用于高灵敏度无线无芯片电磁温度传感器的大面积导体填充 PDMS 介电复合材料

无线电磁传感是一种通过介电常数或电导率变化来测量物理和化学变化的无源、无损技术。然而，其读出受到材料灵敏度的限制，通常需要复杂的采样，特别是在 GHz 范围内。我们报告了基于聚二甲基硅氧烷 (PDMS) 并填充 10 vol% 廉价、市售导电填料的电容式介电温度传感器，这些填料包括铜粉、石墨粉 (GP) 和研磨碳纤维粉。传感器在 20{\deg}C 至 110{\deg}C 范围内进行测试，在 20 至 60{\deg}C 之间灵敏度增强，对于填充 CF 的电容器，在 200 MHz 下相对响应高达 85.5%。此外，我们证明工作频率对填充复合材料电容器的相对传感响应影响高达 15.0%。最后，我们展示了 PDMS-CF 电容器作为传感元件在调谐至 6.78 MHz 的无线耦合无芯片谐振线圈中的适用性，其读出响应位于传感器的谐振频率处。PDMS-CF 无芯片系统的无线读出表现出 0.38 %{\deg}C-1 的平均灵敏度，比原始基于 PDMS 的电容传感器提高了 40 倍，并且优于包括更高填充量下碳基复合材料在内的最先进频域射频 (RF) 温度传感器。利用高灵敏度，我们使用低成本且便携的开源 NanoVNA 对传感器进行无线询问，在读出线圈的谐振频率中展示了 48.5% 的相对响应，该响应与仪器级矢量网络分析仪 的结果高度一致，表明该传感器可集成到不依赖专业设备或高度训练操作员的低成本便携式测量装置中。