[发明专利]一种基于腔体局域场增强的高灵敏度磁导率传感器

权利要求书

1.一种基于腔体局域场增强的高灵敏度磁导率传感器，为一个二端口网络，包括带电磁波入射端口(1)的激励波导(2)和电磁波出射端口(8)的接收波导(7)，其特征在于，所述激励波导(2)和接收波导(7)分别连接在内部填充空气的金属腔体(3)的相对两端，金属腔体(3)中心设置有空心结构的宏观掺杂柱体(4)，宏观掺杂柱体(4)中沿柱长方向设置有装载待测样品的微流管道(5)，宏观掺杂柱体(4)的四侧壁为金属，其中一侧壁开有沿柱长方向的槽，槽上焊接加载有若干集总电容(6)，所述电磁波入射端口(1)与电磁波出射端口(8)相对设置，所述柱长方向与电磁波入射、出射方向垂直。

2.根据权利要求1所述基于腔体局域场增强的高灵敏度磁导率传感器，其特征在于，所述激励波导(2)和接收波导(7)均工作在基模TE10模式，电磁波从电磁波入射端口(1)馈入，在电磁波出射端口(8)进行接收。

3.根据权利要求1所述基于腔体局域场增强的高灵敏度磁导率传感器，其特征在于，所述金属腔体(3)和宏观掺杂柱体(4)的高度为h，传感器的工作波长为高度h的两倍，在工作波长附近，金属腔体(3)工作在临界导通模式，呈现出感性，与加载有集总电容(6)的宏观掺杂柱体(4)发生强烈谐振，产生10³量级的透射峰。

4.根据权利要求1所述基于腔体局域场增强的高灵敏度磁导率传感器，其特征在于，根据宏观掺杂理论，在金属腔体(3)横截面内磁场分布规律为：宏观掺杂柱体(4)以外区域的磁场均匀分布；宏观掺杂柱体(4)内部的磁场成百倍的强于其外部磁场，磁场增强因子正比于金属腔体(3)横截面积和宏观掺杂柱体(4)横截面积之比。

5.根据权利要求1所述基于腔体局域场增强的高灵敏度磁导率传感器，其特征在于，所述金属腔体(3)由数控铣腔工艺制作，所采用的材料为铝合金，电导率为3.5×10⁷S/m，激励波导(2)和接收波导(7)内部填充介电常数为2.1的特氟龙材料。

6.根据权利要求1所述基于腔体局域场增强的高灵敏度磁导率传感器，其特征在于，所述槽设置在宏观掺杂柱体(4)远离电磁波入射端口(1)的侧壁上，所述集总电容(6)为三个0603封装的集总贴片电容，三个电容的放置的高度分别为z＝5/6h,1/2h,1/6h,每个电容的电容值均为0.7pF。

7.根据权利要求1所述基于腔体局域场增强的高灵敏度磁导率传感器，其特征在于，所述宏观掺杂柱体(4)采用微波陶瓷粉末压实的实心柱体结构。

8.根据权利要求1所述基于腔体局域场增强的高灵敏度磁导率传感器，其特征在于，通过增加金属腔体(3)横截面积以进一步提高透射谐振峰的品质因子，提升金属腔体(3)对微流管道(5)内材料磁导率变化的灵敏度。