测装置，其特征是：所述数模转换器的型号为：DA9220；模数转换器的型号为：AD9772；信号发生器的型号为：ADF4350；信号接收器的型号为：MAX7033；第一带通滤波器的型号为：MAX274；第二带通滤波器的型号为：LTC1562；控制器的型号为：STM32；直流电源为锂电池；储液容器为试管或玻璃器皿；驱动泵为蠕动泵。 9.一种权利要求5～8中任一项所述检测装置的检测方法，其特征是：N＝4，M＝2，4个开口谐振器形成2个开口谐振器对，每个开口谐振器对中的两个开口谐振器对称布设在微带传输线的两侧；2条微流道分别位于2个开口谐振器对的正下方；2个储液容器分别为第一储液容器和第二储液容器，2条微流道分别为第一微流道和第二微流道；检测方法如下：步骤1﹑将样品A和样品B分别加入第一储液容器和第二储液容器中，样品A和样品B分别流入第一微流道和第二微流道中；步骤2﹑控制器通过电磁微波发射电路输出原始电磁微波信号到微带传输线的输入端后，再通过电磁微波接收电路接收微带传输线的输出端输出的电磁微波信号，然后，控制器提取该电磁微波信号的谐振信息，该谐振信息中含有第一谐振频率X1和第一品质因数Y1；步骤3﹑用去离子水清洗第一储液容器﹑第二储液容器﹑第一微流道﹑第二微流道以及它们之间连接的出口管路和入口管路,然后，将样品A和样品B分别加入第二储液容器和第一储液容器中，样品A和样品B分别流入第二微流道和第一微流道中；步骤4﹑控制器通过电磁微波发射电路输出原始电磁微波信号到微带传输线的输入端后，再通过电磁微波接收电路接收微带传输线的输出端输出的电磁微波信号，然后，控制器提取该电磁微波信号的谐振信息，该谐振信息中含有第二谐振频率X2和第二品质因数Y2；步骤5﹑控制器根据第一谐振频率X1﹑第一品质因数Y1﹑第二谐振频率X2和第二品质因数Y2计算出样品A的复合介电常数和样品B的复合介电常数： ZA'＝-5.2943X1+0.0232X12-3.0205X13+0.8395Y1-0.1439Y12-0.0065Y13 ZA"＝-2.1203X2+0.0087X22-1.1348X23+68.0887Y2-1.6665Y22-0.0007Y23 ZB'＝-0.02400X1+0.000453X12-0.0000011X13+-0.49010Y1-14.93790Y12-0.020Y13 ZB"＝-4.48272X2+0.02303X22-0.0000364X23+5.87300Y2-0.12846Y22--0.002624Y23 其中，ZA'和ZA"分别为样品A的复合介电常数的实部和虚部，ZB'和ZB"分别为样品B的复合介电常数的实部和虚部；步骤6﹑控制器将样品A的复合介电常数和样品B的复合介电常数与控制器内部存储单元中的复合介电常数数据库进行匹配，得到样品A和样品B的种类和浓度数据。 10.根据权利要求9所述的检测方法，其特征是：所述步骤2和步骤4中，控制器提取电磁微波信号的谐振信息时采用的软件为：网络分析软件，版本号：A.09.10，设计单位：是德科技(中国)有限公司。
所属类别：	发明专利