一种超介质液体浓度传感器的设计

作     者：张威虎 李晓 田丰 何嘉豪 赵盼 黄晓俊 ZHANG Weihu;LI Xiao;TIAN Feng;HE Jiahao;ZHAO Pan;HUANG Xiaojun

作者机构：西安科技大学通信与信息工程学院陕西西安710054 

基　　金：国家自然科学基金项目(61701206) 陕西省自然科学基础研究计划项目(2020GY-029) 陕西省自然科学基础研究计划项目(2021JM-395) 

出 版 物：《西安科技大学学报》 (Journal of Xi’an University of Science and Technology)

年 卷 期：2021年第41卷第3期

页      码：498-505页

摘      要：为了解决传统传感器存在的尺寸过大,灵敏度受限的问题,利用超介质的非常规特性,设计了一种基于六边形互补开环谐振器(CSRR)的二元混合物浓度传感器,提出一种将微流体管嵌入该传感器中心的方式来检测少量样本。将3种二元混合物:甲醇-水、乙醇-水和甲醇-乙醇,分别以20%的步长配置出6种不同浓度和具有不同介电常数的溶液。通过分析仿真数据中谐振频点或谐振点深度与混合物浓度的关系,得出在工作频率为2~3 GHz时,设计的传感器对介电常数相差较大的甲醇-水、乙醇-水的灵敏度分别高达19.7 MHz/10%浓度、26.1 MHz/10%浓度。更值一提的是对介电常数非常接近的甲醇-乙醇的灵敏度也能高达7.5 MHz/10%浓度,并通过实验对仿真结果进行验证。此外,仿真并分析了不同的环个数和环形状(三角形、四边形、五边形、六边形和圆形)对S参数的影响,得出六边形为最优结构,并利用等效电路对传感原理和设计结构进行了理论分析。结果表明:所设计的传感器在最优结构条件下,具有高灵敏度、尺寸紧凑、非接触式传感、选择性高的特点,在多功能传感器应用领域具有巨大潜力。

主 题 词：超材料 液体浓度 传感器 互补开环谐振器 介电常数 

学科分类：080904[080904] 070208[070208] 0809[工学-计算机类] 07[理学] 08[工学] 0702[理学-物理学类] 

D　O　I：10.13800/j.cnki.xakjdxxb.2021.0315

馆 藏 号：203103521...