[发明专利]一种无线传感器系统以及无线传感器装置

说明书

技术领域

本发明涉及无线传感器领域，具体涉及一种无线传感器系统以及无线传感 器装置。

背景技术

针对超高温环境的恶劣生存条件，一些研究者和发明人提出了采用基于 LC谐振互感耦合理论的无线无源压力传感器，该压力传感器由电感线圈和电 容压力敏感头构成的LC振荡回路组成。其工作原理是：当敏感头受到外界压 力时，电容变化导致LC电路的谐振频率改变，从而将压力大小的变化转化为 谐振频率的变化，利用压力敏感头自身电感线圈耦合一定距离之外的电感天 线，最后对天线接收到的信号进行检测并解耦分析，即可得出远端敏感结构上 的压力值大小。然而此种无线无源压力传感器存在传感距离短、信号损失大(品 质因数Q低)等问题，因此目前有人提出采用微波谐振腔式无线无源传感技术 解决超高温恶劣环境下的压力探测问题。微波谐振腔式无线无源压力传感器相 对于LC谐振互感耦合式无线无源压力传感器，具有传感距离大、信号损失低 的优势。微波谐振腔式无线无源压力传感器在超高温环境下应用时，通常以耐 高温陶瓷为核心材料制成空腔、再在其内壁上涂覆耐高温金属薄层形成谐振 腔，此谐振腔在压力环境中时，腔盖(一般较薄)将变形，从而导致整个谐振 腔的谐振频率变化，因此通过在其上耦合天线将采集到的谐振频率变化信息发 射出去，接收装置接收该谐振频率变化信息并解耦分析即可获得腔所处环境的 压力，此即微波谐振腔式无线无源压力传感器基本构成和工作原理。然而在陶 瓷腔侧壁上涂覆金属很难，特别是微陶瓷腔(如传感器的微腔多在几十微米至 数毫米大小之间)上侧壁小，非常不利于侧壁涂覆加工。同时因为陶瓷腔内四 壁都涂上金属时，腔内壁转角、折弯及形状突变处，金属涂层的应力非常大， 这些地方是金属涂层与陶瓷粘接的薄弱处，极易造成金属涂层开裂、剥落，严 重影响器件的可靠性，同时现有的介质材料

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种无线传感器系统以及无线传感器 装置，以近场耦合理论作为压力信号、电磁场耦合依据设计力敏结构，极大的 减少了传感器体积和压力信号、电磁场耦合灵敏度；基于近场耦合理论的近场 耦合力敏结构无需侧壁涂覆金属，降低了加工难度，避免了腔内壁转角、折弯 及形状突变处金属涂覆，保证了金属涂层与基片粘接可靠性，进而保证本超高 温压力传感器可靠性。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种无线传感器系统以及无线传感器装置，所述传感器包括近场耦合力敏 结构、耐高温波导和SiC微带天线，所述近场耦合力敏结构包括平面谐振器和 介质层，所述介质层构成力敏膜，平面谐振器与介质层之间设有空心耐高温筒 体，介质层、空心耐高温筒体、平面谐振器三者密封成一体，所述SiC微带天 线通过耐高温波导与所述平面谐振器连接；

所述平面谐振器和介质层由以下重量份的原料制备而成：

接枝改性ZNT40.08-0.6份、氰酸酯4份、阻燃协效剂2-6份、溴系阻燃 剂0.5-2.5份、耐化学品改性剂0.5-5份、耐热剂0.5-2.5份、导电炭黑 0.4-1份；

所述的导电炭黑为具链状结构的导电炭黑，所述的耐化学品改性剂为含氟 类添加剂，分子量为1000-10000，可以为液体或固体形态存在。

优选地，所述含氟类添加剂为含有全氟烷基的丙烯酸系添加剂。

优选地，所述阻燃协效剂为硼酸锌、三氧化二锑、五氧化二锑、锑酸钠和 氧化钼中的一种或多种物质的混合物。

优选地，所述的耐热剂为N-苯基马来酰亚胺的共聚物或α-甲基苯乙烯的 共聚物。

优选地，所述接枝改性ZNT4通过以下步骤制备：

S1、称取1份ZNT4粒子，将其倒入装有100份四氢呋喃的三口烧瓶中， 超声处理10min后，滴加少许KH550，再超声处理10min；

S2、将步骤S1中所得的溶液在80℃及N₂气保护下冷凝回流12h后，离心、 洗涤、干燥；

S3、称取1份步骤S2所得的陶瓷粒子置于装有50份DMF的三口烧瓶中， 超声处理10min，加入6.4份硫，滴加6份氯乙酰氯，再超声处理10min后， 氮气保护下，60℃磁力搅拌反应12h后，进行离心、洗涤、干燥；

S4、室温氮气保护的条件下，将10份甲醇钠和100份无水甲醇置于干燥 的250份三口瓶内，通过恒压漏斗滴加11.5份的氯化卞，得溶液A；