[发明专利]基于微波谐振技术的传感器及同时检测温湿度的方法

说明书

本发明公开了一种基于微波谐振技术的温湿度传感器，将微波传输线的一端与微波源相连，传输线的另一端置于空心玻璃管内，将中心信号线弯成环状并与外层金属铝短接、将钨丝弯曲成为U型，固定在空心玻璃管内，使其保持形状并与环形结构形成共振模式。通过分析S₁₁参数的频率变化量和强度变化量，则推算出相应的温度和湿度的变化值，从而实现对温湿度的单片测量表征。

技术领域

本发明涉及环境温湿度检测技术领域，具体为一种基于微波谐振技术的传感器同时检测温湿度的方法，温湿度是影响众多仪器设备以及生物生命的重要参数，基于微波共振技术的温湿度传感器可以应用在各种恶劣环境以及对微生物的表征检测领域中。

背景技术

微波技术在介电常数检测，物质形貌分析以及通信领域中已经得到极大的发展和应用。微波也由于其响应速度快的特性被用于高海拔、高温等恶劣环境下的湿度检测。根据微波搭载天线的不同，可以制成各种形式的传感器件。现有基于射频的陶瓷材料湿度传感器测试进度较高，但由于这种传感器工作的过程中会吸收环境中的水分，所以利用这种方法制成的传感器对湿度的响应有很大的延迟作用，而且现有温湿度传感器大多是对温湿度的分别传感、检测，然后集成封装，少有单片测试的方法及材料。

发明内容

本发明为了解决现有温湿度传感器难以实现单片传感测量以及湿度响应速度慢的问题，提出一种基于微波谐振技术的温湿度传感器，通过将微波加载到不与水分子发生作用的材料上，并使该材料与环境构成谐振作用，这样可以避免由吸收作用造成响应时间变慢的问题，实现温湿度单片同时测量，并满足湿度的及时响应。

本发明是采用如下技术方案实现的：

一种基于微波谐振技术的传感器，包括U型结构的钨丝和同轴传输线，所述同轴传输线的中心传输线为金属铜、外层屏蔽线为金属铝，所述同轴传输线一端的中心传输线弯曲成环状结构并与外层屏蔽线短接；所述同轴传输线一端的环状结构与U型结构的钨丝底部通过固定管形成共振模式，其中，U型结构的钨丝底部最低点与同轴传输线一端的环形结构的中心同轴；所述同轴传输线另一端连接微波源。

本发明方案设计利用钨丝制成的U型结构探针，并使U型结构和其周围环境构成共振腔系统，当环境的温湿度发生改变时，共振腔谐振频率以及谐振深度会发生变化。微波由电磁感应定律将同轴线上的高频信号传导到U型结构，然后根据高频微波传输线理论得到的RLC等效电路可以推导出该谐振腔的谐振频率与周围环境介电常数的关系，从而实现对温湿度的快速测量，而且传感器的制作方法简单。

基于上述微波谐振技术的传感器同时检测温湿度的方法，具体为，微波源产生扫频微波信号，频率范围1GHz-2GHz，微波通过同轴线传输进入环形结构，环形结构与U形结构发生电磁感应使微波信号加载到U形结构上，U形结构与其所在环境形成共振腔系统；当其所在环境的温湿度发生变化时，共振腔系统的参数随之改变，反应在微波信号的S₁₁参数的变化上。

本发明利用微波源产生高频微波信号，微波信号经由同轴传输线到达环形结构，根据电磁感应定律，U型结构感应环形结构上的高频微波信号，由传输线定理可以得到特定长度的U型结构共振频率与环境介电常数的关系，共振信息反馈回微波源，实现与发射信号的对比，通过对微波的回波损耗S₁₁参数的分析实现对环境温湿度的表征。

本发明提出的温湿度传感器实现单片测试温湿度且湿度响应迅速，可以用在恶劣环境以及敏感微生物细胞工程等检测领域，具有很好的市场应用价值。

附图说明

图1表示本发明同时检测温湿度的传感器结构示意图。

图2表示同时检测温湿度的传感器的工作流程示意图。

图中，1-微波源，2-同轴传输线，3-固定管，4-U型结构的钨丝。