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专利号: 2021110916758
申请人: 杭州电子科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.用于微流体的温度补偿微带传感器,其特征是包括:介质基板(1)、微带部分(2)、裂环谐振器(3)、互补裂环谐振器(4)、PDMS微流控通道基板(5);介质基板(1)的底面刻蚀所述的裂环谐振器(3)并设置微带部分(2),微带部分(2)包括两条主微带线(2‑1)和两条分支微带线(2‑2),两条分支微带线(2‑2)围成矩形状且两侧分别与同侧的主微带线(2‑1)形成T型结,两主微带线(2‑1)的另一端分别为端口一(2‑1‑1)、端口二(2‑1‑2);介质基板(1)的顶层刻蚀两个互补裂环谐振器(4),每条分支微带线(2‑2)分别激励一个互补裂环谐振器;所述的互补裂环谐振器(4)设有液体注入口(4‑1)和液体流出口(4‑2),液体注入口(4‑1)与液体流出口(4‑2)之间的介质基板上刻蚀有曲折槽(1‑1);PDMS微流控通道基板(5)置于两个互补裂环谐振器上方,PDMS微流控通道基板(5)设有测试通道(4‑3)和参考通道(4‑4),测试通道(4‑3)、参考通道(4‑4)分别与两互补裂环谐振器(4)的曲折槽重叠且严格对齐,其中,参考通道(4‑4)用作参考,测试通道(4‑3)用于注入二元混合液体时进行测试。

2.如权利要求1所述用于微流体的温度补偿微带传感器,其特征是,介质基板的材料为Rogers RT/Duroid 4350,厚度为0.762mm,相对介电常数为3.66,损耗角正切为0.004。

3.如权利要求1所述用于微流体的温度补偿微带传感器,其特征是,特性阻抗为35.35欧姆的四分之一波长阻抗转换线级联在50欧姆的端口一、端口二与同侧的T型结之间。

4.如权利要求1‑3任一项所述用于微流体的温度补偿微带传感器,其特征是,根据Maxwell‑Garnett表达式,二元液体混合液体的复介电常数表示如下所示:其中,εm和εf为主体介质和第二液体的介电常数,vf为第二液体的体积分数。

5.如权利要求4所述用于微流体的温度补偿微带传感器,其特征是,液体介电常数使用单个Debye模型来描述,表示如下:

其中,ε0(T)和ε∞(T)分别是低频和高频范围内的介电常数,τ(T)表示弛豫时间,对于纯水τ(T)的表达式为:

‑13

其中a=1.37×10 s,d=651℃,T0=133℃,Twater表示水的温度。

6.如权利要求5所述用于微流体的温度补偿微带传感器,其特征是,温度对液体性质有显着影响,需要明确液体在不同温度下的复介电常数根据纯流体的Kirkwood理论,液体介电常数与温度的关系描述如下:

其中Mw表示分子量,ρ表示密度,α是分子极化率,NA表示Avogadro常数μ表示分子的偶极矩,kB表示玻尔兹曼常数,g表征相邻分子之间相对取向的相关因子。

7.如权利要求6所述用于微流体的温度补偿微带传感器,其特征是,温度通过SRR谐振频率的变化来恢复,应用拟合表达式来描述温度与谐振频率之间的关系,如下所示:

2 3

T=83.36‑452.78fr+1570.76fr‑2832.13fr其中fr是相对参考频率fref,SRR的偏移,其表达式如下所示:其中fSRR表示不同温度下SRR的谐振频率,参考频率fref,SRR被设置为1.52GHz。

8.如权利要求7所述用于微流体的温度补偿微带传感器,其特征是,液体特性通过相对共振频移和归一化品质因数来检索,如下所示:其中fCSRR,L和QCSRR,L分别表示为下支路参考CSRR的谐振频率和品质因数,fCSRR,U和QCSRR,U分别表示上分支中加入待测液体的CSRR的谐振频率和品质因数。

9.如权利要求8所述用于微流体的温度补偿微带传感器,其特征是,传感器的灵敏度被定义为:

10.如权利要求9所述用于微流体的温度补偿微带传感器,其特征是,根据柯尔莫哥洛夫定律,隐藏层的节点设置为10,以相对谐振频移frm和温度T作为输入数据,液体介电常数ε′r的实部作为输出;网络的权重(wij以及Vj,i=1,2,j=1,2,...,10)和阈值(tj和a0,j=1,

2,...,10)通过训练数据集(frm和T)得到;得到NN模型后,将所有的训练数据frm和T作为测试数据来验证该模型的可靠性;提取ε′r后,应用BP‑NN来检索损耗角正切tanδ;它具有三个输入变量(ε′r,T,and Qnor)和一个输出变量(tanδ);同理,网络权重(wkp和Vp,k=1,2,3和p=1,2,...,10)和阈值(tpand b0,p=1,2,...,10)通过训练得到数据集(ε′r,T,Qnor,和tanδ)得到;同上,训练数据ε′r,T,和Qnor也作为测试数据来验证NN模型的合理性。