CN109444091A - 一种太赫兹食用油检测芯片及食用油的检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种太赫兹食用油检测芯片及食用油的检测方法；本发明通过设计高效波导传输装置即共面波导及其高效的能量输入端，和表面等离子体激元激发谐振环共振，产生高Q值(200～300)的谐振峰，通过检测仪来观察谐振峰：一、可以实现不同食用油的高灵敏度太赫兹检测，解决对食用油成分快速检测的科学难题，为后期的科学研究工作和解决现实生活问题奠定基础；二、在实际应用中操作简便，提高太赫兹波段传感器检测效率。

Description

一种太赫兹食用油检测芯片及食用油的检测方法

技术领域

本发明涉及食用油检测技术领域，尤其涉及一种太赫兹食用油检测芯片及食用油的检测方法。

背景技术

不同类型的食用油在经过多次高温加热后，它的结构会发生变化，生成苯并芘这样环状结构的有害物质。长期食用对人体健康有很大影响。目前比较精确检测实用油的方法为顶空固相微萃取-气相色谱质谱联用法，电导率法，高效液相色谱法，离子色谱法，近红外光谱法，核磁共振谱法等。其中顶空固相微萃取-气相色谱质谱联用法即用顶空固相微萃取微量外源杂质成分，再用气相色谱质谱联用法测定乙酸等微量物质。电导率法是测水相电导率值，但此法目前只能作为对金属离子总含量的半定量分析。高效液相色谱法是通过测定反复使用油中胆固醇的含量来进行鉴别。离子色谱法是测定油样品水萃取液中阴离子组成及含量，从而定性分析食用油脂中是否掺杂地沟油，此法在精度上还有些欠缺。近红外光谱法是根据植物油对近红外光谱的吸收，利用885nm与897nm两条谱线的光强比值差异进行鉴别。核磁共振谱法则是通过检测油样品的核磁共振氢谱、碳谱并观察其峰值的变化来实现鉴别，这些测量方法原理复杂，操作较困难，存在着一定的局限性。

发明内容

本发明的目的在于提出一种灵敏度高、操作简单且应用范围广的太赫兹食用油检测芯片及食用油的检测方法。

为达到上述目的，本发明提出一种太赫兹食用油检测芯片；其特征在于，包括谐振腔、金属基板、第一共面波导、第二共面波导和表面等离子体波导；所述谐振腔、第一共面波导、第二共面波导和表面等离子体波导均设于所述金属基板表面；所述表面等离子体波导的一端设有所述第一共面波导；所述表面等离子体波导的另一端设有所述第二共面波导；所述第一共面波导上设有能量输入端；所述第二共面波导上设有能量输出端；至少一个所述谐振腔沿所述表面等离子体波导的长度方向均匀布置。

优选的，所述谐振腔为金属螺旋盘；所述螺旋形金属圆盘通过六根金属传感器均匀分布于圆盘四周，且螺旋盘绕而成。

优选的，所述表面等离子体波导的长度方向均匀布置有五个所述谐振腔。

优选的，所述表面等离子体波导面向所述谐振腔的一面均匀间隔布置有多根凸起，以形成锯齿状表面。

优选的，相邻所述谐振腔的间隔S＝0.25mm；相邻所述凸起之间的间隔a＝d/3，d为所述凸起的宽度。

优选的，所述能量输入端的端口满足50Ω的阻抗匹配条件。

优选的，所述金属基板背离设有所述表面等离子体波导的一面通过光刻和镀膜工艺与石英衬底表面相连接。

一种使用上述太赫兹食用油检测芯片的食用油的检测方法，包括以下步骤：

步骤1：将食用油样品置于谐振腔内；

步骤2：从矢量网络分析仪引出两个探针分别置于能量输入端和能量输出端的端口处；

步骤3：从所述能量输入端引入波导；

步骤4：将所述波导转换为表面等离子波；

步骤5：所述表面等离子波耦合所述谐振腔共振产生谐振峰；

步骤6：所述谐振峰自所述能量输出端输出；

步骤7：通过所述矢量网络分析仪观察所述谐振峰。

优选的，在步骤4中；所述波导通过第一共面波导输送至表面等离子体波导，从而转换为表面等离子波。

与现有技术相比，本发明的优势之处在于：通过设计高效波导传输装置即共面波导及其高效的能量输入端，和表面等离子体激元激发谐振环共振，产生高Q值(200～300)的谐振峰，通过检测仪来观察谐振峰：

一、可以实现不同食用油的高灵敏度太赫兹检测，解决对食用油成分快速检测的科学难题，为后期的科学研究工作和解决现实生活问题奠定基础；

二、在实际应用中操作简便，提高太赫兹波段传感器检测效率。

附图说明

图1为本发明一实施例中太赫兹食用油检测芯片的整体结构示意图；

图2为本发明一实施例中谐振腔的整体结构示意图；

图3为本发明一实施例中太赫兹食用油检测芯片的部分结构示意图及能量输入端的局部放大图；

图4为本发明一实施例中太赫兹食用油检测芯片的剖面图；

图5为本发明一实施例中采用矢量分析仪检测太赫兹食用油检测芯片的状态图；

图6为本发明一实施例中采用矢量分析仪检测到多种油类物质的正向传输系数值(S21)的线性图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案作进一步地说明。

如图1所示，本发明提出一种太赫兹食用油检测芯片；包括谐振腔1、金属基板2、第一共面波导3、第二共面波导4和表面等离子体波导5；谐振腔1、第一共面波导3、第二共面波导4和表面等离子体波导5均设于金属基板2表面；表面等离子体波导5的一端设有第一共面波导3；表面等离子体波导5的另一端设有第二共面波导4；第一共面波导3上设有能量输入端31；第二共面波导4上设有能量输出端41；至少一个谐振腔1沿表面等离子体波导5的长度方向均匀布置。

在本实施例中，如图2所示，谐振腔1为金属螺旋盘；螺旋形金属圆盘通过六根金属传感器均匀分布于圆盘四周，且螺旋盘绕而成。

在本实施例中，表面等离子体波导5的长度方向均匀布置有五个谐振腔1。

如图3所示，在本实施例中，表面等离子体波导5面向谐振腔1的一面均匀间隔布置有多根凸起，以形成锯齿状表面，在附图3中，模块I为能量输入部分，用于向第一共面波导3输入波导信号；模块II为模式转换匹配部分，包括第一共面波导3和表面等离子体波导5，用于将输入的波导转换为表面等离子波；模块III.波导传输的部分，用于将表面等离子波传输至能量输出端41。

在本实施例中，相邻谐振腔1的间隔S＝0.25mm；相邻凸起之间的间隔a＝d/3，d为凸起的宽度。

在本实施例中，能量输入端31的端口满足50Ω的阻抗匹配条件。

在本实施例中，金属基板2背离设有表面等离子体波导5的一面通过光刻和镀膜工艺与石英衬底表面相连接。

如图5所示，本发明还提出一种使用上述太赫兹食用油检测芯片的食用油的检测方法，包括以下步骤：

步骤1：将食用油样品置于谐振腔1内；

步骤2：从矢量网络分析仪引出两个探针分别置于能量输入端31和能量输出端41的端口处；

步骤3：从能量输入端31引入波导；

步骤4：将波导转换为表面等离子波；

步骤5：表面等离子波耦合谐振腔1共振产生谐振峰；

步骤6：谐振峰自能量输出端41输出；

步骤7：通过矢量网络分析仪观察谐振峰。

在本实施例中，在步骤4中；波导通过第一共面波导3输送至表面等离子体波导5，从而转换为表面等离子波，在步骤7中，矢量网络分析仪通过数据分析，显示出油类物质的正向传输系数值(S21)的线性图，通过线性图来分析得出谐振峰的峰值，从而判断出食用油中的物质组分。

下面将通过具体实施例,针对上述太赫兹食用油检测芯片和食用油的检测方法中添加相应的实验数据，以得出相应的实结果，针对实验结果对本发明做进一步的解释说明：

如图2所示：

r代表：谐振腔1中心半径

R代表：谐振腔1的外半径

sw代表：金属传感器的宽度

sg代表：相邻金属传感器之间的间隔

如图1和图4所示：

S代表：相邻谐振腔1中心之间的间隔；

w代表：能量输入端31和能量输出端41的端口宽度；

g代表：阻抗匹配端口间隙；

d1代表：金属基板2厚度；

d2代表：石英衬底厚度。

在本实施例中，金属基板2为金，d1＝500nm；d2＝100μm；w＝100μm；r＝12μm；R＝40μm；sw＝3μm；sg＝2μm；S＝0.25mm；g＝9.4μm；通过上述食用油检测方法的检测步骤，得出如图6所示的多种油类物质的正向传输系数值(S21)的线性图；通过线形图上分析得出谐振峰的峰值，从而判断出食用油中的物质组分，与传统的谐振环传感器相比，本装置运用高效传输波导耦合，在波导端口检测，为间接检测食用油提供了可能性。

上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种太赫兹食用油检测芯片；其特征在于，包括谐振腔、金属基板、第一共面波导、第二共面波导和表面等离子体波导；所述谐振腔、第一共面波导、第二共面波导和表面等离子体波导均设于所述金属基板表面；所述表面等离子体波导的一端设有所述第一共面波导；所述表面等离子体波导的另一端设有所述第二共面波导；所述第一共面波导上设有能量输入端；所述第二共面波导上设有能量输出端；至少一个所述谐振腔沿所述表面等离子体波导的长度方向均匀布置。

2.根据权利要求1所述的太赫兹食用油检测芯片，其特征在于，所述谐振腔为金属螺旋盘；所述螺旋形金属圆盘通过六根金属传感器均匀分布于圆盘四周，且螺旋盘绕而成。

3.根据权利要求1所述的太赫兹食用油检测芯片，其特征在于，所述表面等离子体波导的长度方向均匀布置有五个所述谐振腔。

4.根据权利要求1所述的太赫兹食用油检述测芯片，其特征在于，所述表面等离子体波导面向所述谐振腔的一面均匀间隔布置有多根凸起，以形成锯齿状表面。

5.根据权利要求4所述的太赫兹食用油检测芯片，其特征在于，相邻所述谐振腔的间隔S＝0.25mm；相邻所述凸起之间的间隔a＝d/3，d为所述凸起的宽度。

6.根据权利要求1所述的太赫兹食用油检述测芯片，其特征在于，所述能量输入端的端口满足50Ω的阻抗匹配条件。

7.根据权利要求1所述的太赫兹食用油检测芯片，其特征在于，所述金属基板背离设有所述表面等离子体波导的一面通过光刻和镀膜工艺与石英衬底表面相连接。

8.一种食用油的检测方法，使用如权利要求1-7中任一项所述的太赫兹食用油检测芯片，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：将食用油样品置于谐振腔内；

步骤2：从矢量网络分析仪引出两个探针分别置于能量输入端和能量输出端的端口处；

步骤3：从所述能量输入端引入波导；

步骤4：将所述波导转换为表面等离子波；

步骤5：所述表面等离子波耦合所述谐振腔共振产生谐振峰；

步骤6：所述谐振峰自所述能量输出端输出；

步骤7：通过所述矢量网络分析仪观察所述谐振峰。

9.根据权利要求8所述的食用油的检测方法，其特征在于，在步骤4中；所述波导通过第一共面波导输送至表面等离子体波导，从而转换为表面等离子波。