[發明專利]一種聲學流體傳感器

有效

• 申請號: 201610635316.7
• 申請日: 2016-08-05
• 公開（公告）號: CN106324090B
• 公開（公告）日: 2018-12-25
• 發明（設計）人: 蔡飛燕;王辰;耿劉峰;李飛;孟龍;鄭海榮
• 申請（專利權）人: 深圳先進技術研究院
• 主分類號: G01N29/024
• 分類號: G01N29/024;G01N29/036
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 賈磊

本發明的實施方式提供了一種聲學流體傳感器，該聲學流體傳感器包括：狹縫雙板聲學裝置、超聲波發射裝置、超聲波接收裝置、計算處理裝置和實驗容器；其中，狹縫雙板聲學裝置包括兩個平行且間隔狹縫空間的基板，狹縫空間用于裝盛待測流體，基板上設有等間距的凸條；狹縫雙板聲學裝置浸沒于環境流體中；超聲波發射裝置向環境流體中發射超聲波，激勵狹縫雙板聲學裝置中的兩個基板形成非泄露A₀模式Lamb波并在狹縫空間中共振耦合形成對稱強局域模式，計算處理裝置通過計算超聲波頻譜中共振透射增強峰的頻點和幅度來確定待測流體的參數。本發明僅需微量待測流體，就具有較高高的靈敏度和品質因子，尤其對密度與聲速度變化趨勢相反的流體比較敏感。

技術領域

本發明的實施方式涉及流體檢測技術領域，更具體地，本發明的實施方式涉及一種聲學流體傳感器。

背景技術

本部分旨在為權利要求書中陳述的本發明的實施方式提供背景或上下文。此處的描述不因為包括在本部分中就承認是現有技術。

快速及精確分析微量流體中的成分和參數在生化檢測、臨床醫學診斷、環境監測、食品安全監控等領域具有重要的應用價值，是當前及未來傳感器領域的重要發展方向。目前，流體傳感器主要分為物理參量提取和化學反應兩種類型。其中，物理參量提取型主要分為光學傳感器、聲學傳感器兩種。光學傳感器是通過檢測流體的光學參量(如折射率、吸收率等)的變化量來分析流體的成分和參數，然而，由于光波穿透流體物質的深度有限，光學傳感器在流體尤其是非透明流體的檢測一直受到極大的限制。聲學傳感器是通過檢測流體的聲學參量(如密度、波速、粘度等)的變化量來分析流體的成分和參數，聲波具有較好的穿透深度，對于非透明流體介質的傳感，其具有光波不可比擬的優勢。

聲人工結構(聲子晶體、聲超常材料等)是人工設計的復合結構材料，其利用周期結構中的布拉格散射、單體結構中的局域共振等效應，實現對聲波、彈性波的靈活調控，是近年來物理學、材料學領域備受關注的研究熱點。聲人工結構的相關物理性質可以“人工裁剪”，為新型功能器件的研制提供了堅實物理基礎，高靈敏傳感器是聲人工結構在新型功能器件的一個主要應用方向。

目前已有人提出將聲子晶體缺陷態、周期圓孔聲子晶體板反常透射增強峰、聲子晶體共振腔模式等用于聲學流體傳感器，實現對流體的探測與傳感，但這種聲學流體傳感器存在品質因子低、對流體密度的變化不敏感等缺陷。

發明內容

針對目前已有的利用聲人工結構形成的聲學流體傳感器在品質因子和靈敏度方面表現不夠好等問題，發明人在研究本發明的過程中發現這主要是現有的聲學流體傳感器所產生的局域場范圍的尺寸與波長相當，局域場的強度較弱等原因導致，因此需要進一步研究更高品質因子的聲人工結構，實現高靈敏傳感器的研制。

在本上下文中，本發明的實施方式期望提供一種聲學流體傳感器。

在本發明實施方式的第一方面中，提供了一種聲學流體傳感器，包括：狹縫雙板聲學裝置、超聲波發射裝置、超聲波接收裝置、計算處理裝置和實驗容器；

所述狹縫雙板聲學裝置包括兩個基板以及設置于所述兩個基板的第一面的間隔相等距離的若干凸條，所述兩個基板的第二面平行且間隔一狹縫空間；所述狹縫空間用于裝盛待測流體或標準流體；所述第一面為所述第二面的背面；

所述實驗容器用于裝盛環境流體；

所述狹縫雙板聲學裝置浸沒于所述環境流體中，且設置于所述超聲波發射裝置和所述超聲波接收裝置之間；

所述超聲波發射裝置向所述環境流體中發射超聲波，當超聲波的頻率為所述聲學流體傳感器的工作頻率時，激勵所述狹縫雙板聲學裝置中的所述兩個基板形成非泄露A₀模式Lamb波并在所述狹縫空間中共振耦合形成對稱強局域模式；

所述超聲波接收裝置接收經過所述狹縫雙板聲學裝置后的超聲波；