一种超介质液体浓度传感器的设计

张威虎，李 晓，田 丰，何嘉豪，赵 盼，黄晓俊

(西安科技大学 通信与信息工程学院，陕西 西安 710054)

0 引 言

超材料是一种人工设计的亚波长结构的材料，具有超乎自然界常规材料的很多物理特性。电磁超材料的特性很大程度上受其拓扑结构、单元尺寸等因素影响[1-2]。近年来，超材料电磁隐形、完美透镜、天线及极化控制在军事和民用方面得到了广泛的应用[3-8]。另外，微结构的电磁谐振对外界环境十分敏感，因此超材料在医疗、化学和生物等传感领域也有着广泛的应用[9-13]。

液体浓度的传感可以利用在同一微结构下利用不同浓度液体的介电常数的差异性来产生不同的谐振频率来灵敏地感应其浓度[14]。研究人员将被测液体放置在超材料吸收体的铜板和背面谐振器之间空隙上可在X波段对不同浓度的甲醇和乙醇溶液进行检测[15]。将待测物的容器直接置于传感器的基板上，通过谐振曲线就能感应出液体的浓度[16]。文献[17]中比较了基于互补开环谐振器(CSRR)，扩展带隙SRR(EG-SRR)和圆形SRR(Circular-SRR)的液体传感器，并提出了一种嵌入式结构来放置待测物体，从而达到检测甲醇-水浓度的目的。由此可知，CSRR结构通过增加边缘电场的面积，增加被测物与传感器之间的有效作用面积，来达到进一步提高灵敏度的目的。文献[18]提出了一种基于四边形CSRR谐振器的阵列式射频传感器，用以检测金属薄板的表面裂纹。文献[19]设计了一种基于圆形CSRR的双频微波传感器，在2.45和5.8 GHz谐振点检测全脂牛奶中乙醇和尿素的液体混合物。……