详情

原文传递基于OCSRR的微流体差分微波传感器及其设计方法

专利名称：	基于OCSRR的微流体差分微波传感器及其设计方法
摘要：	本发明公开了一种基于OCSRR的微流体差分微波传感器及其设计方法，至少包括测量单元和参考单元，所述测量单元和参考单元采用相同的结构，其内分别设置测量OCSRR粒子和参考OCSRR粒子，其中，所述测量单元用于根据流经其内的被测流体产生第一信号，所述参考单元用于根据流经其内的参考流体产生第二信号，第一信号和第二信号用于表征OCSRR粒子的反射特性进而通过两者的差分信息获取传感信息以提取液体样品的复介电常数。通过对本发明所设计的传感器进行测试，实验结果与仿真结果吻合良好。与现有同类传感器相比，该传感器能够抑制环境因素的影响，平均灵敏度高达0.88％。
专利类型：	发明专利
申请人：	杭州电子科技大学富阳电子信息研究院有限公司;杭州电子科技大学
发明人：	刘国华;余建源;宋宇;尤明晖;程知群
专利状态：	有效
申请日期：	2022-09-13T00:00:00+0800
发布日期：	2022-11-25T00:00:00+0800
申请号：	CN202211119075.2
公开号：	CN115389529A
代理机构：	浙江永鼎律师事务所
代理人：	陆永强
分类号：	G01N22/00;G01N27/22;G;G01;G01N;G01N22;G01N27;G01N22/00;G01N27/22
申请人地址：	311400 浙江省杭州市富阳区银湖街道银湖花苑3号楼三层;
主权项：	1.一种基于OCSRR的微流体差分微波传感器，其特征在于，至少包括测量单元和参考单元，所述测量单元和参考单元采用相同的结构，其内分别设置测量OCSRR粒子和参考OCSRR粒子，其中，所述测量单元用于根据流经其内的被测流体产生第一信号，所述参考单元用于根据流经其内的参考流体产生第二信号，第一信号和第二信号用于表征OCSRR粒子的反射特性进而通过两者的差分信息获取传感信息；所述测量单元至少包括输入微带线、信号接入微带线、输出微带线、测量OCSRR粒子以及流体通道，其中，所述流体通道与测量OCSRR粒子相连接，用于流入流体；所述输入微带线与输出微带线中间通过信号接入微带线与测量OCSRR粒子相连接，所述输出微带线与50Ω电阻连接并在介质板的中心接地。 2.根据权利要求1所述的基于OCSRR的微流体差分微波传感器，其特征在于，OCSRR粒子包括开放式外环、开放式内环以及两个接地孔。 3.根据权利要求1所述的基于OCSRR的微流体差分微波传感器，其特征在于，所述流体通道的材料采用聚二甲基硅氧烷，结构为长方体，由胶体与微流体空槽组成。 4.根据权利要求1所述的基于OCSRR的微流体差分微波传感器，其特征在于，测量OCSRR粒子和参考OCSRR粒子结构完全相同且在PCB板上的位置关于中线完全对称，以保证在加入相同的液体介质时两个粒子的介电特性产生相同的变化。 5.根据权利要求1所述的基于OCSRR的微流体差分微波传感器，其特征在于，测量OCSRR粒子和参考OCSRR粒子之间不存在信号耦合。 6.根据权利要求2所述的基于OCSRR的微流体差分微波传感器，其特征在于，OCSRR粒子被蚀刻在介质板上层的金属板上，且OCSRR粒子的外环采用了六边形结构，OCSRR粒子的内环采用了矩形结构。 7.根据权利要求2所述的基于OCSRR的微流体差分微波传感器，其特征在于，信号接入微带线用于连接了输入微带线与OCSRR粒子的开口部分，其中，信号接入微带线的宽度应与OCSRR粒子的开口宽度一致以保证信号的良好接入。 8.根据权利要求6所述的基于OCSRR的微流体差分微波传感器，其特征在于,OCSRR粒子构成了一个谐振电路，其谐振频率取决于OCSRR粒子总体的电感与电容，具体表达式如下：当在流体通道中加入液体样本后，该谐振电路的总体谐振频率发生了变化，主要在于电容部分不再完全取决于OCSRR粒子本身的电容，而与液体样本的电容也产生了相关性；具体表达式如下：其中，Lp、Cp分别表示OCSRR粒子的电感、电容；CLUT则模拟将液体样本添加到传感器时传感器电容的变化；传感器灵敏度定义为：其中Δfz是谐振频率的偏移，Δε是加载在谐振器上的介电样品的介电常数的变化；当液体样本加载到流体通道中时，等效于向传感器添加一个额外的电容器CLUT；通过上述公式可以得到：其中Δε和CLUT由液体样本的物理特性确定，fz和CR仅由传感器的物理特性确定；通过fz和CR是控制灵敏度；当fz和CR增加时，灵敏度也增加。 9.根据权利要求3所述的基于OCSRR的微流体差分微波传感器，其特征在于，流体通道的总长度为11mm，流体通道的高度为0.2mm，宽度为0.4mm。 10.一种基于OCSRR的微流体差分微波传感器的设计方法，其特征在于，至少包括以下步骤：步骤S1：在介质板上蚀刻结构完全相同的两个OCSRR粒子，也即，测量OCSRR粒子和参考OCSRR粒子；步骤S2：在OCSRR粒子上放置PDMS流体通道，用于引入与清空液体样品；步骤S3：设计信号传输电路，包括输入微带线、信号接入微带线和输出微带线，所述输入微带线与输出微带线中间通过信号接入微带线与OCSRR粒子相连接，所述输出微带线与50Ω电阻连接并在介质板的中心接地；步骤S4：测量OCSRR粒子根据流经其流体通道的被测流体产生第一信号，参考OCSRR粒子根据流经其流体通道的参考流体产生第二信号，其中，第一信号和第二信号用于表征OCSRR粒子的反射特性；步骤S5：获取第一信号和第二信号并通过两者的差分信息得到传感信息。