[发明专利]一种薄膜超材料结构谐振型温度传感器

说明书

本发明公开了一种薄膜超材料结构谐振型温度传感器，包括介质层，介质层上设置有由超材料结构组成的超材料层，超材料结构构成谐振结构单元。本发明提供的薄膜超材料结构温度传感器采用设计简单的超材料结构，采用微波散射式传感原理，实现温度传感器品质因数高，灵敏度高，工作在GHz频段的特点。

技术领域

本发明属于超材料技术领域，具体涉及一种薄膜超材料结构谐振型温度传感器。

背景技术

超材料可以是为了更好实现特定功能由人工专门设计的特殊结构。超材料的特定结构会表现出自然材料不能实现的特异物理属性，例如广义斯涅尔定律、逆多普勒效应等；超材料谐振器结构还可以提供较高的品质因数以及相对集中的电磁场分布，这些优势使得超材料技术被应用于各种传感器设计。同时超材料的电尺寸较小，这就使得使用超材料技术的传感器可以有较小的尺寸。目前基于超材料的微波传感器已经应用于位移检测、角度检测、生物检测、裂缝检测、微流体检测、电磁检测、介电常数检测、气敏传感等领域。

温度作为一个表征物体状态与性质的重要物理参数，在生产及生活中扮演着非常重要的角色。高温环境下温度的实时原位测试在航空航天、燃气涡轮机，核反应堆等领域需求量大。无线无源传感器不需要引线和电源供电便可进行信号的探测和运输，使用寿命长，维护简单，是未来传感器发展的重要方向。

温度测试中使用的耐高温材料的介电常数随温度变化具有一定的规律性，通常表现为环境温度升高，材料介电常数减小。基于微波散射式传感原理的温度传感测试方法是通过提取测试中谐振频率的偏移量获得被测目标的温度变化情况。

目前，国内外温度传感器的检测灵敏度不高，且依靠材料选择提高测温范围，限制了温度传感器的应用和发展。超材料结构以其独特的性能与无源传感技术相结合，可以实现制造具有灵敏度高，品质因数高的温度传感器。目前采用超材料结构的温度传感器，灵敏度和品质因数较低，因此设计出结构简单、制备容易、成本较低且灵敏度高、品质因数高的超材料结构薄膜谐振型温度传感器，是研究人员需要考虑的重要问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种薄膜超材料结构谐振型温度传感器，适用于微波散射式无线无源传感技术，用于解决高温环境下温度的实时原位测试困难，且温度灵敏度较低的技术问题，满足采用微波散射测量原理无线无源方式测量温度的需求。

本发明采用以下技术方案：

一种薄膜超材料结构谐振型温度传感器，包括介质层，介质层上设置有超材料结构，超材料结构构成谐振结构单元。

具体的，超材料结构设置在介质层的中心位置处。

具体的，超材料结构的厚度为500nm～5μm。

具体的，超材料结构为四角带圈符号的方形结构。

进一步的，四角带圈符号的方形结构为中心对称结构。

更进一步的，四角带圈符号方形结构的外环边边长L＝14mm，金属环的宽度t＝1mm，缝隙的宽度s＝1mm，中间方环的边长a＝2mm，方形通孔的边长b＝1mm。

具体的，超材料结构采用金、银或铜中的一种制备而成。

具体的，介质层为圆形结构，厚度为0.1mm～0.5mm。

进一步的，介质层的半径为14mm～16mm。

具体的，介质层采用介电陶瓷材料制备而成。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：