引言

近年来，对于微小位移的检测需求日益增大，微波位移传感器作为一种重要的工具备受瞩目，其被广泛应用于实现高精度、高灵敏度的位移检测。相比于传统的光学、电阻式以及声波位移传感器存在的问题，如精度低、需要与目标物品接触以及对环境要求高[1-4]，微波位移传感器实现了对目标物体的非接触式测量，避免了传统传感器可能带来的磨损和损坏风险。由于利用了微波信号进行测量，微波传感器具备较高的测量精度和稳定性，可精准感知目标物体位置和运动状态。此外，微波传感器响应速度快，能够实时监测和反馈目标物体位置与运动状态，为系统实时控制与调节提供便利。

因此微波位移传感器的设计和研究工作得到很多研究学者的重视。微波位移传感器的研究主要分为三类，分别是基于幅值变化的微波位移传感器、基于相位变化的微波位移传感器、基于频率偏移的微波位移传感器。

Lv、Horestani和Naqui等人提出了几种基于开口环谐振器（Split Ring Resonator, SRR）耦合共面波导（Coplanar Waveguide, CPW）的一维和二维微波位移传感器[5-7]，CPW激发SRR，在传输系数曲线上产生传输零点，通过改变SRR与CPW的相对位置，使得传输零点的幅值发生变化，通过幅值的变化来表征位移。Horestani 和Shaterian等人都采用谐振器耦合微带线的相位变化位移传感器[8-10]，改变谐振器与端口间的距离，通过反射系数的相位来表征位移。这两类传感器通过幅值的变化和相位变化来表征位移量，其受益于单一的工作频率，但受环境噪声的影响大，并且不易于测量。

Horestani等人设计了一种宽边耦合SRR的二维微波位移传感器[11]，通过位移引起结构对称性的破坏，使得谐振频率发生偏移，进而由谐振频率偏移量来表征位移。基于频率选择表面（Frequency Selective Surface, FSS），Zhang等人设计了一个二维位移传感器[12]，当两层彼此垂直的金属条带谐振器相对位置改变时，FSS的谐振频率变化即可用来表征位移量，并且利用该FSS的偏振特性实现二维传感。Rezaee等人通过在CPW中加载缺陷地结构以及在传输线中蚀刻槽的方式[13]，使位移能够引起槽长度的变化，从而导致CPW的传输零点发生偏移，在建立了传输零点与位移之间的关系后即可表征二维位移。这类传感器与之前的幅值变化和相位变化的传感器相比，使用频率特性来表征位移，受环境因素的影响小，易于实现精确测量。

本文设计了一款基于SRR的二维微波位移传感器，将动子放置在SRR上方，动子位移时，SRR的谐振频率发生变化，传输零点也随之产生偏移。为实现二维位移传感，在x和y方向上分别加载了不同尺寸的SRR，产生两个相互独立的传输零点，分别对应x和y方向。通过建立传输零点与位移的之间的关系，实现了对二维位移精确表征。该传感器具有结构简单、受环境因素影响小和易于实现精确测量等优点，适用于需求精准、高灵敏度的二维位移检测场景。

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作者信息：

袁汪楷，马润波

（山西大学 物理与电子工程学院，太原 030006）