radioelectronicsИзвестия высших учебных заведений России. РадиоэлектроникаJournal of the Russian Universities. Radioelectronics1993-89852658-4794Saint Petersburg Electrotechnical University10.32603/1993-8985-2018-21-1-56-63radioelectronics-211Research ArticleПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ ИЗМЕРЕНИЯ НА ОСНОВЕ АКУСТИЧЕСКИХ, ОПТИЧЕСКИХ И РАДИОВОЛНMEASURING SYSTEMS AND INSTRUMENTS BASED ON ACOUSTIC, OPTICAL AND RADIO WAVESДвумерная периодическая композитная структура для акустического датчика объемных свойств жидкостиTwo-Dimensional Periodic Composite Structure for Acoustic Sensor of Volumetric Properties of LiquidsМухинН. В.MukhinN. V.

Мухин Николай Вячеславович – кандидат технических наук (2013), доцент (2017) кафедры квантовой электроники и оптико-электронных приборов.Автор более 50 научных публикаций.Сфера научных интересов – исследование физико-химических и фотоэлектрических свойств тонкопленочных гетерофазных систем "сегнетоэлектрик – полупроводник"; разработка фотонных и фононных метаматериалов. 

Nikolay V. Mukhin – Ph.D. in Engineering (2013), Associate Professor of the Department of Quantum Electronic and Optics Electronic Devices.

The author of more than 50 scientific publications.

Area of expertise: study of physicochemical and photoelectric properties of thin-film heterophase ferroelectric-semiconductor systems, development of photonic and phonon metamaterials. 

 

muhinnv_leti@mail.ruРедькаД. Н.RedkaD. N.

Редька Дмитрий Николаевич – кандидат технических наук (2016), ассистент кафедры квантовой электроники и оптико-электронных приборов.

Автор 20 научных публикаций.

Сфера научных интересов – материалы для солнечной энергетики; лазерная техника и технологии. 

ул. Профессора Попова, д. 5, Санкт-Петербург, Россия, 197376.

Dmitry N. Red'ka – Ph.D. in Engineering (2016), Assistant of the Department of Quantum Electronic and Optics Electronic Devices.

The author of more than 20 scientific publications.

Area of expertise: materials for solar energy, laser technology. 

 

rd89@bk.ruТарасовС. А.TarasovS. A.

Тарасов Сергей Анатольевич – доктор технических наук (2016), заведующий кафедрой квантовой электроники и оптико-электронных приборов.

Автор 91 научной публикации.

Сфера научных интересов – органическая фотоника; светодиодные технологии; фотоэлектроника; приборы оптоэлектроники на основе квантово-размерных наноструктур. 

 

Sergey A. Tarasov – D.Sc. in Engineering (2016), Chief of the Department of Quantum Electronic and Optics Electronic Devices.

The author of 91 scientific publications.

Area of expertise: organic photonics, LED technology, photoelectronics, devices based on quantum-based optoelectronics nanostructures. 

5, Professor Popov Str, 197376, St. Petersburg.

SATarasov@mail.ruОсеевА. Ю.OseevA. Yu.

Осеев Александр Юрьевич – Ph.D. (2017, Институт микро- и сенсорных систем Магдебургского университета Отто фон Герике, Германия), научный сотрудник данного университета.

Автор 24 научных публикаций.

Сфера научных интересов – жидкостные датчики, в частности, датчики на основе фононного кристалла; микроакустические датчики; микрофлюидные сенсорные системы; разработка новых концепций микрофлюидных датчиков Lab-on-a-Chip для миниатюрных биомедицинских и промышленных применений. 

2, Universitätsplatz, Magdeburg, Deutschland, 39106.

Aleksandr Yu. Oseev – Ph.D. (2017), Researcher of the Department of Sensorics of Institute of Micro and Sensor Systems (IMOS), Otto von Guericke University Magdeburg, Germany.

The author of 24 scientific publications.

Area of expertise: fluidic sensors, more specifically, phononic crystal based sensors, microacoustic sensors, microfluidic sensor platforms, development of novel Lab-on-a-Chip microfluidic sensor concepts for miniaturised biomedical and industrial applications.

2, Universitätsplatz, Magdeburg, Deutschland, 39106. 

alexandr.oseev@gmail.comХиршЗ.HirschS.

Зерен Хирш – Ph.D. (2006), профессор Бранденбургского университета прикладных наук, Германия.

Автор 68 научных публикаций.

Сфера научных интересов – кремниевые микросистемы и новые технологии корпусирования.

50, Magdeburger Str., Brandenburg an der Havel, Deutschland, 14770.

Soeren Hirsch – Ph.D. (2006), Professor of the University of Applied Science, Brandenburg.

The author of 68 scientific publications.

Area of expertise: silicon based microsystems and new packaging technologies. 

50, Magdeburger Str., Brandenburg an der Havel, Deutschland, 14770. 

soeren.hirsch@fh-brandenburg.deСанкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В. И. Ульянова (Ленина).РоссияSaint Petersburg Electrotechnical University "LETI".Russian FederationМагдебургский университет Отто фон Герике.ГерманияOtto von Guericke University Magdeburg.GermanyБранденбургский университет прикладных наук.ГерманияBrandenburg University of Applied Sciences, Germany.Germany201828022018015663Copyright © Мухин Н.В., Редька Д.Н., Тарасов С.А., Осеев А.Ю., Хирш З., 20182018Мухин Н.В., Редька Д.Н., Тарасов С.А., Осеев А.Ю., Хирш З.Mukhin N.V., Redka D.N., Tarasov S.A., Oseev A.Y., Hirsch S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://re.eltech.ru/jour/article/view/211

Описывается композитная структура, представляющая собой стальную матрицу с периодической двумерной системой цилиндрических отверстий, заполненных углеводородной смесью. Изучены упругие колебания такой периодической структуры для применения в акустических датчиках жидкого топлива. Теоретические исследования композитной структуры показали возможность возбуждать в ней аксиально-симметричные и крутильные резонансные моды в частотном диапазоне с высоким коэффициентом отражения структуры, которые проявляются как окна с узкой полосой пропускания. Экспериментальные исследования подтвердили существование таких резонансных частот с характерными структурами акустических волн, причем аксиально-симметричная резонансная мода оказалась более выраженной. Измерения различных смесей бензина и этанола показывают, что датчик имеет значительную чувствительность для различения обычных видов топлива, смесей на основе бензина и присутствия добавок в стандартных видах топлива.

The object of the study is acoustic metamaterial, which is a steel matrix with a periodic two-dimensional system of cylindrical cavities filled with hydrocarbon mixture. The induced resonances of fluid in cylindrical cavities of the periodic structure are studied for application in liquid fuel sensors. Theoretical studies of the structure show the possibility of exciting axisymmetric and spinning resonance modes in it in the frequency range with a high reflection coefficient of the structure, which manifest themselves as windows with a narrow bandwidth. Experimental studies confirm the existence of such resonances, and the asymmetric resonance mode is more evident. Measurements of various mixtures of gasoline and ethanol show that the sensor has significant sensitivity for distinguishing between conventional fuels, gasoline-based mixtures and the presence of additives in standard fuels.

периодические композитные структурыфононные кристаллыструктурный резонансдатчик состава жидкостиperiodic composite structuresphononic crystalsstructural resonanceliquid composition sensorReferencesAcoustic Bandstructure of Periodic Elastic Composites / M. S. Kushwaha, P. Halevi, L. Dobrzynski, B. Djafari-Rouhani // Phys. Rev. Lett. 1993. Vol. 71, № 13. P. 2022–2025.Kushwaha M. S., Halevi P., Dobrzynski L., DjafariRouhani B. Acoustic Bandstructure of Periodic Elastic Composites. Phys. Rev. Lett. 1993. Vol. 71, no. 13. P. 2022–2025.Sigalas M., Economou E. N. Band Structure of Elastic Waves in Two-Dimensional Systems // Solid State Commun. 1993. Vol. 86, iss. 3. P. 141–143.Sigalas M., Economou E. N. Band Structure of Elastic Waves in Two-Dimensional Systems. Solid State Commun. 1993, vol. 86, no. 3, pp. 141–143.Lucklum R., Li J. Phononic Crystals for Liquid Sensor Applications // Meas. Sci. Technol. 2009. Vol. 20, № 12. P. 124014.Lucklum R., Li J. Phononic Crystals for Liquid Sensor Applications. Meas. Sci. Technol. 2009, 20 (12), p. 124014.Lucklum R., Ke M., Zubtsov M. Two-Dimensional Phononic Crystal Sensor Based on a Cavity Mode // Sens. Actuators B. 2012. Vol. 171. P. 271–277.Lucklum R., Ke M., Zubtsov M. Two-Dimensional Phononic Crystal Sensor Based on a Cavity Mode. Sens. Actuators B. 2012, vol. 171, pp. 271–277.Lucklum R., Zubtsov M., Oseev A. Phoxonic Crystals – a New Platform for Chemical and Biochemical Sensors // Anal. Bioanal. Chem. 2013. Vol. 405, iss. 20. P. 6497–6509.Lucklum R., Zubtsov M., Oseev A. Phoxonic Crystals—a New Platform for Chemical and Biochemical Sensors. Anal. Bioanal. Chem. 2013, vol. 405, no. 20, pp. 6497–6509.Microacoustic Sensors for Liquid Monitoring / F. Herrmann, B. Jakoby, J. Rabe, S. Büttgenbach // Sens. Update. 2001. Vol. 9, iss. 1, P. 105–160. 7Herrmann F., Jakoby B., Rabe J., Büttgenbach S. Microacoustic Sensors for Liquid Monitoring. Sens. Update. 2001, vol. 9, no. 1, pp. 105–160.. Phononic Crystal Sensor for Liquid Property Determination / A. Oseev, R. Lucklum, M. Ke, M. Zubtsov, R. Grundmann // Smart Sensor Phenomena, Technology, Networks, and Systems Integration 2012, 12–14 March 2012, San Diego, United States. Proc. SPIE – Intern. Society for Optics and Photonics, 2012. Vol. 8346. P. 834607.Oseev A., Lucklum R., Ke M., Zubtsov M., Grundmann R. Phononic Crystal Sensor for Liquid Property Determination. Smart Sensor Phenomena, Technology, Networks, and Systems Integration 2012, 12–14 March 2012, San Diego, United States. Proc. SPIE – International Society for Optics and Photonics. 2012, vol. 8346, p. 834607Determining Liquid Properties by Extraordinary Acoustic Transmission Through Phononic Crystals / R. Lucklum, M. Zubtsov, M. Ke, A. Oseev, U. Hempel, B.Henning (Eds.) // 10th IEEE SENSORS Conf., 28–31 Oct. 2011, Limerick, Ireland. Proc. of IEEE Sensors. 2011. № 6126939. P. 1554–1557.Lucklum R., Zubtsov M., Ke M., Oseev A., Hempel U., Henning B. Determining Liquid Properties by Extraordinary Acoustic Transmission Through Phononic Crystals. 10th IEEE SENSORS Conference, 28–31 Oct. 2011, Limerick, Ireland. Proc. of IEEE Sensors. 2011, no. 6126939, pp. 1554–1557.Oseev A., Zubtsov M., Lucklum R. Octane Number Determination of Gasoline with a Phononic Crystal Sensor // Procedia Eng. 2012. Vol. 47. P. 1382–1385.A. Oseev, M. Zubtsov, R. Lucklum. Octane Number Determination of Gasoline with a Phononic Crystal Sensor. Procedia Eng. 2012, vol. 47, p. 1382–1385.Oseev A., Zubtsov M., Lucklum R. Gasoline Properties Determination with Phononic Crystal Cavity Sensor // Sens. Actuators B. 2013. Vol. 189. P. 208–212.Oseev A., Zubtsov M., Lucklum R.. Gasoline Properties Determination with Phononic Crystal Cavity Sensor. Sens. Actuators B. 2013, vol. 189, p. 208–212.Two-Component Dielectric Dispersion Impedance Biosensor for In-Line Protein Monitoring / A. Oseev, M.-P. Schmidt, S. Hirsch, A. Brose, B. Schmidt // Sens. Actuators B. 2017. Vol. 239. P. 1213–1220.Oseev A., Schmidt M.-P., Hirsch S., Brose A., Schmidt B. Two-Component Dielectric Dispersion Impedance Bio-sensor for In-Line Protein Monitoring. Sens. Actuators B. 2017, vol. 239, pp. 1213–1220.Flexible Free-Standing SU-8 Microfluidic Impedance Spectroscopy Sensor for 3-Dmolded Interconnect Devices Application / M.-P. Schmidt, A. Oseev, C. Engel, A. Brose, B. Schmidt, S. Hirsch // J. Sens. Sens. Syst. 2016. Vol. 5. P. 55–61.Schmidt M.-P., Oseev A., Engel C., Brose A., Schmidt B., Hirsch S. Flexible Free-Standing SU-8 Microfluidic Impedance Spectroscopy Sensor for 3-Dmolded Interconnect Devices Application. J. Sens. Sens. Syst. 2016, vol. 5, p. 55–61.URL: https://www.comsol.com/comsol-multiphysics (дата обращения: 20.02.2018).Available at: https://www.comsol.com/comsolmultiphysics (accessed: 20.02.2018).Rona A. The Acoustic Resonance of Rectangular and Cylindrical Cavities // J. Algorithms Comput. Technol. 2007. Vol. 1, iss. 3. P. 329–356.Rona A. The Acoustic Resonance of Rectangular and Cylindrical Cavities. J. Algorithms Comput. Technol., 2007, vol. 1, no. 3, pp. 329–356.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.