[发明专利]声学流体传感器

说明书

本发明公开了一种声学流体传感器，包括声学传感装置、实验容器、超声波发射装置、超声波接收装置及计算处理装置，声学传感装置包括用于装盛负载流体的中空圆柱壳体，及设置在中空圆柱壳体两端、且与其形成贯通腔道的硅胶管，超声波发射装置向环境流体中发射超声波，激励中空圆柱壳体中的负载流体形成Scholte‑Stoneley圆周波，当Scholte‑Stoneley圆周波满足相位匹配条件时，在中空圆柱壳体周围形成驻波产生局域声场，计算处理装置根据归一化后的透射谱数据确定声学流体传感器的品质因子。本发明产生的局域声场与负载流体具有较大的耦合程度，可以提高声学流体传感器的品质因子和灵敏度，适合微量流体的高灵敏传感。

技术领域

本发明涉及流体检测技术领域，尤其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实施例提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。

在生化检测、临床医学、环境监测以及食品安全监控等领域，利用声学流体传感器快速、精确地检测流体的参数(例如成分、密度、弹性模量、声速以及黏度等)，有着重要的应用价值。声学流体传感器在周围流体媒介的属性(例如机械、化学、电学属性)发生变化，能够察觉例如频率、幅度、相位等共振模式的偏移，从而实现对流体的传感和检测。

现有的声学流体传感器主要包括表面波传感器、Lamb波传感器和声子晶体传感器等。表面波流体传感器是利用压电基片表面上传播的波，并通过物理、化学参量对声波传播特性的扰动对待测参量进行检测。Lamb波传感器是利用Lamb波在薄板中传播的声波，通过放置在压电薄板一个表面上的叉指换能器来激发并在压电薄板中传播。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，实现对流体的检测。

但传统的声学流体传感器存在品质因子低、灵敏度低的缺陷。

发明内容

本发明实施例提供一种声学流体传感器，用以解决传统的声学流体传感器存在的品质因子低的缺陷，该声学流体传感器包括：

声学传感装置、实验容器、超声波发射装置、超声波接收装置以及计算处理装置；

所述声学传感装置包括用于装盛负载流体的中空圆柱壳体，及设置在所述中空圆柱壳体两端、且与其形成贯通腔道的硅胶管；

所述实验容器用于装盛环境流体，所述中空圆柱壳体浸没于所述环境流体中，所述声学传感装置设置在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，激励所述中空圆柱壳体中的负载流体形成Scholte-Stoneley圆周波，当所述Scholte-Stoneley圆周波满足相位匹配条件时，在所述中空圆柱壳体周围形成驻波产生局域声场，所述超声波接收装置接收经过所述声学传感装置后的超声波；

所述计算处理装置根据第一透射谱数据和第二透射谱数据确定归一化后的透射谱数据，根据归一化后的透射谱数据确定所述声学流体传感器的品质因子；其中，所述第一透射谱数据是指在不包含所述声学传感装置和负载流体时超声波接收装置接收到的超声波的透射谱数据，所述第二透射谱数据为包含所述声学传感装置和负载流体时超声波接收装置接收到的超声波的透射谱数据。