سنسور بلور فونونی برای تشخیص غلظت D2O(آب سنگین) در ترکیب H2O-D2O
پذیرفته شده برای ارائه شفاهی ، صفحه 1-6 (6)
کد مقاله : 1031-ISAV2022 (R2)
نویسندگان
1گرو ه آموزشی برق. دانشکده برق . دانشگاه صنعتی سهند .تبریز
2گروه آموزشی برق، دانشکده برق،دانشکده صنعتی سهند،تبریز ، ایران
چکیده
در این مقاله یک سنسور بلور فونونی دو بعدی برای تشخیص درصد غلظتD2O (آب سنگین) در ترکیب H2O-D2O در محدوده درصد 90% تا 100% ارائه شده است. ساختار از رادهایی از جنس تنگستن در بستری از جنس آلومینیوم ساخته شده است.برای دست یابی به مد تشدید از یک کاواک در طول یک موجبر خطی استفاده شده است.برای تحلیل و بررسی موج صوتی ورودی به ساختار از زوش المان محدود استفاده شده است. ترکیب آب معمولی و آب سنگین با غلظتهای مختلف از آب سنگین در ناحیه کاواک اضافه شده و رفتار موج ورودی مورد بررسی قرار گرفته است . با تغییر غلظت آب سنگین در داخل ترکیب ، مد تشدید دچار شیفت فرکانس می شود. با ازای تغییر هر یک درصد غلظت آب سنگین در ترکیب، مد تشدید تقریبا 120KHz شیفت پیدا می کند. پروسه بررسی عملکرد سنسور، فاکتور کیفیت و حساسیت بالای سنسور را نشان می دهد. سایر پارامترها مانند FOM, SNR و R نیز عملکرد بسیار بالای سنسور را نشان میدهد. همچنین این نوع سنسورها می تواند برای تشخیص
سایر مواد با کارایی بالا استفاده شود.
سایر مواد با کارایی بالا استفاده شود.
کلیدواژه ها
موضوعات
Title
Phononic crystal sensor for detection of D2O concentration in H2O-D2O mixture
Authors
Mohammad Reza Rahimi, Ali Bahrami
Abstract
In this paper, we proposed a 2D solid-solid phononic crystal sensor to detect D2O (heavy water) concentration percentage in the range of 90% to 100% in the H2O-D2O mixture. The structure is made of tungsten rods in the aluminum background. To give a resonance mode in the band diagram curve, a cavity region in throughout of a linear waveguide is designed. Finite element method (FEM) is used to calculate and analyse the transmission spectra. H2O-D2O mixture with different concentration percentage values of D2O has added in the cavity region and the acoustic waves behavior is analysed. By changing the D2O concentration in the mixture, the resonance mode is shifted. Each 1% of D2O concentration change causes almost 120kHz shift of resonance modes. The performance evaluation process shows the high Q factor and high sensitivity of sensor. The other parameters FOM, SNR, and resolution also show the best performance of proposed structure. This kind of sensors also can be useful to detect the other materials with high efficiency.
Keywords
Phononic crystals, resonance mode, cavity, D2O (heavy water)
مراجع
<p dir="ltr">1. S. Herrig, M. Thol, A. H. Harvey and E. W. Lemmon, “A reference equation of state for heavy water”, Journal of Physical and Chemical Reference Data 47, 043102 (2018).</p>
<p dir="ltr">2. S. Lago, P. G. Albo, G. Cavuoto, “Speed of sound measurements in deuterium oxide (D2O) at temperatures between (276.97 and 363.15) K and at pressures up to 210 MPa”, Fluid Phase Equilibria 506, 112401 (2020).</p>
<p dir="ltr">3. H. Gharibi, A. Mehaney, “Two-dimensional phononic crystal sensor for volumetric detection of hydrogen peroxide (H2O2) in liquids”, Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures 126, 114429 (2021).</p>
<p dir="ltr">4. H. Gharibi, A, Bahrami, “Phononic crystals for sensing FAMEs with demultiplexed frequencies”, Journal of Molecular Liquids 305, 112841 (2020).</p>
<p dir="ltr">5. R. Lucklum, M. Ke. M. Zubtsov, “Two-dimensional phononic crystal sensor based on a cavity mode”, Sensors and Actuators B: Chemical 171, 271-277 (2012).</p>
<p dir="ltr">6. R. Lucklum, “Phononic crystals and metamaterials–promising new sensor platforms” Procedia Engineering 87 40-45 (2014).</p>
<p dir="ltr">7. F. Lucklum, M. J. Vellekoop, “3D phononic-fluidic cavity sensor for resonance measurements of volumetric fluid properties”, IEEE SENSORS, (2016).</p>
<p dir="ltr">8. A. Mehaney, “Phononic crystal as a neutron detector”, Ultrasonics 93, 37-42 (2019).</p>
<p dir="ltr">9. H. Gharibi, et al. “A very high sensitive interferometric phononic crystal liquid sensor”, Journal of Molecular Liquids 296, 111878 (2019).</p>
<p dir="ltr">10. A. Mehaney, H. Gharibi, A. Bahrami, “Phononic eco-sensor for detection of heavy metals pollutions in water with spectrum analyser”, IEEE Sensors Journal 21.5, 6733-6740 (2020).</p>
<p dir="ltr">11. M. Zaremanesh, et al. “Temperature biosensor based on triangular lattice phononic crystals”, APL Materials 9.6 061114 (2021).</p>
<p dir="ltr">12. Wilson, Wayne D. "Speed of sound in heavy water as a function of temperature and pressure." The Journal of the Acoustical Society of America 33.3 (1961): 314-316</p>