Cylindryczne kryształy akustyczne wyczuwają właściwości fizyczne i chemiczne transportowanych cieczy

WASZYNGTON, 14 września 2021 r. – Kryształy akustyczne to innowacyjna platforma rezonansowa do wykrywania i rozumienia właściwości objętościowych cieczy, wzbudzająca coraz większe zainteresowanie badaczy.

W Journal of Applied Physics AIP Publishing badacze z Francji i Niemiec proponują zaprojektowanie cylindrycznego kryształu akustycznego (TPC) w celu wykrywania biochemicznych i fizycznych właściwości płynu wypełniającego pustą część rurki.

„W zależności od rozmiaru, urządzenie może być używane na małą skalę, w zastosowaniach mikroprzepływowych, na średnią skalę, w medycynie do wstrzykiwania lub szerzej w inżynierii lądowej do prowadzenia rurociągów gazowych” – powiedział autor Jan Pennick.

Kryształy akustyczne są znane ze swojej zdolności do kierowania, kontrolowania i manipulowania falami dźwiękowymi. Ta zdolność do kontrolowania propagacji fal sprężystych otworzyła szeroki zakres zastosowań, w zależności od docelowej częstotliwości.

Naukowcy zbadali strukturalny TPC w okresowym rozmieszczeniu podkładek wzdłuż rury. Pokazują, w jaki sposób mieszany układ ciało stałe/ciecz może prezentować bezwzględne lub zależne od polaryzacji przerwy wzbronione.

Umieszczając wnękę Fabry’ego-Perota (FP) w strukturze okresowej, naukowcy stworzyli piki w pasmach wzbronionych i zmniejszyli się w pasmach przechodzących widma transmisyjnego.

Wykazano, że te piki i doliny są wrażliwe na gęstość i prędkość dźwięku płynu przepływającego wewnątrz rury, wykazując większą wrażliwość na zmiany gęstości masy niż prędkość dźwięku. TPC staje się w ten sposób innowacyjną platformą do zastosowań czujnikowych dzięki wystarczająco silnemu sprzężeniu trybów FP na granicy faz ciecz/ciało stałe.

Naukowcy przeprowadzą demonstrację systemu za pomocą drukarki 3D i opracują wszystkie parametry fizyczne, aby w pełni określić płyn: gęstość, prędkość i lepkość. Wejdą do termopar wiskoelastycznych i dokonają porównań między wykrywaniem gazu i cieczy.

Wyniki wpłynęły na rozwój akustycznych powierzchni zewnętrznych (AMM) w płynie. Do tej pory AMM był rozwijany głównie w powietrzu. Rośnie zainteresowanie zastosowaniem koncepcji AMM w zastosowaniach podwodnych.

Artykuł nosi tytuł „Akustyczny kryształowy czujnik rurowy” autorstwa Abdula Latifa Jeddy, Jana Pennicka, Victora Zhanga, Friedera Lockluma, Michaela J. Artykuł ukaże się w Journal of Applied Physics 14 września 2021 r. (DOI: 10.1063/5.0051660). Po tym terminie będzie można uzyskać do niego dostęp pod adresem https://aip.scitation.org/doi/full/10.1063/5.0051660.