Capteurs de température passifs sans fil micro-fluidique à interrogation radar

Wireless passive microfluidic temperature sensor using radar interrogation techniques

• Auteur / Autrice : Sofiene Bouaziz
• Direction : Hervé Aubert, Patrick Pons
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electromagnétisme et systèmes haute fréquence
• Date : Soutenance en 2013
• Etablissement(s) : Toulouse 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Réseaux de capteurs (technologie)

Thermométrie -- Instruments

Mots clés libres

Capteur de température

Capteur sans fil

Capteur passif et sans puce

Télédétection

Transduction électromagnétique

Radar FMCW

Microfluidique

Résumé

L'objectif de cette thèse était de développer un capteur de température passif sans fil à transduction électromagnétique utilisant un couplage électromagnétique - fluide. Le principe de ce type de capteur est basé sur la dilation thermique d'un fluide dans un micro-canal qui modifie les propriétés électromagnétiques d'un dispositif aux fréquences millimétriques. Deux types de capteurs de température qui utilisent la transduction électromagnétique et la micro-fluidique ont été étudiés. Le premier est constitué d'une capacité planaire variable à l'aide d'un fluide diélectrique (eau distillée). La capacité est constituée par des électrodes en cuivre déposées sur un substrat en verre. La variation d'impédance, obtenue lors de la progression du front d'eau dans le micro-canal, permet de modifier l'impédance de charge d'une antenne et module ainsi le niveau de l'écho RADAR. Le second capteur utilise un fluide conducteur (Galinstan) qui court-circuite les deux brins d'une antenne dipôle lorsque le liquide se dilate. La structure utilisée est constituée d'un réseau d'antenne dont les deux brins sont court-circuités progressivement pour des températures différentes. On obtient ainsi une modulation de l'écho RADAR.

This work show the development of wireless passif temperature sensor based on the thermal expansion of a liquid in a micro-channel that modifies the electromagnetic properties of a device is presented. Two types of electromagnetic temperature sensors in millimeter-wave frequencies are realized. The first chipless micro-system is made up of a planar-gap capacitor with a micro-channel located in-between its plates. The temperature-dependent expansion/shrinkage of the water inside the micro-channel modifies in a monotonic way the liquid level across the capacitor. The first prototypes of the temperature micro-sensor were micro-machined and integrated with an antenna, while the ambient temperature was remotely measured using FMCW radar interrogation principles. For the second sensor, liquid metal is used to dynamically alter the number of antenna elements activated along a linear array configuration with respect to temperature. In this way, the sensed temperature value can be accurately quantified by the change in radar cross section (RCS) of the device. This study is based on the number of elements activated by the short-circuiting of their gap through the temperature-expansion of liquid metal inside a bridging microfluidic channel.