一种超介质液体浓度传感器的设计

摘要

为了解决传统传感器存在的尺寸过大,灵敏度受限的问题,利用超介质的非常规特性,设计了 一种基于六边形互补开环谐振器(CSRR)的二元混合物浓度传感器,提出一种将微流体管嵌入该传感器中心的方式来检测少量样本.将3种二元混合物:甲醇-水、乙醇-水和甲醇-乙醇,分别以20％的步长配置出6种不同浓度和具有不同介电常数的溶液.通过分析仿真数据中谐振频点或谐振点深度与混合物浓度的关系,得出在工作频率为2～3 GHz时,设计的传感器对介电常数相差较大的甲醇-水、乙醇-水的灵敏度分别高达19.7 MHz/10％浓度、26.1 MHz/10％浓度.更值一提的是对介电常数非常接近的甲醇-乙醇的灵敏度也能高达7.5 MHz/10％浓度,并通过实验对仿真结果进行验证.此外,仿真并分析了不同的环个数和环形状(三角形、四边形、五边形、六边形和圆形)对S参数的影响,得出六边形为最优结构,并利用等效电路对传感原理和设计结构进行了理论分析.结果表明:所设计的传感器在最优结构条件下,具有高灵敏度、尺寸紧凑、非接触式传感、选择性高的特点,在多功能传感器应用领域具有巨大潜力.