[发明专利]基于耦合微带线的微波位移传感器

说明书

本发明公开了一种基于耦合微带线的微波位移传感器，其包括定子和动子；定子包括三层：顶层由四条长方形的耦合微带线组成；中间层为介质板；底层为金属薄片，底层设于中间层的下表面；四条耦合微带线分为两组，两组耦合微带线并排平行且对称布设于中间层的上表面，同一组耦合微带线中的两条微带线之间存在间隙，两组耦合微带线之间保持间距；动子能沿定子的长度方向移动，动子包括两层：上层为介质板，下层为方形金属补丁，下层设于上层的下表面，下层方形金属补丁的两端分别电接触两组耦合微带线处于内侧的两条耦合微带线。采用本发明技术方案，其使得测量待测物体偏移原来位置的位移量的结果更加精确。

技术领域

本发明属于微波传感器制造技术领域，具体涉及一种实现高灵敏度高动态范围的微波位移传感器。

背景技术

应用微波技术制造的传感器灵敏度高，在不同环境下表现稳定，且制作成本、测量成本低，在医疗、生物医学、工业等领域都发挥着越来越重要的作用。已经有许多类似材料识别、湿度感应、材料缺陷检测等功能的微波传感器被研发成功，此类传感器形态各异，特点也不尽相同。

诸如航天飞行器等领域，对某个物体的测量在其任务中十分重要，近年来出现了许多种类的基于各种原理的形态各异的位移、角度传感器。微波位移传感器的一般策略是待测物体与传感器一部分的可动结构相连接，或是谐振结构，或是微波电路的某一部分，而待测物体的移动将携带传感器可动部分一起移动，且这个部分的移动将改变微波电路或其中谐振单元一部分的性质或引发不同的耦合效应，进而可以从传感器端口获得的输出信号中提取待测物体移动量的信息。

对于微波角度/位移传感器而言，有几个较为重要的指标：第一个是灵敏度，测量一个微小的位移量尤其需要更高的灵敏度，更高的灵敏度通常意味着更精确的测量结果；第二是动态范围，对于不同的应用，需要的动态范围通常是不同的，同时更大的动态范围与更高的灵敏度通常是不可并存的，也就是说动态范围与灵敏度之间需要做出选择，更大的动态范围往往是以灵敏度作为代价的；第三是设计的尺寸相对于动态范围的大小，一些设计在测量一定动态范围内的位移量时使用了很大的电路面积，会使得整体的器件尺寸相对来说过大；第四是传感器的操作频率，从应用的角度考虑，更低的操作频率更好。虽然目前已经研发了各种类型、各种原理的传感器，然而现有传感器通常动态范围过小，或是灵敏度不足。而对于传感器而言，传感器灵敏度的高低也显得尤为重要，一个传感器拥有更高的灵敏度说明其能够对待测物体位置的微小变化实现更准确、更精确地区分。另外还有一类微波传感器由于其工作原理的性质难以在尺度上进行扩展，因此其应用范围也受到了限制。因而，亟需研发一种高动态范围高灵敏度同时具备可扩展性的微波位移传感器，以解决现有技术存在的上述问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种高动态范围的可扩展微波位移传感器，其能够在较大的尺度上对待测物体的偏移量进行测量，使用双谐振点的差值进行对位移量的检测，以获取更大的灵敏度，使得在测量物体的位移时可以有更高的精确度。

为了达到上述目的，本发明按以下技术方案实现：

基于耦合微带线的微波位移传感器，其包括定子和动子；定子包括三层：顶层由四条长方形的耦合微带线组成；中间层为介质板；底层为金属薄片，底层设于中间层的下表面；四条耦合微带线分为两组，两组耦合微带线并排平行且对称布设于中间层的上表面，同一组耦合微带线中的两条微带线之间存在间隙，两组耦合微带线之间保持间距；动子能沿定子的长度方向移动，动子包括两层：上层为介质板，下层为方形金属补丁，下层设于上层的下表面，下层方形金属补丁的两端分别电接触两组耦合微带线处于内侧的两条耦合微带线。

优选的，在四条耦合微带线中，靠外侧的两条微带线分别接输入端口、输出端口，形成二端口网络；输入端口、输出端口分别连接SMA头。

优选的，在四条耦合微带线中，靠内侧的两条微带线均开有通孔。

优选的，定子的中间层为方形介质板。

优选的，定子中间层的介电常数为3.66，损耗角正切为0.004。