Resumen
El potencial de los muchos tipos de sensores basados en distintas tecnologías para la recopilación de datos de magnitudes tanto físicas como químicas ha despertado un creciente interés en la comunidad científica durante los últimos años. Los avances en este ámbito tecnológico han abierto nuevas posibilidades en relación con la obtención de información del medio. En este contexto, los sensores dieléctricos de microondas emergen como una propuesta innovadora que utiliza las propiedades dieléctricas de los materiales bajo estudio y las ondas de microondas para medir diferentes tipos de variables.
Mediante la interacción de las ondas electromagnéticas con los materiales, estos sensores detectan cambios en parámetros dieléctricos de los materiales como la permitividad dieléctrica, lo que facilita la interpretación y medición de las variables del entorno. Gracias a su capacidad para realizar mediciones no invasivas, rápidas y precisas, presentan ventajas significativas frente a métodos tradicionales, que suelen requerir contacto físico o la alteración de las muestras.
Aunque actualmente su presencia en el mercado es limitada, los beneficios de estos sensores podrían transformar sectores como la sanidad, el medioambiental, la automoción o la industria alimentaria. Utilizado sus capacidades de medición precisa en aplicaciones como la detección de contaminantes en alimentos o la medición de variables ambientales, creando nuevas oportunidades de investigación y desarrollo.
Este trabajo de fin de grado “Diseño e implementación de nuevos sensores dieléctricos de microondas, basado en resonador tipo SIR (Stepped Impedance Resonator)” se centra en la exploración un nuevo diseño de sensores dieléctricos de microondas que incorpora una cavidad en el sustrato debajo de la zona sensible de un resonador tipo SIR, donde se pretende posicionar el material bajo estudio para intentar maximizar la sensibilidad del dispositivo en la detección de variaciones de la permitividad dieléctrica, realizando un análisis de las tecnologías involucradas y sus posibles aplicaciones futuras.
Uno de los propósitos de este proyecto es profundizar en las características de diseño que pudieran favorecer la innovación tecnológica mencionada, así como en los retos que aún deben superarse para su adopción y comercialización efectiva. A través de este estudio, se busca aportar un punto de partida sólido que permita a futuras líneas de trabajo investigar el potencial de esta tecnología en distintas áreas.
Los resultados obtenidos muestran un aumento significativo de la sensibilidad en los diseños que incorporan la cavidad en el sustrato, frente a los que no presentan dicha modificación. Los resultados expuestos en esta investigación han sido desarrollados a través de dos programas de simulación descritos más adelante. Por este motivo, se espera que las conclusiones derivadas de este estudio sean posteriormente verificadas experimentalmente por futuras investigaciones.
Abstract
The potential of the many types of sensors based on different technologies for the collection of data on both physical and chemical quantities has attracted increasing interest in the scientific community in recent years. Advances in this technological field have opened up new possibilities for obtaining information from the environment. In this context, microwave dielectric sensors emerge as an innovative proposal that uses the dielectric properties of the materials under study and microwave waves to measure different types of variables.
Through the interaction of electromagnetic waves with materials, these sensors detect changes in dielectric parameters of materials such as dielectric permittivity, which facilitates the interpretation and measurement of environmental variables. Thanks to their ability to perform non-invasive, fast and accurate measurements, they offer significant advantages over traditional methods, which often require physical contact or disturbance of samples.
Although their market presence is currently limited, the benefits of these sensors could transform sectors such as healthcare, environmental, automotive and food industries. Using their precise measurement capabilities in applications such as the detection of contaminants in food or the measurement of environmental variables, creating new research and development opportunities.
This final degree project, “Design and implementation of new microwabe dielectric sensors, based on SIR (Stepped Impedance Resonator)”, focuses on the exploration of a new design of microwave dielectric sensors that incorporates a cavity in the substrate under the sensitive area of a SIR resonator, where the material under study is positioned to try to maximise the sensitivity in the detection of dielectric variations of the device, carrying out an analysis of the technologies involved and their possible future applications.
One of the purposes of this project is to study the design characteristics that could favour the aforementioned technological innovation, as well as the challenges that still need to be overcome for its adoption and effective commercialisation. Through this study, the aim is to provide a solid starting point that will allow future lines of work to investigate the potential of this technology in different areas.
The results obtained show a significant increase in sensitivity in the designs that incorporate the cavity in the substrate, compared to those without this modification. The results presented in this research have been developed using two simulation programs described below. For this reason, it is expected that the conclusions derived from this study will be further verified experimentally by future research.
Resumen
El potencial de los muchos tipos de sensores basados en distintas tecnologías para la recopilación de datos de magnitudes tanto físicas como químicas ha despertado un creciente interés en la comunidad científica durante los últimos años. Los avances en este ámbito tecnológico han abierto nuevas posibilidades en relación con la obtención de información del medio. En este contexto, los sensores dieléctricos de microondas emergen como una propuesta innovadora que utiliza las propiedades dieléctricas de los materiales bajo estudio y las ondas de microondas para medir diferentes tipos de variables.
Mediante la interacción de las ondas electromagnéticas con los materiales, estos sensores detectan cambios en parámetros dieléctricos de los materiales como la permitividad dieléctrica, lo que facilita la interpretación y medición de las variables del entorno. Gracias a su capacidad para realizar mediciones no invasivas, rápidas y precisas, presentan ventajas significativas frente a métodos tradicionales, que suelen requerir contacto físico o la alteración de las muestras.
Aunque actualmente su presencia en el mercado es limitada, los beneficios de estos sensores podrían transformar sectores como la sanidad, el medioambiental, la automoción o la industria alimentaria. Utilizado sus capacidades de medición precisa en aplicaciones como la detección de contaminantes en alimentos o la medición de variables ambientales, creando nuevas oportunidades de investigación y desarrollo.
Este trabajo de fin de grado “Diseño e implementación de nuevos sensores dieléctricos de microondas, basado en resonador tipo SIR (Stepped Impedance Resonator)” se centra en la exploración un nuevo diseño de sensores dieléctricos de microondas que incorpora una cavidad en el sustrato debajo de la zona sensible de un resonador tipo SIR, donde se pretende posicionar el material bajo estudio para intentar maximizar la sensibilidad del dispositivo en la detección de variaciones de la permitividad dieléctrica, realizando un análisis de las tecnologías involucradas y sus posibles aplicaciones futuras.
Uno de los propósitos de este proyecto es profundizar en las características de diseño que pudieran favorecer la innovación tecnológica mencionada, así como en los retos que aún deben superarse para su adopción y comercialización efectiva. A través de este estudio, se busca aportar un punto de partida sólido que permita a futuras líneas de trabajo investigar el potencial de esta tecnología en distintas áreas.
Los resultados obtenidos muestran un aumento significativo de la sensibilidad en los diseños que incorporan la cavidad en el sustrato, frente a los que no presentan dicha modificación. Los resultados expuestos en esta investigación han sido desarrollados a través de dos programas de simulación descritos más adelante. Por este motivo, se espera que las conclusiones derivadas de este estudio sean posteriormente verificadas experimentalmente por futuras investigaciones.
Abstract
The potential of the many types of sensors based on different technologies for the collection of data on both physical and chemical quantities has attracted increasing interest in the scientific community in recent years. Advances in this technological field have opened up new possibilities for obtaining information from the environment. In this context, microwave dielectric sensors emerge as an innovative proposal that uses the dielectric properties of the materials under study and microwave waves to measure different types of variables.
Through the interaction of electromagnetic waves with materials, these sensors detect changes in dielectric parameters of materials such as dielectric permittivity, which facilitates the interpretation and measurement of environmental variables. Thanks to their ability to perform non-invasive, fast and accurate measurements, they offer significant advantages over traditional methods, which often require physical contact or disturbance of samples.
Although their market presence is currently limited, the benefits of these sensors could transform sectors such as healthcare, environmental, automotive and food industries. Using their precise measurement capabilities in applications such as the detection of contaminants in food or the measurement of environmental variables, creating new research and development opportunities.
This final degree project, “Design and implementation of new microwabe dielectric sensors, based on SIR (Stepped Impedance Resonator)”, focuses on the exploration of a new design of microwave dielectric sensors that incorporates a cavity in the substrate under the sensitive area of a SIR resonator, where the material under study is positioned to try to maximise the sensitivity in the detection of dielectric variations of the device, carrying out an analysis of the technologies involved and their possible future applications.
One of the purposes of this project is to study the design characteristics that could favour the aforementioned technological innovation, as well as the challenges that still need to be overcome for its adoption and effective commercialisation. Through this study, the aim is to provide a solid starting point that will allow future lines of work to investigate the potential of this technology in different areas.
The results obtained show a significant increase in sensitivity in the designs that incorporate the cavity in the substrate, compared to those without this modification. The results presented in this research have been developed using two simulation programs described below. For this reason, it is expected that the conclusions derived from this study will be further verified experimentally by future research. Read More
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