[0002] 近十年来，微波传感器作为一种比较可靠的传感器,得到了越来越广泛的应用。在医用生物学方面，微波传感器可以检测生物组织的培养状况，在环境监控方面，微波传感器可以用于检测环境的温度与湿度以及土壤含水量等。在物理学方面，微波传感器可以用于恢复物体位移及旋转角度等参数，在工业生产方面，微波传感器可以用于表征固体介电特性和液体化学品介电特性。其中，由于微波微流控传感器不需要标记协议或生物标记，这使得研究液体化学品或生物液体不再需要耗费大量的试剂，溶液以及时间，这大大降低了液体参数提取的成本。目前开发的大多数微波传感器使用了互补裂环谐振器(complementary split ring resonator，CSRR)结构和阶梯阻抗谐振器(Stepped impedance resonator，SIR)结构。其中，SIR结构的电场分布并不集中，因此每次测量都需要较多的液体样品，因此很难在实际中得到应用。而CSRR结构虽然电场比较集中，但在传输中采用了耦合的形式，这会对灵敏度有所影响。而在实际应用中，对于测量的灵敏度要求较高，因为化学和生物本身对液体浓度的精度要求极高。另外，传感器的非侵入性也是非常重要的指标。在测量时损失过多的液体样本对于工业无疑是一种极大的浪费。
[0003] 针对目前技术中存在的缺陷，有必要进行研究，来实现一种非侵入性，灵敏度高，制作与测量成本低的优质微波传感器，使其能够在实际应用中产生价值。实用新型内容
[0004] 为了克服现有技术中存在的缺陷，本实用新型提出了一种基于OCSRR的微流体差分微波传感器，也即，基于开放式互补裂环谐振器(Open complementary split ring resonator，OCSRR)实现微流体差分微波传感器，采用差分的形式来抑制环境要素(湿度温度等)带来的测试误差；使用新型的OCSRR结构来提高谐振频率，同时降低传感器的物理尺寸，降低传感器的造价；另外，OCSRR结构能在外环的左侧产生强大且集中的电场，这对传感器的灵敏度有着极大提升；采用六边形与矩形结合的OCSRR结构有利于降低OCSRR结构本身的电容，能更进一步提升传感器的灵敏度。
[0005] 为了解决现有的技术困难，本实用新型的技术方案如下：
[0006] 一种基于OCSRR的微流体差分微波传感器，至少包括测量单元和参考单元，所述测量单元和参考单元采用相同的结构，其内分别设置测量OCSRR粒子和参考OCSRR粒子，其中，所述测量单元用于根据流经其内的被测流体产生第一信号，所述参考单元用于根据流经其内的参考流体产生第二信号，第一信号和第二信号用于表征OCSRR粒子的反射特性进而通过两者的差分信息获取传感信息；
[0007] 所述测量单元至少包括输入微带线、信号接入微带线、输出微带线、测量OCSRR粒子以及流体通道，其中，所述流体通道与测量OCSRR粒子相连接，用于流入流体；
[0008] 所述输入微带线与输出微带线中间通过信号接入微带线与测量OCSRR粒子相连接，所述输出微带线与50Ω电阻连接并在介质板的中心接地。
[0009] 作为进一步的改进方案，OCSRR粒子包括开放式外环、开放式内环以及两个接地孔。
[0010] 作为进一步的改进方案，所述流体通道的材料采用聚二甲基硅氧烷，结构为长方体，由胶体与微流体空槽组成。
[0011] 作为进一步的改进方案，测量OCSRR粒子和参考OCSRR粒子结构完全相同且在PCB板上的位置关于中线完全对称，以保证在加入相同的液体介质时两个粒子的介电特性产生相同的变化。
[0012] 作为进一步的改进方案，测量OCSRR粒子和参考OCSRR粒子之间不存在信号耦合。
[0013] 作为进一步的改进方案，OCSRR粒子被蚀刻在介质板上层的金属板上，且OCSRR粒子的外环采用了六边形结构，OCSRR粒子的内环采用了矩形结构。
[0014] 作为进一步的改进方案，信号接入微带线用于连接了输入微带线与OCSRR粒子的开口部分，其中，信号接入微带线的宽度应与OCSRR粒子的开口宽度一致以保证信号的良好接入。
[0015] 作为进一步的改进方案,OCSRR粒子构成了一个谐振电路，其谐振频率取决于OCSRR粒子总体的电感与电容，具体表达式如下：
[0016]
[0017] 当在流体通道中加入液体样本后，该谐振电路的总体谐振频率发生了变化，主要在于电容部分不再完全取决于OCSRR粒子本身的电容，而与液体样本的电容也产生了相关性。具体表达式如下：
[0018]
[0019] 其中，Lp、Cp分别表示OCSRR粒子的电感、电容；CLUT则模拟将液体样本添加到传感器时传感器电容的变化；
[0020] 传感器灵敏度定义为：
[0021]
[0022] 其中Δfz是谐振频率的偏移，Δε是加载在谐振器上的介电样品的介电常数的变化；当液体样本加载到流体通道中时，等效于向传感器添加一个额外的电容器CLUT；通过上述公式可以得到：
[0023]
[0024] 其中Δε和CLUT由液体样本的物理特性确定，fz和CR仅由传感器的物理特性确定；通过fz和CR是控制灵敏度；当fz和CR增加时，灵敏度也增加。
[0025] 作为进一步的改进方案，流体通道的总长度为11mm，流体通道的高度为0.2mm，宽度为0.4mm。
[0026] 作为进一步的改进方案，输入微带线，输入端与射频信号输出端连接，输出端分别与信号接入微带线和输出微带线输入端连接。
[0027] 输出微带线,输入端分别与信号接入微带线和输入微带线连接,输出端与差分接地50欧姆电阻连接。
[0028] 作为优选的技术方案，每条差分输入微带线上各加载一个OCSRR粒子，这两个OCSRR粒子是完全相同的，并且他们在PCB板上的位置也需要关于中线完全对称，这样才能保证在加入相同的液体介质时，两个粒子的介电特性产生相同的变化。
[0029] 作为优选的技术方案，所述的基于OCSRR微流差分微波传感器的两个端口分别输出了两个OCSRR粒子的反射特性，其中一个用于表征LUT的复介电常数，另一个则作为参考端口。由于两条微带线都通过中间金属贴片的孔接地了，蚀刻OCSRR粒子的两片金属片又留出了较大的距离，两份OCSRR粒子之间不存在耦合的现象。
[0030] 作为优选的技术方案，所述的基于OCSRR微流差分微波传感器使用PDMS制作微流体通道，因为这种材料具有电绝缘性，疏水性，并具有很高的抗剪切能力，加工也比较方便，是制作流体通道的最佳选择。制作的流体通道的截面积为0.4mm*0.2mm，流体通道的总长度为11mm，流体通道的高度为0.2mm，宽度为0.4mm，能够最大范围地占据强电场强度的位置，使得反射特性的变化最大，同时不会浪费液体样本。
[0031] 与现有技术相比较，本实用新型具有如下技术效果：
[0032] 1、本实用新型采用OCSRR结构来代替传统的微流体传感器中的CSRR结构来实现2.3GHz的传感器空载谐振频率，采用六边形与矩形结合的OCSRR结构来代替传统的圆形与矩形OCSRR结构，来降低OCSRR结构本身的电容电感，提升了灵敏度。
[0033] 2、本实用新型能够应用在医用生物学方面，用于检测液体样本的介电常数，通过介电常数来反推出液体样本的浓度。本实用新型的灵敏度较之传统的实用新型具有较大的提升，且对液体样本的消耗极少，能够在实际应用中发挥良好作用。
