CN105784792B - 一种基于水凝胶的高分辨率LC式无源无线pH值传感器 - Google Patents

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Abstract

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，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。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，在相同环境变量的基础上，能获得更大的分辨率，结构简单，成本低廉，易于推广使用。

Description

一种基于水凝胶的高分辨率LC式无源无线pH值传感器
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。
工作过程：当外界pH值发生变化时，水凝胶22的体积也随之发生变化，此时电容2的可动上极板21和固定下极板23的间距发生变化，同时改变平面电感线圈1接入电路的长度，LC谐振回路的电感和电容同时发生趋势一致的变化，导致其谐振频率剧烈变化。通过对应谐振频率或谐振峰的变化可以判断相应环境pH值的变化。
使用方法：首先使用标准设备对LC无源无线pH值传感器进行标定；系统工作时，建立各个谐振峰或谐振频率与不同环境的pH值之间的关系，当系统工作时，只需对各个谐振峰的频率值进行监测，与标定值进行对比，即可得到待测环境pH值的变化。
本发明提供的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。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种基于水凝胶的高分辨率LC式无源无线pH值传感器，其特征在于：包括平面电感线圈(1)和电容(2)，所述平面电感线圈(1)和所述电容(2)串联形成回路；
其中，所述电容(2)由可动上极板(21)、水凝胶(22)和固定下极板(23)组成，所述水凝胶(22)设置在所述可动上极板(21)和固定下极板(23)两层中间，形成三明治结构；所述可动上极板(21)在所述平面电感线圈(1)的最外圈上滑动形成电气连接，所述固定下极板(23)通过导线(3)连接所述平面电感线圈(1)的最内圈。
2.根据权利要求1所述的一种基于水凝胶的高分辨率LC式无源无线pH值传感器，其特征在于：所述固定下极板(23)与所述平面电感线圈(1)最外圈末端处于同一水平线。
3.根据权利要求1所述的一种基于水凝胶的高分辨率LC式无源无线pH值传感器，其特征在于：所述可动上极板(21)的长度大于所述固定下极板(23)的长度。
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