[发明专利]基于CSRR测量危险液体介电常数的微带谐振传感器及方法

说明书

基于CSRR测量危险液体介电常数的微带谐振传感器及方法，其中微带谐振传感器包括介质基板、微带线、CSRR结构和样品容器，微带线横跨设置在介质基板背面的中部，CSRR结构设置在介质基板正面的中部，CSRR结构包括从内向外依次套设的三个六边形环且三者形成互补开口谐振环，微带线与互补开口谐振环的中心线上下对应，在介质基板的正面位于互补开口谐振环的位置形成用于放置样品容器的测试区。通过三个六边形环的CSRR结构作为传感元件，随着环数的增加，谐振器的等效电容的增加，谐振器的谐振频率总体上降低，提高了微带线与环之间的电场密度，从而增加了谐振器的Q系数，能快速、准确测量大范围介电常数的危险液体。

技术领域

本发明涉及微波传感技术领域，具体涉及基于CSRR测量危险液体介电常数的微带谐振传感器及方法。

背景技术

在工业和科学领域的许多应用中，都需要在射频和微波条件下对材料进行电学表征。虽然材料可以通过多种参数来表征，但要研究任何材料的电场响应，最重要的参数是材料的介电常数。材料的介电常数是描述材料在电场作用下的行为的特性，而介电常数与材料的其他物理和化学性质密切相关。因此，对材料介电常数的了解可以提供关于其在不同领域可能应用的有价值信息。由于微波测量具有实时性、无损性、低成本等特点，因此，像微波传感器这样的设备，越来越流行在食品加工业、农业、生物医学应用、化学和国防工业等多个领域。

多年来，不同的测量技术被用于测量和研究材料的介电性能，主要分为谐振法和非谐振法。其中，谐振法更受欢迎，因为它们设计简单、制造成本低、易于小型化和实时监测能力。在这种方法中，测试样品通过某种方式引入到传感器中，从而改变了地平面和谐振器之间空间的总介电常数，从而引起场线的微扰。这最终改变了传感器的谐振频率，并且可以从其空载状态观察到谐振频率的偏移，通过谐振频率的变化得到待测物的介电常数值。

近几年，有人提出了加载单个开口谐振环(Split Ring Resonator,SRR)到微带线上实现介电常数测量的方法,该方法只能测量介电常数变化较大的物质，且测量精度有待提高，文献F. Falcone et al., “Babinet principle applied to the design ofmetasurfaces and metamaterials,” Phys. Rev. Lett., vol. 93, no. 19, Nov.2004, Art. no. 197401.中通过巴比内原理对CSRR进行解释验证。据观察，与SRR相比，基于CSRR的微带谐振传感器能够提供更高的灵敏度。

危险液体检测技术是液体安检领域的一项关键技术，其主要内容是识别出所携带的液体是否为液态危险品。目前，对液体货物的检查主要采用人工方法，包括现场闻液或饮用，效率低下，容易出现误判。此外，市场上现有的危险液体检测设备要么很大，要么不准确。因此，迫切需要一种快速、准确、便携式、廉价的危险液体检测设备。

申请公布号CN 111856148 A一种高灵敏度液体介电常数测量微波传感器，利用具有微带线的介质基板搭建液体盛放的容器，增强了待测区域的电场强度，对介电常数的变化更加敏感，显著增强了传感器的灵敏度。但是其结构复杂，液体盛放的容器搭建难度大，导致生产加工困难，由于操作的复杂性并由于其结构决定其仅实用于介电常数为1-10的液体，导致其适应性差且不便于推广。

授权公告号 CN209606521U一种测量介电常数的六边形互补开口谐振环微带传感器，通过待测样本的电容与样本的介电常数εr成线性关系，从而获得待测样品的介电常数，但是将盛有液体的容器直接放置在该发明上进行测量，由于液体和容器的电容不同，所以该发明不适应对液体介电常数的检测。

发明内容

针对现有技术中的问题本发明提供一种基于CSRR测量危险液体介电常数的微带谐振传感器及方法，以解决上述问题，达到结构简单，便于生产加工且能快速、准确测量大范围介电常数的危险液体。