基于MEMS技術的鹽度檢測傳感器制造技術

本實用新型專利技術提供了一種基于MEMS技術的鹽度檢測傳感器，微波信號源（102）連接到環形電橋（101）的第一端口（1），傳感電極（104）連接到環形電橋（101）的第二端口（2），第一MEMS終端式微波功率傳感器（1031）和第二MEMS終端式微波功率傳感器（1032）分別連接到環形電橋（101）的第三端口（3）和第四端口（4）。本實用新型專利技術解決了鹽溶液中電容效應對檢測的各種不利影響，并具有高的可靠性、高的重復性、優異的性能、快的響應速度、小的體積、低的生產成本等特點。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術是利用不同鹽度下檢測電極對輸入微波信號的反射系數不同，通過MEMS終端式微波功率傳感器結構測量反射信號的功率變化得到鹽溶液的鹽度值，屬于微電子器件

技術介紹
近年來，高速公路建設的規模十分巨大，因此大量公路路面的監測和維護日益重要。公路路面在實際的使用過程中，路面結冰會對整個路面結構產生不利的影響，并極大的增大了交通事故的發生幾率。鹽度檢測傳感器能夠準確測量路面積水中除冰劑(主要成分是氯化鈣、氯化納、氯化鎂等)的濃度和積水的結冰點，從而對公路路面的結冰溫度進行實時測量和預警，因此對于高速公路系統的信息化和智能化以及交通事故的預防預警有著十分重要的意義。目前測量鹽度的技術是基于相位檢波法、雙脈沖法、動態脈沖法和頻率法的 原理實現，其核心就是用脈沖或者正弦波信號加載到電導池電極上，通過對不同濃度鹽溶液中電導率變化的檢測實現鹽度值的測量。但是，由于鹽溶液的等效電路為電阻和電容的并聯，在上述檢測方法中核心是檢測鹽溶液電導率的變化，因此需要將鹽溶液電容效應的影響降到最低，然而，由于電容效應的復雜性，使得其很難消除，且增加了整個電路的復雜性和響應時間。
技術實現思路
技術問題本技術的目的是提一種基于MEMS技術的鹽度檢測傳感器及其檢測方法，應用專利技術的傳感器可以消除電容效應對檢測的影響，提高傳感器的靈敏度、效應速度、可靠性并簡化結構，解決在檢測方法、復雜性、可靠性和生產成本等諸多方面的問題，從而為實現基于MEMS終端式微波功率傳感器結構的鹽度檢測傳感器在路面傳感器系統中的產業化應用提供了支持和保證。技術方案為解決上述技術問題，本技術提供了一種基于MEMS技術的鹽度檢測傳感器，該傳感器包括微波信號源、環形電橋、傳感電極以及第一 MEMS終端式微波功率傳感器和第二 MEMS終端式微波功率傳感器；環形電橋設有四個端口，即第一端口，第二端口，第三端口，第四端口 ；微波信號源連接到環形電橋的第一端口，傳感電極連接到環形電橋的第二端口，第一 MEMS終端式微波功率傳感器和第二 MEMS終端式微波功率傳感器分別連接到環形電橋的第三端口和第四端口。優選的，第一 MEMS終端式微波功率傳感器和第二 MEMS終端式微波功率傳感器用于實現輸入微波信號和反射微波信號的功率值測量和比較。本技術還提供了一種基于MEMS技術的鹽度檢測方法，該方法包括如下步驟微波信號源產生微波信號，并將微波信號通過第一端口傳送到環形電橋，微波信號經環形電橋分配后分別經過第二端口和第四端口傳送到傳感電極和第二 MEMS終端式微波功率傳感器，由于傳感電極感應到的不同濃度鹽溶液的等效并聯電阻和電容值不同，因此傳送到傳感電極的微波信號的反射系數會隨著鹽溶液濃度的不同而改變，被傳感電極反射回的微波信號再次經過環形電橋通過第三端口傳送到第一 MEMS終端式微波功率傳感器，通過比較第一 MEMS終端式微波功率傳感器和第二 MEMS終端式微波功率傳感器測量到的信號功率值實現鹽度值的檢測。有益效果長期以來由于受檢測方法的限制，鹽度檢測傳感器在檢測過程中受到電容效應的影響，大大增加了檢測電路的復雜性并降低了響應速度。本技術中的基于MEMS終端式微波功率傳感器結構的鹽度檢測傳感器，突破了傳統鹽度檢測方法的電導率測量和電容效應的思維限制，尋找到了同時利用電阻和電容的變化加以檢測的方法，并通過MEMS終端式微波功率傳感器結構實現信號的測量，使得鹽度檢測傳感器的靈敏度、復雜性、響應速度和可靠性都有了較大的改善。附圖說明圖I是基于MEMS技術的鹽度檢測傳感器的組成結構圖。 其中有微波信號源102、環形電橋101、傳感電極104以及第一 MEMS終端式微波功率傳感器1031和第二 MEMS終端式微波功率傳感器1032 ;環形電橋設有四個端口，即第一端口 1，第二端口 2，第三端口 3，第四端口 4 ；圖2是環形電橋和MEMS終端式微波功率傳感器結構示意圖。其中有環形電橋101、第一 MEMS終端式微波功率傳感器1031和第二 MEMS終端式微波功率傳感器1032，環形電橋第一端口 1，第二端口 2，第三端口 3，第四端口 4，匹配電阻rl和熱電推el。具體實施方式以下結合附圖對本技術做進一步說明。參見圖I 一 2，本技術提供的基于MEMS技術的鹽度檢測傳感器包括微波信號源102、環形電橋101、傳感電極104以及第一MEMS終端式微波功率傳感器1031和第二MEMS終端式微波功率傳感器1032 ;環形電橋101設有四個端口，即第一端口 1，第二端口 2，第三端口 3，第四端口 4;微波信號源102連接到環形電橋101的第一端口 1，傳感電極104連接到環形電橋101的第二端口 2，第一 MEMS終端式微波功率傳感器1031和第二 MEMS終端式微波功率傳感器1032分別連接到環形電橋101的第三端口 3和第四端口 4。第一 MEMS終端式微波功率傳感器1031和第二 MEMS終端式微波功率傳感器1032用于實現輸入微波信號和反射微波信號的功率值測量和比較。本技術還提供了一種基于MEMS技術的鹽度檢測方法，該方法包括如下步驟微波信號源102產生微波信號，并將微波信號通過第一端口 I傳送到環形電橋101,微波信號經環形電橋101分配后分別經過第二端口 2和第四端口 4傳送到傳感電極104和第二MEMS終端式微波功率傳感器1032，由于傳感電極104感應到的不同濃度鹽溶液的等效并聯電阻和電容值不同，因此傳送到傳感電極104的微波信號的反射系數會隨著鹽溶液濃度的不同而改變，被傳感電極104反射回的微波信號再次經過環形電橋101通過第三端口 3傳送到第一 MEMS終端式微波功率傳感器1031，通過比較第一 MEMS終端式微波功率傳感器1031和第二 MEMS終端式微波功率傳感器1032測量到的信號功率值實現鹽度值的檢測。應用本技術中的基于MEMS終端式微波功率傳感器結構的鹽度檢測傳感器可以實現鹽度檢測模塊在路面傳感器系統中的產業化應用，進而推動整個路面傳感器系統產業的發展。本技術利用被檢測鹽溶液中等效并聯電阻和電容值的變化實現微波信號反射系數變化的檢測方法和MEMS終端式微波功率傳感器結構，解決了鹽溶液中電容效應對檢測的各種不利影響，并具有高的可靠性、高的重復性、優異的性能、快的響應速度、小的體積、低的生產成本等特點。本技術中的基于MEMS終端式微波功率傳感器結構的鹽度檢測傳感器不同于上述利用電導率的檢測方法，其利用不同濃度鹽溶液對應的導納(包括電阻和電容)對微波信號不同的反射系數，通過MEMS終端式微波功率傳感器檢測被反射的微波信號功率的大 小，從而得到鹽度值。相比而言，基于MEMS終端式微波功率傳感器結構的鹽度檢測傳感器具有以下主要特點一、本檢測方法由于自身就考慮到了鹽溶液中電容效應的影響，所以不需要復雜的電路以消除電容效應；二、本檢測方法具有快的響應速度；三、MEMS終端式微波功率傳感器具有靈敏度高、線性度好、體積小、結構簡單等優點，這使得整個鹽度檢測傳感器具有高性能的同時降低了整個器件的復雜性，從而極大提高其可靠性和一致性，并降低了成本；四、本技術由于采用MEMS終端式微波功率傳感器結構，因此體積較小。基于以上特點，很明本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于MEMS技術的鹽度檢測傳感器，其特征在于：該傳感器包括微波信號源（102）、環形電橋（101）、傳感電極（104）以及第一MEMS終端式微波功率傳感器（1031）和第二MEMS終端式微波功率傳感器（1032）；環形電橋（101）設有四個端口，即第一端口（1），第二端口（2），第三端口（3），第四端口（4）；微波信號源（102）連接到環形電橋（101）的第一端口（1），傳感電極（104）連接到環形電橋（101）的第二端口（2），第一MEMS終端式微波功率傳感器（1031）和第二MEMS終端式微波功率傳感器（1032）分別連接到環形電橋（101）的第三端口（3）和第四端口（4）。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：黃慶安，韓磊，殷剛毅，
申請(專利權)人：東南大學，
類型：實用新型
國別省市：