一种微波甲醛传感器、检测方法及其在肺癌早筛中的应用

本发明涉及微波传感器，具体是一种微波甲醛传感器、检测方法及其在肺癌早筛中的应用。

背景技术：

1、薛等人在《ieee仪器与测量汇刊》发表题为《用于室温氨气检测的电磁增强型微波气体传感器》。该文提出一种基于互补开口谐振环的微波气体传感器，在互补开口谐振环区域的强电场敏感区域和强磁场敏感区域加载氧化钴和氧化锌材料，目标气体吸附引起材料介电损耗和磁损耗变化，导致传感器件的谐振幅值发生可测量的变化，通过建立目标气体浓度与传感器件谐振幅值变化量之间的标定关系，最终实现目标气体的检测，并结合谐振结构的电磁场分布特性与材料在气氛下的电磁特性变化规律，提出气体敏感材料与谐振结构的协同匹配增感原则。

2、该方案建立了谐振结构与气体敏感材料的协同匹配增感原则，并证明“敏感材料涂覆区域的电磁场分布特性是影响灵敏度的关键因素”的规律。但是，该类工作重点在谐振结构与气体敏感材料的协同匹配原则的探索与验证，其采用的互补开口谐振环结构的强电场敏感区域分布占比较低，不利于材料与谐振结构的协同增感，“传感器灵敏度的进一步提升”受限。

3、吉尔等人在《ieee天线与传播汇刊》发表题为《基于电感应波传输线的差分传感器，用于介电常数测量与缺陷检测》。该研究证明了基于螺旋式互补开口谐振环级联结构的介电常数传感的可行性，为后续研究螺旋式互补开口谐振环谐振单元的传感特性提供了前期研究基础。但是，该研究主要围绕螺旋式互补开口谐振环级联结构的色散特性与传感特性，未针对单个螺旋式互补开口谐振环谐振单元的电场分布特性进行研究；也未针对微波气体传感中的关键痛点，即强电场敏感区域占比不足导致灵敏度的提升受限，提出面向气体传感的器件设计与性能测试方法，因此在痕量甲醛微波传感方向仍缺乏直接可用的工程化方案。

4、针对上述背景技术中提出的问题，本领域技术人员提出一种更高灵敏度的甲醛检测用传感器。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种微波甲醛传感器、检测方法及其在肺癌早筛中的应用，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种微波甲醛传感器，包括敏感电路和敏感材料；

4、所述敏感电路为螺旋式互补开口谐振环微带谐振器，包括三层，上层和下层均为铜层，中间层为介质基板；

5、所述下层铜层上刻蚀有微带馈线，上层铜层上刻蚀有螺旋式互补开口谐振环，微带馈线用于激励所述螺旋式互补开口谐振环；

6、所述敏感材料为zif-67，以浆料形式涂覆于螺旋式互补开口谐振环微带谐振器的敏感区域上，敏感区域为所述螺旋式互补开口谐振环所在区域。

7、进一步的，所述微带馈线的阻抗为50ω。

8、进一步的，所述浆料通过zif-67粉末和无水乙醇组成。

9、进一步的，所述zif-67粉末和无水乙醇之间的质量体积比为5mg:1ml。

10、上述微波甲醛传感器的检测方法，包括如下步骤：

11、s1、微波甲醛传感器的气敏性能测试均在密闭的气室中进行，测试条件为室温、标准大气压、40%rh相对湿度，气室中放置了商用温湿度计的两个测试探头，用于气室中的温度和湿度的实时监测；

12、s2、将微波甲醛传感器置于气室中间，通过从气室中引出的两根同轴电缆与矢量网络分析仪相连，对微波甲醛传感器的反射系数s11进行实时监测；

13、s3、以空气作为基线气体，记录s11的频率响应曲线，并确定基线s11谐振幅值；

14、s4、通入甲醛气体，记录不同甲醛浓度条件下的s11频率响应曲线；

15、s5、计算s11谐振幅值变化量的绝对值|δs11|作为响应值，建立响应-浓度标定曲线。

16、上述微波甲醛传感器在制备用于检测呼出气中甲醛浓度的肺癌早筛装置中的应用。

17、与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：

18、本发明通过螺旋拓扑设计，使谐振状态下的强电场沿螺旋槽线呈连续带状分布；电场强度高于1.5×104 v/m的有效敏感区域面积占谐振单元总面积的比例为25%；解决了传统csrr结构强电场局域化、有效敏感区域不足的核心技术问题，增强了强电场与zif-67的相互作用与协同增感效应，最终实现优异的甲醛传感性能。

1.一种微波甲醛传感器，其特征在于，包括敏感电路和敏感材料；

2.根据权利要求1所述的微波甲醛传感器，其特征在于，所述微带馈线的阻抗为50ω。

3.根据权利要求1所述的微波甲醛传感器，其特征在于，所述浆料通过zif-67粉末和无水乙醇组成。

4.根据权利要求3所述的微波甲醛传感器，其特征在于，所述zif-67粉末和无水乙醇之间的质量体积比为5mg:1ml。

5.如权利要求1所述的微波甲醛传感器的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

6.如权利要求1所述的微波甲醛传感器在制备用于检测呼出气中甲醛浓度的肺癌早筛装置中的应用。