[发明专利]基于双重入式谐振腔和微流控技术的微波传感器

说明书

一种基于双重入式谐振腔和微流控技术的微波传感器,包含衬底集成波导双重入式谐振腔体和嵌入放置在该谐振腔体中的微流控芯片；所述谐振腔体由叠合的上层盖板和下层底板构成，所述上层盖板和下层底板均包含顶层金属层、中间介质层及底层金属层。上层盖板和下层底板的中间介质层均包含数个金属通孔，连接顶层与底层金属层。下层底板有环形凹槽，凹槽中排列有两个对称的电容柱。本发明将微流道芯片嵌入衬底集成波导双重入式谐振腔中，将被测液态介电媒质精准加载于微流道中，利用谐振腔激发的三频段强诱导电场与介电媒质极化相互作用机理，实现一个非侵入式、可重复使用、易于与其他平面电路集成的高灵敏度、多频段液态媒质介电特性传感器。

技术领域

本发明属于传感器领域，具体涉及适用于检测液态媒质的微波传感器。

背景技术

当前对液态媒质的微波传感检测方法通常分为非谐振传输法和谐振法，相较于非谐振传输法，谐振法具有Q值高、谐振频点可控等显著优点，通过利用其谐振频点偏移和散射参数相位幅度变化，能实现对媒质介电常数的精准测定。因此，基于微波谐振机理的检测技术方案成为研究热点，受到国内外学者的广泛关注。

然而随着现代检测技术的不断发展，微波传感测试系统趋于小型化、集成化，且对传感器的灵敏度和抗干扰性有了更高的要求。传统微波传感器有着体积大、测试灵敏度低、易受环境因素影响、会造成被测试品的污染和浪费等缺点，因而其广泛应用受到很大的限制。微流控和衬底集成波导技术的日益成熟和普及，可有效解决传统微波谐振技术方案的液态介电媒质测量的技术限制。

而微波谐振技术基于谐振技术不同用于测量各种化学试剂的方法包括单频点和多频点测量方法。对于单频点测量方法，由于不同的混合物可能具有相同的频移，固定频率下的测量只能通过频移来区分化学品，这限制了测量识别的可靠性，即由于不同的化学品在同一频段内的测量可能有相同的频移，所以只根据一个频段内频点的偏移来判断化学品的方法不够可靠。对于多频测量方法，其既能有效提高测量浓度的效率，又能够根据不同频率的频移来区分化学品。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提出的一种双重入式谐振腔和微流控技术的微波传感器，结合衬底集成波导双重入式谐振腔和微流控技术，将微流控芯片引入到衬底集成波导双重入式谐振腔中，实现传感器的小型化和平面化、三频段的测量，提高化学品浓度检测的效率和准确度。

本发明的技术方案如下：

一种基于衬底集成波导双重入式谐振腔和微流控技术的微波传感器，所述微波传感器包含衬底集成波导双重入式谐振腔体和嵌入放置在该谐振腔体中的微流控芯片。

所述谐振腔体由叠合的上层盖板和下层底板构成，所述上层盖板和下层底板均包含顶层金属层、中间介质层及底层金属层。

所述上层盖板的中心区域自底层往上刻蚀至部分中间介质层形成圆柱形凹槽，所述圆柱形凹槽中嵌入微流控芯片。

所述下层底板自顶层往下刻蚀至部分中间介质层形成环形凹槽，环形凹槽外径与上层盖板的圆柱形凹槽外径对齐，位置相对，相互叠合，与圆柱形凹槽共同构成谐振腔；所述环形凹槽中形成两个中心对称的电容柱，两个电容柱区域各包含由十三个金属通孔组成的通孔阵列。

具体地，对于所述谐振腔体，在上层盖板和下层底板的中间介质层中制作一圈圆形分布的金属通孔，用以连接顶层与底层金属层，形成谐振腔的圆柱形金属壁。

所述微流控芯片上有双向导通的微流道，微流控芯片衬底采用PTFE聚合物材料。

对于所述谐振腔体，在上层盖板的上方装配有两个管座，用以实现被测液态媒质的注入与抽取；所述两个管座分别与微流控芯片的微流道的进出口相通，实现微流道和外部柔性导管的连通。

所述谐振腔体的上层盖板的顶层金属层的左右两侧均有两条馈电线，两条馈电线关于纵轴对称，用于激励信号的馈入。