[发明专利]一种基于水凝胶的高分辨率LC式无源无线pH值传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种LC无源无线pH值传感器，特别涉及一种基于水凝胶的高分辨率LC式无源无线pH值传感器。

背景技术

无源无线传感器不需要物理连接的信号传输系统，也无需电源供应，在复杂工业环境监测中的应用前景非常广泛，对促进我国物联网的发展有巨大作用。无线遥测目前有以下方式：一种是射频信号通过天线收发，其利用电磁波在空间中的收发来传输信号，其传输距离较长，但全方向的天线辐射效率较低，而单方向的辐射需要不间断的传输视线和复杂的追踪设备；此外，在无源应用中，由于其必须携带电源，发展受到限制。另一种是电感近场耦合，这种方法通常利用LC并联谐振回路：在应变作用下，平面电感线圈或电容的大小如果发生变化，谐振回路的谐振频率也将改变，因此，通过检测回路的谐振频率的变化就可以获得应变的大小。相比第一种方法，其不需要电源，尺寸小，成本低，应用范围更为广泛。pH值探测在工业、大气等环境检测中占有重要位置，随着技术的发展，pH值传感器正向着小型化、集成化、低成本化的方向发展。因此，LC无源无线pH值传感器有着广泛的应用前景。

发明内容

发明目的：为了解决上述现有技术的不足，本发明提供了一种基于水凝胶的高分辨率LC式无源无线PH值传感器，在相同环境变量的基础上，可以获得更大的分辨率。

技术方案：一种基于水凝胶的高分辨率LC式无源无线pH值传感器，包括平面电感线圈和电容，所述平面电感线圈和所述电容串联形成回路；

其中，所述电容由可动上极板、水凝胶和固定下极板组成，所述水凝胶设置在所述可动上极板和固定下极板两层中间，形成三明治结构；所述可动上极板在所述平面电感线圈的最外圈上滑动形成电气连接，所述固定下极板通过导线连接所述平面电感线圈的最内圈。

进一步的，所述固定下极板与所述平面电感线圈最外圈末端处于同一水平线。

进一步的，所述可动上极板的长度大于所述固定下极板的长度。

有益效果：本发明提供了一种基于水凝胶的高分辨率LC式无源无线PH值传感器，通过在电容的夹层中设置水凝胶，利用水凝胶来感应PH值，同时改变电感值和电容值来实现谐振频率剧烈的变化，在相同的环境变量的基础上，可以获得更大的分辨率，结构简单，技术成熟，易于实现，成本低廉，易于推广使用。

附图说明

图1为本发明基于水凝胶的高分辨率LC式无源无线pH值传感器的结构示意图；

图2为本发明基于水凝胶的高分辨率LC式无源无线pH值传感器的探测原理图；

其中，图2a为水凝胶膨胀时本发明的结构示意图，图2b为水凝胶收缩时本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的解释说明。

如图1所示，一种基于水凝胶的高分辨率LC式无源无线pH值传感器，包括平面电感线圈1和电容2，平面电感线圈1和电容2串联形成回路；

其中，电容2由可动上极板21、水凝胶22和固定下极板23组成，水凝胶22设置在可动上极板21和固定下极板23两层中间，形成三明治结构；可动上极板21在平面电感线圈1的最外圈上滑动形成电气连接，固定下极板23通过导线3连接平面电感线圈1的最内圈。固定下极板23与平面电感线圈1最外圈末端处于同一水平线，可以使测量范围最大。可动上极板21的长度大于固定下极板23的长度，可以保证当可动上极板21接入电路时，固定下极板23不接入电路，保证了数据测量的准确，不会影响传感器的测量值。

工作原理：水凝胶22的体积随着外界pH值的不同而发生膨胀或收缩。

当水凝胶22体积膨胀时，如图2a所示，电容2的可动上极板21和固定下极板23间的距离增大，电容值减小，与此同时，电容2的可动上极板21向上移动，使得平面电感线圈1接入电路的长度减小，整个LC电路的电感值也减小，当电容与电感同时减小，使得谐振频率急剧增大，在相同外界因素变化的情况下，获得更大的分辨率。

当水凝胶22体积收缩时，如图2b所示，电容2的可动上极板21和固定下极板23之间的距离减小，电容值增大，与此同时，电容2的可动上极板21向下移动，使得平面电感线圈1接入电路的长度变大，整个LC电路的电感值也增大，当电容与电感同时增大，使得谐振频率急剧减小，在相同外界因素变化的情况下，获得更大的分辨率。