[发明专利]声学流体传感器

权利要求书

1.一种声学流体传感器，其特征在于，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；

其中，通过如下方式确定所述声学流体传感器的品质因子：

根据所述声学流体传感器的本征方程确定所述声学流体传感器的角频率；

根据所述角频率确定所述声学流体传感器的共振频率；

根据所述共振频率和声学流体传感器的带宽确定所述声学流体传感器的品质因子；

其中，声学流体传感器的本征方程为：

Det(D_n)＝D(n，ω)＝0；

n为共振模态数目，ω为该本征方程最低阶的解，D_n为六行六列、且具有如下28个非零元素的矩阵：

d₁₄＝2n[k_T2aJ’_n(k_T2a)-J_n(k_T2a)；

d₁₅＝2n[k_T2aY′_n(k_T2a)-Y_n(k_T2a)；

d₂₂＝k_L2aJ’_n(k_L2a)；

d₂₃＝k_L2aY′_n(k_L2a)；

d₂₄＝nJ_n(k_T2a)；

d₂₅＝nY_n(k_T2a)；

d₃₂＝2n[J_n(k_L2a)-k_L2aJ’_n(k_L2a)]；

d₃₃＝2n[Y_n(k_L2a)-k_L2aY′_n(k_L2a)]；

d₄₄＝2n[k_T2bJ’_n(k_T2b)-J_n(k_T2b)]；

d₄₅＝2n[k_T2bY′_n(k_T2b)-Y_n(k_T2b)]；

d₅₂＝k_L2bJ’_n(k_L2b)；

d₅₃＝k_L2bY′_n(k_L2b)；

d₅₄＝nJ_n(kT₂b)；

d₅₅＝nY_n(k_T2b)；

d₅₆＝-k₃bJ’_n(k₃b)；

d₆₂＝2n[J_n(k_L2b)-k_L2bJ’_n(k_L2b)]；

d₆₃＝2n[Y_n(k_L2b)-k_L2bY′_n(k_L2b)]；

且满足：

k₁＝ωc₁；

k₃＝ω/c₃；

k_L2＝ω/c_L2；

k_T2＝ω/c_T2；

其中，a和b分别为所述中空圆柱壳体的外径和内径，ρ₁为所述环境流体的密度，ρ₂为所述中空圆柱壳体的密度，ρ₃为所述负载流体的密度，J_n为该本征方程第n阶的贝塞尔函数，J’_n为J_n对角频率ω的导数，为该本征方程第n阶的诺依曼函数，为对角频率ω的导数，Y_n为该本征方程第n阶的第一类汉克耳函数，Y′_n为Y_n对角频率ω的导数，c₁为环境流体的声速度，c_L2和c_T2分别为所述中空圆柱壳体的纵波速和横波速，c₃为负载流体的声速度，k₁为环境流体的波数，k_L2和k_T2分别为所述中空圆柱壳体的纵波波数和横波波数，k₃为负载流体的波数。