一种基于异构复合电极和主动损耗调制的柔性LCR传感器

《IEEE Sensors Journal》：A Flexible LCR Sensor Based on Heterogeneous Composite Electrodes and Active Loss Modulation

　　**摘要：**柔性无线无源传感器在复杂环境中常受温度漂移和空间波动引起的交叉干扰影响。传统 LC 传感器本质上受限于仅依赖谐振频率跟踪的单参数输出框架，由于必须保持高质量因子（Q）的严格要求，探索额外传感维度仍具挑战性。为突破这一约束并扩展观测窗口，本文提出了一种基于异质复合电极和主动损耗调制策略的 LCR 传感架构。该架构利用高 Q 螺旋电感补偿初始耗散，在热塑性聚氨酯（TPU）基板上集成了基于银浆的稳定几何电容和基于液态金属镓铟共熔合金（EGaIn）的应变敏感电阻。传感器在非接触测量的固有欠耦合状态中工作，利用应变引起的阻抗失配加剧，将机械应变转化为双参数正交响应：谐振频率偏移和回波损耗（S??）衰减。实验结果表明，该系统在 0%–50% 拉伸应变范围内实现了精确的特征隔离。具体而言，S?? 幅度波动在 25°C–100°C 的宽温度范围内被抑制至 <1 dB，同时在 5 至 15 mm 耦合距离变化下，f? 的最大漂移仅为 0.5%。凭借这些正交特性，该系统有效消除了多物理场信号串扰，为复杂环境中高度鲁棒的监测提供了一种可行的器件级策略。**I. 引言**在物联网（IoT）和可穿戴电子设备快速普及的推动下，人体生理信号的实时原位监测和结构健康监测（SHM）已成为学术界和工业界的焦点 [1]–[5]。在众多传感技术中，近场无线无源传感器凭借其免电池运行、紧凑架构和卓越的环境适应性，展现出巨大的潜力 [6]–[10]。传统无线无源传感器主要依赖谐振原理，通过监测谐振频率偏移来获取应变信息。这种单参数机制在理想条件下表现出高灵敏度，并受益于成熟的制造工艺，因此在无线监测中得到了广泛应用 [11]–[15]。为在实际无约束场景中扩展动态监测范围，对无线无源传感器架构的全面综述强调了需要能够抵抗复杂多物理场干扰并保持结构稳定性的先进拓扑配置 [16]。