[发明专利]一种声学流体传感器

说明书

本发明的实施方式提供了一种声学流体传感器，该声学流体传感器包括：狭缝双板声学装置、超声波发射装置、超声波接收装置、计算处理装置和实验容器；其中，狭缝双板声学装置包括两个平行且间隔狭缝空间的基板，狭缝空间用于装盛待测流体，基板上设有等间距的凸条；狭缝双板声学装置浸没于环境流体中；超声波发射装置向环境流体中发射超声波，激励狭缝双板声学装置中的两个基板形成非泄露A₀模式Lamb波并在狭缝空间中共振耦合形成对称强局域模式，计算处理装置通过计算超声波频谱中共振透射增强峰的频点和幅度来确定待测流体的参数。本发明仅需微量待测流体，就具有较高高的灵敏度和品质因子，尤其对密度与声速度变化趋势相反的流体比较敏感。

技术领域

本发明的实施方式涉及流体检测技术领域，更具体地，本发明的实施方式涉及一种声学流体传感器。

背景技术

本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明的实施方式提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。

快速及精确分析微量流体中的成分和参数在生化检测、临床医学诊断、环境监测、食品安全监控等领域具有重要的应用价值，是当前及未来传感器领域的重要发展方向。目前，流体传感器主要分为物理参量提取和化学反应两种类型。其中，物理参量提取型主要分为光学传感器、声学传感器两种。光学传感器是通过检测流体的光学参量(如折射率、吸收率等)的变化量来分析流体的成分和参数，然而，由于光波穿透流体物质的深度有限，光学传感器在流体尤其是非透明流体的检测一直受到极大的限制。声学传感器是通过检测流体的声学参量(如密度、波速、粘度等)的变化量来分析流体的成分和参数，声波具有较好的穿透深度，对于非透明流体介质的传感，其具有光波不可比拟的优势。

声人工结构(声子晶体、声超常材料等)是人工设计的复合结构材料，其利用周期结构中的布拉格散射、单体结构中的局域共振等效应，实现对声波、弹性波的灵活调控，是近年来物理学、材料学领域备受关注的研究热点。声人工结构的相关物理性质可以“人工裁剪”，为新型功能器件的研制提供了坚实物理基础，高灵敏传感器是声人工结构在新型功能器件的一个主要应用方向。

目前已有人提出将声子晶体缺陷态、周期圆孔声子晶体板反常透射增强峰、声子晶体共振腔模式等用于声学流体传感器，实现对流体的探测与传感，但这种声学流体传感器存在品质因子低、对流体密度的变化不敏感等缺陷。

发明内容

针对目前已有的利用声人工结构形成的声学流体传感器在品质因子和灵敏度方面表现不够好等问题，发明人在研究本发明的过程中发现这主要是现有的声学流体传感器所产生的局域场范围的尺寸与波长相当，局域场的强度较弱等原因导致，因此需要进一步研究更高品质因子的声人工结构，实现高灵敏传感器的研制。

在本上下文中，本发明的实施方式期望提供一种声学流体传感器。

在本发明实施方式的第一方面中，提供了一种声学流体传感器，包括：狭缝双板声学装置、超声波发射装置、超声波接收装置、计算处理装置和实验容器；

所述狭缝双板声学装置包括两个基板以及设置于所述两个基板的第一面的间隔相等距离的若干凸条，所述两个基板的第二面平行且间隔一狭缝空间；所述狭缝空间用于装盛待测流体或标准流体；所述第一面为所述第二面的背面；

所述实验容器用于装盛环境流体；

所述狭缝双板声学装置浸没于所述环境流体中，且设置于所述超声波发射装置和所述超声波接收装置之间；

所述超声波发射装置向所述环境流体中发射超声波，当超声波的频率为所述声学流体传感器的工作频率时，激励所述狭缝双板声学装置中的所述两个基板形成非泄露A₀模式Lamb波并在所述狭缝空间中共振耦合形成对称强局域模式；

所述超声波接收装置接收经过所述狭缝双板声学装置后的超声波；