CN107121444A - 一种基于雷达散射截面探测的无源无线湿度传感器 - Google Patents

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邓文俊
王立峰
黄庆安
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Southeast University
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Southeast University
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N22/00—Investigating or analysing materials by the use of microwaves or radio waves, i.e. electromagnetic waves with a wavelength of one millimetre or more
    • G01N22/04—Investigating moisture content

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Abstract

本发明公开了一种基于雷达散射截面探测的无源无线湿度传感器，包括介质基板（3），印刷在基板表面的折线形金属谐振器（2），以及涂覆于谐振器（2）表面的湿度敏感材料（1）。当环境湿度发生变化时，谐振器的谐振频率发生剧烈变化，传感器的雷达散射截面随之发生改变。本发明利用雷达散射截面变化来探测传感数据，具有传输距离远、结构简单、成本低廉的优点。

Description

一种基于雷达散射截面探测的无源无线湿度传感器
技术领域
本发明涉及一种无源无线湿度传感器，特别涉及一种基于雷达散射截面探测的无源无线湿度传感器。
背景技术
无源无线湿度传感器相对传统传感器，具有无须电气连接和电源供电、使用寿命长久的优点，在复杂的工业生产和现代智能农业领域有着广阔的应用前景，对于物联网的建设与普及意义重大。
目前的无线无源湿度传感器主要有以下两种实现方式：一种是利用近磁场耦合来传输数据，该方式一般利用一个LC谐振电路，其湿度敏感电容随湿度发生变化，从而改变其谐振频率，通过磁场耦合，可以测得其谐振频率的改变量，从而得到环境中的相对湿度。该方式结构简单，成本低廉，但传输距离极短，通常在传感器本身尺寸范围内，难以满足实际需求。另一种是利用射频天线来收发信息，其传输距离更远，但往往需要复杂的匹配网络和处理电路，难以广泛应用。
上述两种传感器都有其各自的优点与缺点，限制了其应用与推广，因此有必要开发一种能够综合二者优点的新型无线无源湿度传感器，既有简单易用的优点，又能实现远距离传输与测量。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于雷达散射截面探测的无源无线湿度传感器，既具有远距离探测传输的能力，又具有结构简单、成本低廉的优点。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
本发明提供一种基于雷达散射截面探测的无源无线湿度传感器，包括介质基板（3）以及折线形金属谐振器，其中，折线形金属谐振器印刷在介质基板的表面，折线形金属谐振器的表面还涂覆有一层湿度敏感材料。
作为本发明的进一步优化方案，所述折线形金属谐振器为一折线形的金属层。
作为本发明的进一步优化方案，所述折线形金属谐振器的弯折次数由工作频率确定。
作为本发明的进一步优化方案，该湿度传感器通过雷达散射截面探测的方式读取数据，在谐振频率下传感器的雷达散射截面最大。
作为本发明的进一步优化方案，该湿度传感器通过一个读数器来完成传感器的湿度测量，所述读数器包括一个用于发射和接收特定频率电磁波的读数天线。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：本发明提供了一种基于雷达散射截面探测的无源无线湿度传感器，利用读数天线可以远距离测量出其金属谐振器的雷达散射截面，并读出其谐振频率，进而测得环境湿度变化。本发明利用雷达散射截面变化来探测传感数据，具有传输距离远、结构简单的优点，制作工艺成熟，易于应用与推广。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的俯视图；
图3为本发明的工作原理图；
图4为本发明所述传感器雷达散射截面随频率变化曲线图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
如图1和2所示，本发明一种基于雷达散射截面探测的无源无线湿度传感器，包括介质基板3、印刷在介质基板3表面的折线形金属谐振器2、以及涂覆于折线形金属谐振器2表面的一层湿度敏感材料1。其中，所述折线形金属谐振器2为一层折线形金属图案，其折叠次数可根据工作频率决定。
本发明基于雷达散射截面探测的无源无线湿度传感器，通过雷达散射截面探测的方式读取数据，在谐振频率下传感器的雷达散射截面最大。该湿度传感器其需要一个读数器，能够利用读数天线发射并接受特定频率的电磁波，从而实现对传感器的雷达散射截面测量。
本发明的工作原理为，当环境湿度发生变化时，湿敏材料的介电特性发生改变，从而引起折线形金属谐振器的谐振频率发生变化，进而引起谐振器的雷达散射截面发生变化；
图3为本发明所述传感器的工作原理图，图4为本发明所述传感器的雷达散射截面随频率变化曲线图。利用读数器可以远程测得传感器散射的电磁波强度，从而计算其雷达散射截面，其中，当读数天线发射电磁波频率等于折线形金属谐振器的谐振频率时，测得的雷达散射截面最大，从而可以根据雷达散射截面随频率变化曲线读出谐振峰，进而推算出环境湿度。
本发明基于雷达散射截面探测的无源无线湿度传感器的使用方法为：
首先使用标准设备对本发明基于雷达散射截面探测的无源无线湿度传感器进行标定，确定该湿度传感器的谐振峰与不同环境湿度值之间的对应关系。标定完成后，当该湿度传感器工作时，只需对各个谐振峰的频率值进行读取，再与标定值进行对比，即可得到待测环境湿度值的变化。
本发明提供了一种基于雷达散射截面探测的无源无线湿度传感器，利用读数天线可以远距离测量出其金属谐振器的雷达散射截面，并读出其谐振频率，进而测得环境湿度变化。该湿度传感器无源无线，结构简单，技术成熟，易于应用与推广。
以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种基于雷达散射截面探测的无源无线湿度传感器，其特征在于，包括介质基板（3）以及折线形金属谐振器（2），其中，折线形金属谐振器（2）印刷在介质基板（3）的表面，折线形金属谐振器（2）的表面还涂覆有一层湿度敏感材料（1）。
2.根据权利要求1所述的一种基于雷达散射截面探测的无源无线湿度传感器，其特征在于，所述折线形金属谐振器（2）为一折线形的金属层。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于雷达散射截面探测的无源无线湿度传感器，其特征在于，所述折线形金属谐振器（2）的弯折次数由工作频率确定。
4.根据权利要求1所述的一种基于雷达散射截面探测的无源无线湿度传感器，其特征在于，该湿度传感器通过雷达散射截面探测的方式读取数据，在谐振频率下传感器的雷达散射截面最大。
5.根据权利要求1所述的一种基于雷达散射截面探测的无源无线湿度传感器，其特征在于，该湿度传感器通过一个读数器来完成传感器的湿度测量，所述读数器包括一个用于发射和接收特定频率电磁波的读数天线。
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