Novel 3D integrated lab-on-a-waveguide sensors in sub-millimeter wave range

เซ็นเซอร์ห้องปฏิบัติการบนท่อนำคลื่นรวมสามมิติแบบใหม่ในช่วงคลื่นมิลลิเมตรย่อย

Name: Nonchanutt Chudpooti.

LCSH: Resonance.

LCSH: Millimeter wave devices.

LCSH: Thickness measurement.

Abstract: This dissertation presents a multifunctional miniaturized lab-on-a-waveguide sensor, achieving highly accurate material characterization in two states of matter, i.e. solid and liquid. The millimeter-wave sensor design is based on a near-field technique implemented by the complementary split-ring resonator (CSRR) operating at W-band fabricated into the top-lid of a photolaser-based subtractive manufactured WR-10 rectangular waveguide. The properties of the materials can be extracted based on the reflected and transmitted electromagnetic-wave energy interacting at the electrical boundary between material-under-test (MUT) and sensing area of the sensor. The proposed sensor is applied to three applications as follows : 1. A multimodal sensor is fabricated for characterizing relative permittivity of bulk 3D printing polymer by integrating in a single sensor (1) frequency-reconfigurable resonance technique at 98 and 100 GHz, and (2) 80-100-GHz broadband modified transmission-line technique. Various 3D printing polymer materials, e.g. Polytetrafluoroethylene (PTFE), Polymethylmethacrylate (PMMA) and High-Density Polyethylene (HDPE), are characterized. 2. A low-cost non-invasive millimeter-wave surface-height measurement sensor is designed to discriminate the level of dielectric and polymer films on glass substrates. The layers of SU-8 polymer with thicknesses from 3 to 13 µm coated on top of the glass substrate are characterized. The extracted results from the sensor show an agreement of higher than 95% as compared with the commercial surface profiler instrument. 3. A tailor-made millimeter-wave liquid-mixture sensor is made for using in biomedical application. The nanofluidic subsystem is fabricated by using multiple PTFE layers to encapsulate and isolate the liquid sample during measurement. The sensor can measure a liquid volume of as low as 210 nanoliters, while still achieving a discrimination accuracy of better than 2% of ethanol in the ethanol/DI water.

Abstract: วิทยานิพนธ์ฉบับนี้นำเสนอการลดขนาดเซ็นเซอร์ห้องปฏิบัติการบนท่อนำคลื่น เซ็นเซอร์ ถูกออกแบบให้ใช้ในช่วงคลื่นมิลลิเมตรซึ่งใช้เทคนิคการวัดแบบคลื่นแบบระยะใกล้ โดยการกำเนิดความถี่เรโซแนนท์นั้นใช้เรโซเนเตอร์แบบห่วงตัดวางไว้บนท่อนำคลื่นในย่านดับเบิ้ลยู การวัดคุณสมบัติทางไฟฟ้าของวัสดุได้จากการเปลี่ยนแปลงของพลังงานของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในรูปแบบของการสะท้อนและการส่งผ่านระหว่างรอยต่อของวัสดุที่ทดสอบกับพื้นที่ตรวจจับของเซ็นเซอร์ โดยเซ็นเซอร์ที่นำเสนอในวิทยานิพนธ์ฉบับนี้ได้ถูกนำไปประยุกต์ใช้ดังนี้ 1. เซ็นเซอร์ถูกสร้างเพื่อใช้ในการตรวจหาค่าคงตัวไดอิเล็กตริกสัมพัทธ์ของก้อนโพลีเมอร์ที่ใช้กับเครื่องพิมพ์สามมิติ โดยเซ็นเซอร์สามารถที่จะวัดค่าได้ทั้งแบบการสั่นพ้องและการส่งผ่านของคลื่น ซึ่งในการศึกษานี้ได้ทำการวัดพอลีเมอร์สามชนิด 2. เซ็นเซอร์ตรวจวัดความสูงพื้นผิวแบบไม่ทำลายชิ้นงานออกแบบมาเพื่อแยกแยะความแตกต่างของระดับไดอิเล็กตริกและฟิล์มพอลิเมอร์บนผิวแก้ว โดยการศึกษานี้ใช้พอลิเมอร์ SU-8 ที่มีความหนาตั้งแต่ 3 ถึง 13 ไมโครเมตรเคลือบด้านบนของผิวแก้ว โดยผลของการตรวจวัดจากเซ็นเซอร์ที่นำเสนอนั้นมีความแม่นยำมากกว่า 95 เปอร์เซ็นต์เมื่อเปรียบเทียบกับเครื่องมือวัดที่ใช้ในเชิงพาณิชย์ 3. เซ็นเซอร์ตรวจวัดความเข้มข้นของของเหลวผสมถูกออกแบบเพื่อวัดระดับปริมาณของแอลกอฮอล์ในน้ำปลอดประจุ โดยผลที่ได้จากการวัดทดสอบนั้นสามารถแยกแยะความต่างของระดับแอลกอฮออล์ได้ทุก ๆ 2 เปอร์เซ็นต์ในขณะที่ใช้ปริมาตรของของเหลวเพียง 210 นาโนลิตร

King Mongkut's University of Technology North Bangkok. Central Library

Address: BANGKOK

Email: library@kmutnb.ac.th

Name: Prayoot Akkaraekthalin

Role: Thesis advisors.

Email : prayoot@kmutnb.ac.th

Name: Nutapong Somjit

Role: Thesis advisors.

Created: 2017

Modified: 2019-06-26

Issued: 2019-06-26

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

eng

DegreeName: Doctor of Philosophy

Level: Doctoral Degree

Descipline: Electrical Engineering

Grantor: King Mongkut's University of Technology North Bangkok

©copyrights King Mongkut's University of Technology North Bangkok

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	B16248569.pdf	5.25 MB	17	2022-07-21 21:09:26

ใช้เวลา

0.029156 วินาที