[發明專利]聲學流體傳感器

有效

• 申請號: 201811223389.0
• 申請日: 2018-10-19
• 公開（公告）號: CN109443406B
• 公開（公告）日: 2021-04-09
• 發明（設計）人: 蔡飛燕;林勤;李飛;夏向向;周偉;孟龍;鄭海榮
• 申請（專利權）人: 中國科學院深圳先進技術研究院
• 主分類號: G01D5/48
• 分類號: G01D5/48
• 代理公司: 北京市誠輝律師事務所 11430
• 代理人: 耿慧敏

本發明公開了一種聲學流體傳感器，包括聲學傳感裝置、實驗容器、超聲波發射裝置、超聲波接收裝置及計算處理裝置，聲學傳感裝置包括用于裝盛負載流體的中空圓柱殼體，及設置在中空圓柱殼體兩端、且與其形成貫通腔道的硅膠管，超聲波發射裝置向環境流體中發射超聲波，激勵中空圓柱殼體中的負載流體形成Scholte?Stoneley圓周波，當Scholte?Stoneley圓周波滿足相位匹配條件時，在中空圓柱殼體周圍形成駐波產生局域聲場，計算處理裝置根據歸一化后的透射譜數據確定聲學流體傳感器的品質因子。本發明產生的局域聲場與負載流體具有較大的耦合程度，可以提高聲學流體傳感器的品質因子和靈敏度，適合微量流體的高靈敏傳感。

技術領域

本發明涉及流體檢測技術領域，尤其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實施例提供背景或上下文。此處的描述不因為包括在本部分中就承認是現有技術。

在生化檢測、臨床醫學、環境監測以及食品安全監控等領域，利用聲學流體傳感器快速、精確地檢測流體的參數(例如成分、密度、彈性模量、聲速以及黏度等)，有著重要的應用價值。聲學流體傳感器在周圍流體媒介的屬性(例如機械、化學、電學屬性)發生變化，能夠察覺例如頻率、幅度、相位等共振模式的偏移，從而實現對流體的傳感和檢測。

現有的聲學流體傳感器主要包括表面波傳感器、Lamb波傳感器和聲子晶體傳感器等。表面波流體傳感器是利用壓電基片表面上傳播的波，并通過物理、化學參量對聲波傳播特性的擾動對待測參量進行檢測。Lamb波傳感器是利用Lamb波在薄板中傳播的聲波，通過放置在壓電薄板一個表面上的叉指換能器來激發并在壓電薄板中傳播。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，實現對流體的檢測。

但傳統的聲學流體傳感器存在品質因子低、靈敏度低的缺陷。

發明內容

本發明實施例提供一種聲學流體傳感器，用以解決傳統的聲學流體傳感器存在的品質因子低的缺陷，該聲學流體傳感器包括：

聲學傳感裝置、實驗容器、超聲波發射裝置、超聲波接收裝置以及計算處理裝置；

所述聲學傳感裝置包括用于裝盛負載流體的中空圓柱殼體，及設置在所述中空圓柱殼體兩端、且與其形成貫通腔道的硅膠管；

所述實驗容器用于裝盛環境流體，所述中空圓柱殼體浸沒于所述環境流體中，所述聲學傳感裝置設置在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，激勵所述中空圓柱殼體中的負載流體形成Scholte-Stoneley圓周波，當所述Scholte-Stoneley圓周波滿足相位匹配條件時，在所述中空圓柱殼體周圍形成駐波產生局域聲場，所述超聲波接收裝置接收經過所述聲學傳感裝置后的超聲波；

所述計算處理裝置根據第一透射譜數據和第二透射譜數據確定歸一化后的透射譜數據，根據歸一化后的透射譜數據確定所述聲學流體傳感器的品質因子；其中，所述第一透射譜數據是指在不包含所述聲學傳感裝置和負載流體時超聲波接收裝置接收到的超聲波的透射譜數據，所述第二透射譜數據為包含所述聲學傳感裝置和負載流體時超聲波接收裝置接收到的超聲波的透射譜數據。