Двумерная периодическая композитная структура для акустического датчика объемных свойств жидкости
https://doi.org/10.32603/1993-8985-2018-21-1-56-63
Аннотация
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.
Об авторах
Н. В. Мухин
Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В. И. Ульянова (Ленина).
Россия
Россия
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.
ул. Профессора Попова, д. 5, Санкт-Петербург, Россия, 197376.Д. Н. Редька
Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В. И. Ульянова (Ленина).
Россия
Россия
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.
С. А. Тарасов
Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В. И. Ульянова (Ленина).
Россия
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. ул. Профессора Попова, д. 5, Санкт-Петербург, Россия, 197376.
Россия
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. ул. Профессора Попова, д. 5, Санкт-Петербург, Россия, 197376.
А. Ю. Осеев
Магдебургский университет Отто фон Герике.
Германия
Германия
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.
З. Хирш
Бранденбургский университет прикладных наук.
Германия
Германия
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.
Список литературы
1. Acoustic 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.
2. 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.
3. Lucklum R., Li J. Phononic Crystals for Liquid Sensor Applications // Meas. Sci. Technol. 2009. Vol. 20, № 12. P. 124014.
4. 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.
5. 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.
6. Microacoustic Sensors for Liquid Monitoring / F. Herrmann, B. Jakoby, J. Rabe, S. Büttgenbach // Sens. Update. 2001. Vol. 9, iss. 1, P. 105–160. 7
7. . 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.
8. Determining 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.
9. Oseev A., Zubtsov M., Lucklum R. Octane Number Determination of Gasoline with a Phononic Crystal Sensor // Procedia Eng. 2012. Vol. 47. P. 1382–1385.
10. Oseev A., Zubtsov M., Lucklum R. Gasoline Properties Determination with Phononic Crystal Cavity Sensor // Sens. Actuators B. 2013. Vol. 189. P. 208–212.
11. 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.
12. 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.
13. URL: https://www.comsol.com/comsol-multiphysics (дата обращения: 20.02.2018).
14. Rona A. The Acoustic Resonance of Rectangular and Cylindrical Cavities // J. Algorithms Comput. Technol. 2007. Vol. 1, iss. 3. P. 329–356.
Рецензия
Для цитирования:
Мухин Н.В., Редька Д.Н., Тарасов С.А., Осеев А.Ю., Хирш З. Двумерная периодическая композитная структура для акустического датчика объемных свойств жидкости. Известия высших учебных заведений России. Радиоэлектроника. 2018;(1):56-63. https://doi.org/10.32603/1993-8985-2018-21-1-56-63
For citation:
Mukhin N.V., Redka D.N., Tarasov S.A., Oseev A.Yu., Hirsch S. Two-Dimensional Periodic Composite Structure for Acoustic Sensor of Volumetric Properties of Liquids. Journal of the Russian Universities. Radioelectronics. 2018;(1):56-63. (In Russ.) https://doi.org/10.32603/1993-8985-2018-21-1-56-63
Просмотров: 460
Послать статью по эл. почте 