本發(fā)明涉基于MEMS(微電子機械系統(tǒng))工藝的新型溫濕度集成的無源無線傳感器，尤其是一種溫濕度集成的無源無線傳感器。

背景技術(shù)：

LC(電感電容)無源無線傳感器是將待測參數(shù)轉(zhuǎn)換為諧振頻率，并通過互感耦合的方式非接觸測量傳感器節(jié)點的諧振頻率，從而實現(xiàn)無源無線檢測目的。LC無源無線傳感器內(nèi)部不含有源元件，結(jié)構(gòu)簡單，理論上具有無限壽命。因此，非常適合于食品藥品包裝檢測、建筑物安全檢測以及封裝可靠性驗證等應(yīng)用。隨著無線傳感網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，LC無源無線傳感器具有廣闊的應(yīng)用前景。一般現(xiàn)有的LC無源無線傳感器都是針對于環(huán)境的單個參數(shù)進行感測，如溫度、濕度、壓力、PH值等等，但是在實際應(yīng)用中，溫度和濕度的同時檢測具有更大的應(yīng)用意義，而且將溫度參量值作為濕度測量時的補償因子，還可以得到更精確的濕度測量值。因此，設(shè)計實現(xiàn)溫濕度無源無線傳感器具有非常重要的應(yīng)用前景。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：為提供可以同時檢測溫濕度兩個參數(shù)且結(jié)構(gòu)簡單的無源無線傳感器，本發(fā)明提出一種溫濕度集成的無源無線傳感器。

技術(shù)方案：本發(fā)明提出的技術(shù)方案為：

一種溫濕度集成的無源無線傳感器，包括溫敏電感和濕敏電容構(gòu)成的LC諧振回路；

所述溫敏電感為三明治結(jié)構(gòu)，包括底層襯底1、中部的電感模具3和上層蓋片4；電感模具3為螺旋形的凹槽，凹槽內(nèi)注有作為液態(tài)電感的液態(tài)金屬合金2，液態(tài)金屬合金2的體積小于凹槽的容積；凹槽內(nèi)液態(tài)金屬合金2的上表面設(shè)有一層氧化物保形層5，氧化物保形層4的高度低于凹槽上表面的高度；

所述濕敏電容設(shè)置在上層蓋片4遠離電感模具3一面上，與溫敏電感形成串聯(lián)結(jié)構(gòu)。

進一步的，所述濕敏電容為叉指電容，包括片狀的叉指電極6，叉指電極6的一面貼在上層蓋片4上表面上，另一面上噴涂有濕敏介質(zhì)7。

具體的，所述液態(tài)金屬合金2為共融鎵銦合金。

具體的，所述氧化物保形層5為金屬氧化物層。

具體的，所述叉指電極6為鉑電極，所述濕敏介質(zhì)7為氧化石墨烯。

具體的，所述底層襯底1、電感模具3和上層蓋片5均由PDMS材料制成。

具體的，所述底層襯底1、電感模具3和上層蓋片5均由N-異丙基丙烯酰胺材料制成。

有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)勢：

1、結(jié)構(gòu)簡單，制作難度較低；

2、制作材料成本低、制作工藝簡單、且成品敏感量大。

3、感溫結(jié)構(gòu)新穎，能同時實現(xiàn)溫濕度無源無線感測。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例的立體結(jié)構(gòu)圖；

圖2為本發(fā)明實施例中的縱截面剖視圖；

圖中：1、底層襯底，2、液態(tài)金屬合金，3、電感模具，4、上層蓋片，5、氧化物保形層，6、叉指電極，7、濕敏介質(zhì)。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作更進一步的說明。

如圖1所示為本發(fā)明實施例的立體結(jié)構(gòu)圖，包括溫敏電感和濕敏電容構(gòu)成的LC諧振回路；溫敏電感為三明治結(jié)構(gòu)，包括底層襯底1、中部的電感模具3和上層蓋片4；電感模具3為螺旋形的凹槽，凹槽內(nèi)注有作為液態(tài)電感的液態(tài)金屬合金2，液態(tài)金屬合金2的體積小于凹槽的容積；凹槽內(nèi)液態(tài)金屬合金2的上表面設(shè)有一層氧化物保形層5，氧化物保形層4的高度低于凹槽上表面的高度；所述濕敏電容設(shè)置在上層蓋片4遠離電感模具3一面上，與溫敏電感形成串聯(lián)結(jié)構(gòu)；濕敏電容為叉指電容，包括片狀的叉指電極6，叉指電極6的一面貼在上層蓋片4上表面上，另一面上噴涂有濕敏介質(zhì)7。

上述技術(shù)方案中，底層襯底1起基座作用，氧化物保形層5的作用是保證液態(tài)金屬合金電感的機械穩(wěn)定性。

在本實施例中，底層襯底1、電感模具3和上層蓋片5均選用PDMS材料制成，液態(tài)金屬合金2為液態(tài)共融鎵銦合金(EGaIn)，氧化物保形層5為金屬氧化物，叉指電極6為金屬鉑電極，濕敏介質(zhì)7為氧化石墨烯薄膜。

本實施例所述溫濕度集成的無源無線傳感器的制作過程如下：

(1)首先，制作SU-8陽模，將PDMS樹脂和固化劑按體積比10：1的劑量配比，充分 攪拌，真空抽氣取出所有氣泡，并澆注到成型的陽模上，再次去除氣泡后，置于75℃烘箱中2h以上進行固化。

(2)固化后將整片PDMS蓋片揭下，按需要的形狀光刻出底層襯底1、電感模具3和上層蓋片4。在電感模具3上使用空心針鉆孔作為流體進出口，氮氣吹掉殘余細屑，即制備出PDMS電感模具；

(3)將電感模具3與底層襯底1對準貼合，置于80℃烘箱中1h，實現(xiàn)電感模具3與底層襯底1的密封；

(4)在電感模具3中注入液態(tài)共融鎵銦合金，注入后在液態(tài)共融鎵銦合金上表面生成氧化物保形層5；

(5)在上層蓋片4的一面上通過鉑金屬淀積形成圖形化的叉指狀鉑電極；將電感模具3與上層蓋片4的另一面對準貼合，實現(xiàn)密封；

(6)最后在鉑電極上噴涂氧化石墨烯感濕介質(zhì)。

在本實施例中，電感由液態(tài)金屬合金2注入到微通道中形成，僅需要通過光刻以及快速成形的方法。

本發(fā)明的工作原理為：溫敏電感和濕敏電容串聯(lián)構(gòu)成LC諧振回路，當濕度發(fā)生變化時，氧化石墨烯濕敏介質(zhì)的介電常數(shù)發(fā)生變化，即引起傳感器節(jié)點諧振頻率的改變；當溫度發(fā)生變化時，PDMS電感模具的形狀會由于熱脹冷縮而發(fā)生變化，進而引起液態(tài)金屬合金2的形貌發(fā)生變化即引起電感值發(fā)生變化，從而引起傳感器節(jié)點諧振頻率處的阻抗值發(fā)生變化。外部讀出系統(tǒng)可以通過電感線圈近場耦合的非接觸方式提取這個阻抗頻譜圖，進而確定待測的溫度及濕度值。

作為對本發(fā)明所述技術(shù)方案的一種優(yōu)選實施方式，電感模具3可以采用各向異性變形的膜材料如N-異丙基丙烯酰胺，這樣形變的可控性更高。

作為對本發(fā)明所述技術(shù)方案的另一種優(yōu)選實施方式，溫敏電感可以設(shè)計為多層結(jié)構(gòu)，每一層均由電感模具3和液態(tài)金屬合金2組成，相鄰的兩層間通過PDMS制成的隔層隔開，這種設(shè)計既增加了溫度的靈敏度，又可以提高諧振回路的Q值，有助于信號提取與分析。

作為對本發(fā)明所述技術(shù)方案的另一種優(yōu)選實施方式，濕敏電容也可以設(shè)計為液態(tài)金屬電極電容，簡化加工工藝。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當指出：對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員 來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。