CN108088483B - 基于电磁超材料的高精度与大测量范围的微波角位移传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于电磁超材料的高精度与大测量范围的微波角位移传感器，它的圆形基底的底面刻蚀有互补型开缝金属环，互补型开缝金属环包括外圈金属偏环、内圈偏心圆形金属片和金属缝隙条，外圈金属偏环和内圈偏心圆形金属片通过金属缝隙条连接，下层传输接地板包括矩形基底，矩形基底的顶部刻蚀有金属环形微带线，在矩形基底中金属环形微带线的左右两端刻蚀有电磁波信号输入线和电磁波信号输出线，矩形基底的整个底部刻蚀有矩形金属接地层，金属环形微带线与互补型开缝金属环之间的四个角设置有角垫。
Description
技术领域
本发明涉及电磁超材料及微波技术领域，具体涉及一种基于电磁超材料的高精度与大测量范围的微波角位移传感器。
背景技术
传感器是一种检测装置，能感受被测量的信息，并能将感受到的信息按一定规律变换成为电信号或其它所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制的要求。在工业检测中经常有很多非接触的微小物理量的检测，比如建筑结构的微小形变，角度的倾斜等的检测。这就需要设计一种非接触的传感器可以精准的检测这种微小的变化量，从而及时采取防护和改进措施。
微波传感器是利用微波特性来检测一些物理量的器件。包括感应物体的存在、运动速度、距离、角度等的变化。目前传统的接触式位移传感器主要采用电阻应变式，通过电位器元件将机械位移转换成与之成线性或任意函数关系的电阻、电压或电流输出。其优点是结构简单，频响特性好，能在恶劣条件下工作。但是这种传感器存在体积大、接触磨损大、输出信号较弱、测量灵敏度低等缺点，而且其对于大应变有较大的非线性从而影响传感器的测量精度。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中存在的问题，提出一种基于电磁超材料的高精度与大测量范围的微波角位移传感器，本发明角位移传感器构造体积小，与被测量物不直接接触，圆形基底材料上对应的开缝金属环状能够很好地提高角位移传感器的灵敏度。
为解决上述技术问题，本发明公开的一种基于电磁超材料的高精度与大测量范围的微波角位移传感器，它包括上层超介质板和下层传输接地板，所述上层超介质板包括圆形基底，所述圆形基底的底面刻蚀有互补型开缝金属环，所述互补型开缝金属环包括外圈金属偏环、内圈偏心圆形金属片和金属缝隙条，所述外圈金属偏环和内圈偏心圆形金属片通过金属缝隙条连接，所述下层传输接地板包括矩形基底，所述矩形基底的顶部刻蚀有金属环形微带线，所述在矩形基底中金属环形微带线的左右两端刻蚀有电磁波信号输入线和电磁波信号输出线，所述矩形基底的整个底部刻蚀有矩形金属接地层，所述上层超介质板底面与矩形基底的顶面之间设置有角垫，使金属环形微带线与互补型开缝金属环之间形成空气间隙。
本发明的微波角位移传感器不完全由金属制作因此重量轻、体积小，基底材料上的开缝环形结构与底层环形微带线的相互作用变化直接由频率的线性移动来显示使其能感应微小的角位移变化。另外，本发明角位移传感器构造体积小，与被测量物不直接接触，圆形基底材料上对应的开缝金属环状能够很好地提高角位移传感器的灵敏度。
附图说明
图1为本发明的侧视结构示意图；
图2为本发明中上层超介质板的仰视结构示意图；
图3为本发明中下层传输接地板的俯视结构示意图。
其中，1—上层超介质板、1.1—圆形基底、1.2—互补型开缝金属环、1.3—外圈金属偏环、1.4—内圈偏心圆形金属片、1.5—金属缝隙条、2—下层传输接地板、2.1—矩形基底、2.2—金属环形微带线、2.3—电磁波信号输入线、2.4—电磁波信号输出线、2.5—矩形金属接地层、3—角垫
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：
本发明的一种基于电磁超材料的高精度与大测量范围的微波角位移传感器，它包括上层超介质板1和下层传输接地板2，所述上层超介质板1包括圆形基底1.1，所述圆形基底1.1的底面刻蚀有互补型开缝金属环1.2，所述互补型开缝金属环1.2包括外圈金属偏环1.3、内圈偏心圆形金属片1.4和金属缝隙条1.5，所述外圈金属偏环1.3和内圈偏心圆形金属片1.4通过金属缝隙条1.5连接，所述下层传输接地板2包括矩形基底2.1，所述矩形基底2.1的顶部刻蚀有金属环形微带线2.2，所述在矩形基底2.1中金属环形微带线2.2的左右两端刻蚀有电磁波信号输入线2.3和电磁波信号输出线2.4，所述矩形基底2.1的整个底部刻蚀有矩形金属接地层2.5，所述上层超介质板1底面与矩形基底2.1的顶面之间的四个角设置有角垫3(泡沫垫，泡沫垫放在矩形基底2.1对应圆形基底1.1的边缘四角)，使金属环形微带线2.2与互补型开缝金属环1.2之间形成空气间隙。上层超介质板1和下层传输接地板2形成相互作用变化引起的频点线性移动的SRR(开缝谐振环)模型。下层传输接地板2的作用为馈电传输。上述结构的互补型开缝金属环1.2能提高谐振强度和结构的灵敏度。
上述技术方案中，所述上层超介质板1底面与矩形基底2.1的顶面之间的四个角设置厚度为0.20～0.30mm的角垫3。
上述技术方案中，所述金属缝隙条1.5的宽度为0.9～1.1mm。
上述技术方案中，所述上层超介质板1能相对下层传输接地板2旋转。使互补型开缝金属环1.2与金属环形微带线2.2之间能相对角度变化。利用微波特性来检测互补型开缝金属环1.2与金属环形微带线2.2之间的角度变化，实现微波角位移的测量。圆形基底1.1在矩形基底2.1上转动，转动角度可以精细化控制。
上述技术方案中，所述外圈金属偏环1.3的外圈半径与金属环形微带线2.2的外圈半径相等。这样能提高微波角度传感器灵敏度检测的灵敏性以及增强整体结构的稳定性。
上述技术方案中，所述外圈金属偏环1.3的外圈半径和金属环形微带线2.2的外圈半径均为12mm。
上述技术方案中，所述内圈偏心圆形金属片1.4的圆心向右偏离圆形基底1.1的圆心2.1mm，所述内圈偏心圆形金属片1.4的半径为6mm。
上述技术方案中，所述外圈金属偏环1.3的内环圆心向左偏离外环圆心，所述外圈金属偏环1.3的内环圆心偏离外环圆心的偏离量为1.2mm。
上述技术方案中，所述电磁波信号输入线2.3和电磁波信号输出线2.4的宽度相等均为3.68mm。
上述技术方案中，所述金属环形微带线2.2的外圈半径为12mm，金属环形微带线2.2的内圈半径为10mm。
上述技术方案中，金属均选择铜，基底材料为高频介质PCB板材罗杰斯Rogers4003C。
本发明的工作过程为对下层传输接地板2的电磁波信号输入线2.3和电磁波信号输出线2.4进行馈电，核心感应元件为金属环形微带线2.2和互补型开缝金属环1.2之间的相互作用。输入信号后传输线周围电磁场与顶层刻蚀开缝环槽线的圆盘不同旋转角度相作用，从而引起的输出信号的频率点线性移动来实现角位移的检测目的。通过矢量网络分析仪检测环形微带线结构两端传输线的输出频谱信号来完成传感目的(感应金属环形微带线2.2与互补型开缝金属环1.2之间相对旋转的角度，基底材料上的开缝环形结构与底层环形微带线的相互作用变化直接由频率的线性移动来显示使其能感应微小的角位移变化)。
本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (10)
1.一种基于电磁超材料的高精度与大测量范围的微波角位移传感器，其特征在于：它包括上层超介质板(1)和下层传输接地板(2)，所述上层超介质板(1)包括圆形基底(1.1)，所述圆形基底(1.1)的底面刻蚀有互补型开缝金属环(1.2)，所述互补型开缝金属环(1.2)包括外圈金属偏环(1.3)、内圈偏心圆形金属片(1.4)和金属缝隙条(1.5)，所述外圈金属偏环(1.3)和内圈偏心圆形金属片(1.4)通过金属缝隙条(1.5)连接，所述下层传输接地板(2)包括矩形基底(2.1)，所述矩形基底(2.1)的顶部刻蚀有金属环形微带线(2.2)，所述在矩形基底(2.1)中金属环形微带线(2.2)的左右两端刻蚀有电磁波信号输入线(2.3)和电磁波信号输出线(2.4)，所述矩形基底(2.1)的整个底部刻蚀有矩形金属接地层(2.5)，所述上层超介质板(1)底面与矩形基底(2.1)的顶面之间设置有角垫(3)，使金属环形微带线(2.2)与互补型开缝金属环(1.2)之间形成空气间隙。
2.根据权利要求1所述的基于电磁超材料的高精度与大测量范围的微波角位移传感器，其特征在于：所述上层超介质板(1)底面与矩形基底(2.1)的顶面之间的四个角设置厚度为0.20～0.30mm的角垫(3)。
3.根据权利要求1所述的基于电磁超材料的高精度与大测量范围的微波角位移传感器，其特征在于：所述金属缝隙条(1.5)的宽度为0.9～1.1mm。
4.根据权利要求1所述的基于电磁超材料的高精度与大测量范围的微波角位移传感器，其特征在于：所述上层超介质板(1)能相对下层传输接地板(2)旋转。
5.根据权利要求1所述的基于电磁超材料的高精度与大测量范围的微波角位移传感器，其特征在于：所述外圈金属偏环(1.3)的外圈半径与金属环形微带线(2.2)的外圈半径相等。
6.根据权利要求5所述的基于电磁超材料的高精度与大测量范围的微波角位移传感器，其特征在于：所述外圈金属偏环(1.3)的外圈半径和金属环形微带线(2.2)的外圈半径均为12mm。
7.根据权利要求1所述的基于电磁超材料的高精度与大测量范围的微波角位移传感器，其特征在于：所述内圈偏心圆形金属片(1.4)的圆心向右偏离圆形基底(1.1)的圆心2.1mm，所述内圈偏心圆形金属片(1.4)的半径为6mm。
8.根据权利要求1所述的基于电磁超材料的高精度与大测量范围的微波角位移传感器，其特征在于：所述外圈金属偏环(1.3)的内环圆心向左偏离外环圆心，所述外圈金属偏环(1.3)的内环圆心偏离外环圆心的偏离量为1.2mm。
9.根据权利要求1所述的基于电磁超材料的高精度与大测量范围的微波角位移传感器，其特征在于：所述电磁波信号输入线(2.3)和电磁波信号输出线(2.4)的宽度相等均为3.68mm。
10.根据权利要求1所述的基于电磁超材料的高精度与大测量范围的微波角位移传感器，其特征在于：所述金属环形微带线(2.2)的外圈半径为12mm，金属环形微带线(2.2)的内圈半径为10mm。
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Families Citing this family (1)
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|---|---|---|---|---|
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN202142646U (zh) * | 2011-02-22 | 2012-02-08 | 中国人民解放军空军工程大学导弹学院 | 电磁晶体微带天线 |
| CN103326121A (zh) * | 2013-05-31 | 2013-09-25 | 中科院杭州射频识别技术研发中心 | 一种相位中心无偏差的圆极化卫星通信微带天线 |
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| CN106441062A (zh) * | 2016-10-19 | 2017-02-22 | 武汉市工程科学技术研究院 | 基于双层电磁超材料的线位移传感器 |
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Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN202142646U (zh) * | 2011-02-22 | 2012-02-08 | 中国人民解放军空军工程大学导弹学院 | 电磁晶体微带天线 |
| CN103326121A (zh) * | 2013-05-31 | 2013-09-25 | 中科院杭州射频识别技术研发中心 | 一种相位中心无偏差的圆极化卫星通信微带天线 |
| JP2015149594A (ja) * | 2014-02-06 | 2015-08-20 | 株式会社東芝 | マイクロ波増幅器 |
| CN106441062A (zh) * | 2016-10-19 | 2017-02-22 | 武汉市工程科学技术研究院 | 基于双层电磁超材料的线位移传感器 |
| CN207688897U (zh) * | 2017-11-29 | 2018-08-03 | 武汉市工程科学技术研究院 | 基于电磁超材料的高精度与大测量范围的微波角位移传感器 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Microwave Sensors Based on Symmetry Properties of Resonator-Loaded Transmission Lines;Jordi Naqui等;Journal of Sensors;全文 * |
| 金属狭缝中SAW传感器信号传输的设计与优化;褚博文;丁杰雄;关利超;边志远;李海宁;;压电与声光(02);全文 * |
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