[发明专利]一种微波传感器、微波信号处理系统及检测方法

说明书

本发明公开了一种微波传感器、微波信号处理系统及检测方法，属于微波系统领域。针对现有技术中存在的现有的微波传感器可以基于软光刻技术来制造，成本高，制作难度大的问题，本发明提供了一种微波传感器、微波信号处理系统及检测方法，基于印刷电路板(PCB)制作的微波传感器，比玻璃基微波传感器更经济，适合大批量生产，该传感器及系统还可以容易地与微流控通道和毛细管结合，在食品饮料生产中的成分分析、食品和饮用水中的病原体检测等方面具有广阔的应用前景，它可以实现传感器以及系统的制作简单，检测精确，成本大大降低。

技术领域

本发明属于微波系统领域，更具体地说，涉及一种微波传感器、微波信号处理系统及检 测方法。

背景技术

微波探测是一种遥感技术，它具有从生命科学到食品工业的广泛应用的潜力。现有的微 波传感器可以基于软光刻技术来制造。现有的不同类型的微波传感器包括同轴探针法、传输 线法、自由空间法和谐振腔法。在这些方法中，共振法由于能在较低频率下工作并且需要较 少的样本量而受到更多的关注。开口环形谐振器(SRR，Split-ringresonator)是一种微波谐振器， 与传统的谐振器相比，开口环形谐振器可以显著减小谐振器的尺寸，使谐振器的设计和制造 更加灵活，成为研究和产品开发中应用最广泛的技术之一。研究开发并评估了不同类型的开 口环形谐振器，如用于传感和加热的1端口玻璃基开口环形谐振器与微流体结合、带有毛细 管的2端口环形谐振器、互补开口环形谐振器和2端口方形开口环谐振器。但是玻璃基传感 器因其制造成本高、加工时间长而不适于批量生产。玻璃传感器最初由一块等离子喷涂薄铜 层的玻璃基板制成，然后通过光刻蚀和电镀工艺将铜迹显影到该铜层上。在这些过程中可能 会使用到昂贵的化学品和设备。光刻工艺的昂贵和复杂的工序可能限制微波传感器的发展和 应用。从研究实验室制造一个基于玻璃的传感器的成本约为70-100加元，而基于PCB的传 感器成本为1-2加元。

对于传感器的结构上，有各种结构形式进行设计，如现有的中国专利申请，申请号201810472596.3，公开日2018年9月25日，公开了一种基于电磁诱导透明效应的太赫兹波段超材料传感器。该传感器包括介质层和其上的亚波长金属阵列的超材料，亚波长金属阵列 由多个由开口圆形谐振环和开口方形谐振环组合而成。在太赫兹波激励下，单独的开口圆形 谐振环和开口方形谐振环分别表现为“亮”模式和“暗模式”；当两谐振环组合，两间距为 80.0-85.0μm时，亮暗模相互耦合，产生破坏性干涉，实现了类EIT效应，在谐振点附近产生 了尖锐的透射峰。该传感器利用透射率谱中类EIT效应产生的尖锐透射峰频率在单位折射率 变化内平移的量来衡量传感器的灵敏度，实现了400GHz-800GHz频率范围内的折射率传感 功能。又如美国专利US20120086463A1，公开了一种用于近场探针的设计方法和结构具有高 灵敏度检测中使用的各种各样的材料和对象，如生物组织中异常，金属表面上的裂纹，对象 的位置，或组合物材料的这种作为介电常数和渗透性。。。等等，被公开。本发明包括使用单 个或多个超材料单元电池或超材料颗粒作为近场传感器。超材料单元被定义为用于制造所使 用的建筑块亚材料，其提供电或磁特性未发现天然存在的媒体中。超材料单元或颗粒包括拆 分-环谐振器，互补的拆分-环谐振器，或制成各种其它的电-小谐振器导线或导电的平表面。 超材料单元通过适当的激励单元被激发，例如小环，microstriplines，根据所述的电磁特性等 所述的超材料的单元电池。一旦所述的超材料单元电池被激励，该反射和传输系数从所述励 磁机构可以被测量。但上述的应用方向主要在于，测量金属等物质的状态，与我方目的是测 量流体的食品的领域不同，所解决的问题也不相同。

发明内容

1.要解决的技术问题

针对现有技术中存在的现有的微波传感器可以基于软光刻技术来制造，成本高，制作难 度大的问题，本发明提供了一种微波传感器、微波信号处理系统及检测方法，它可以实现传 感器以及系统的制作简单，检测精确，成本大大降低。

2.技术方案

本发明的目的通过以下技术方案实现。