RU2533692C1 - Multiplexer acoustic array for "electronic nose" and "electronic tongue" analytical instruments - Google Patents

Multiplexer acoustic array for "electronic nose" and "electronic tongue" analytical instruments Download PDF

Info

Publication number
RU2533692C1
RU2533692C1 RU2013137193/08A RU2013137193A RU2533692C1 RU 2533692 C1 RU2533692 C1 RU 2533692C1 RU 2013137193/08 A RU2013137193/08 A RU 2013137193/08A RU 2013137193 A RU2013137193 A RU 2013137193A RU 2533692 C1 RU2533692 C1 RU 2533692C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
plate
acoustic
modes
center
conditional
Prior art date
Application number
RU2013137193/08A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Иванович АНИСИМКИН
Иван Владимирович АНИСИМКИН (умер)
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук
Priority to RU2013137193/08A priority Critical patent/RU2533692C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2533692C1 publication Critical patent/RU2533692C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

FIELD: instrument engineering.
SUBSTANCE: multiplexer acoustic array includes flat parallel plate out of pieso-electric crystal with crystallographic axis lying in the plate plane and passing through conditional plate center, interdigital transducers positioned symmetrically in pairs at the work side of plate and forming acoustic channel system where directions of acoustic wave propagation intersect in the conditional plate center where a circular zone is made in the conditional plate center for a sample, acoustic channels can excite plate-shape mode family of vibrations in the plate, with wavelength not exceeding plate thickness.
EFFECT: enhanced selectivity of vibration modes with increase of number of sensors for excited modes.
8 cl, 12 dwg

Description

Изобретение относится к аналитическому приборостроению, а именно к устройствам для физико-химического анализа жидких и газообразных сред с использованием акустических волн.The invention relates to analytical instrumentation, and in particular to devices for physicochemical analysis of liquid and gaseous media using acoustic waves.

С середины XX века получила развитие разработка индивидуальных акустических сенсоров, дающих информацию о газе в виде электрического сигнала высокой частоты [D.S. Balantine, R.M. White, S.J. Martin, et al. Acoustic wave sensors: Theory, design and physico-chemical applications - NY: Academic Press, p.436, 1996]. Эти сенсоры нашли свое применение. Но, как и сенсоры, основанные на иных физических принципах, они неспособны в одиночку обеспечить селективное детектирование отдельных газов в их смеси, поскольку химических покрытий, реагирующих на одну газовую компоненту и не реагирующих на остальные, создать не удается.Since the mid-20th century, the development of the development of individual acoustic sensors that provide information about gas in the form of an electrical signal of high frequency [D.S. Balantine, R.M. White, S.J. Martin, et al. Acoustic wave sensors: Theory, design and physico-chemical applications - NY: Academic Press, p. 436, 1996]. These sensors have found their application. But, like sensors based on other physical principles, they are not able to single-handedly selectively detect individual gases in their mixture, since chemical coatings that react to one gas component and do not react to the rest cannot be created.

По аналогии с биологическими системами обоняния и вкусового восприятия были сформулированы подходы к созданию электронных аналогов - приборов, известных сейчас как «электронный нос» и «электронный язык», применяемых для анализа смесей газов и жидкостей соответственно [H.T. Nagle, R. Gutierrez-Osuns, S.S. Schiffman // IEEE Spectrum, v.35, no.9, p.22, 1998; W. Gopel. Sensors and Actuatoprs, v.B52, p.125, 1998; U. Ewimar, W. Gopel Sensors and Actuators, v.B52, p.143, 1998; Ю.Г. Власов, А.В. Легин, А.М. Рудницкая // Тезисы докладов Всероссийской конференции с международным участием «Сенсоры и микросистемы» 21-23.06.2000, с.32]. Главной составной частью этих приборов является мультисенсорная решетка - именно она определяет точность, разрешающую способность (избирательность) и временную стабильность всего прибора.By analogy with biological systems of olfaction and taste perception, approaches were formulated to create electronic analogues - devices, now known as "electronic nose" and "electronic language", used to analyze mixtures of gases and liquids, respectively [H.T. Nagle, R. Gutierrez-Osuns, S.S. Schiffman // IEEE Spectrum, v. 35, no.9, p.22, 1998; W. Gopel. Sensors and Actuatoprs, v. B52, p. 125, 1998; U. Ewimar, W. Gopel Sensors and Actuators, v. B52, p. 143, 1998; SOUTH. Vlasov, A.V. Legin, A.M. Rudnitskaya // Abstracts of the All-Russian Conference with international participation "Sensors and Microsystems" 21-23.06.2000, p.32]. The main component of these devices is the multisensor lattice - it determines the accuracy, resolution (selectivity) and temporary stability of the entire device.

В промышленных приборах «электронный нос» первого поколения, появившихся в середине 90-х годов XX века, применялись дискретные сенсоры, различающиеся как газочувствительными материалами, так и физико-техническими принципами работы. В таких приборах необходимо было предусмотреть дополнительную схему сопряжения сигналов разнотипных датчиков, а долговременные измерения газочувствительных материалов, различные для разного типа сенсоров, требовали частой перекалибровки конечных устройств. В результате этого работа прибора была нестабильна во времени.In the first-generation electronic nose industrial devices that appeared in the mid-90s of the 20th century, discrete sensors were used, which differ in both gas-sensitive materials and physical and technical principles of operation. In such devices, it was necessary to provide an additional circuit for pairing signals of different types of sensors, and long-term measurements of gas-sensitive materials, different for different types of sensors, required frequent recalibration of end devices. As a result, the operation of the device was unstable in time.

В приборах «электронный нос» второго поколения для унификации сигналов были использованы мультисенсорные системы из однотипных, в частности акустических, сенсоров, расположенных на одном чипе. В этом случае все сенсоры генерируют сигналы одного типа, и их сопряжения не требуется, а вариация свойств выходных характеристик достигается опять-таки изменением газочувствительных покрытий и/или условий работы (например, рабочих температур в диапазоне 200-500°C). Однако и здесь использование различных покрытий с отличающимся «старением» требует частой перекалибровки и даже полной замены мультисенсорной системы. В итоге возникает принципиальное противоречие: с одной стороны, чем больше сенсоров содержится в системе и чем они разнообразнее, тем более совершенна работа «электронного носа». С другой стороны, чем больше сенсоров и, следовательно, больше газочувствительных покрытий, тем менее стабильна работа всего прибора из-за старения пленок.In the second generation electronic nose devices, for the unification of signals, multisensor systems of the same type, in particular acoustic sensors, located on the same chip were used. In this case, all sensors generate signals of the same type, and their coupling is not required, and the variation of the properties of the output characteristics is achieved again by changing the gas-sensitive coatings and / or operating conditions (for example, operating temperatures in the range of 200-500 ° C). However, here, the use of various coatings with different “aging” requires frequent recalibration and even complete replacement of the multisensor system. As a result, a fundamental contradiction arises: on the one hand, the more sensors are contained in the system and the more diverse they are, the more perfect is the work of the “electronic nose”. On the other hand, the more sensors and, therefore, the more gas-sensitive coatings, the less stable the operation of the entire device due to aging films.

Возможности создания мультисенсорной системы, содержащей одновременно большое число разнообразных сенсоров и малое число используемых в них химических покрытий, посвящен ряд изобретений. В патенте США (US 4691714, Wong et al., 08.09.1987) описана решетка из акустических датчиков, предназначенная для идентификации жидкостей по их вязкости и температуре. Устройство содержит пластину с плоскопараллельными гранями, выполненную из плавленого кварца, пьезоэлектрическую пленку ZnO толщиной 6,4 мкм, расположенную на той же грани поверх металлическую пленки, и пары встречно-штыревых преобразователей (ВШП) с периодом λ=25 мкм, расположенные поверх пленки ZnO. Тестируемая жидкость наносится на противоположную грань упомянутой составной пластины. Для проведения измерений пара ВШП генерирует и принимает в пластине две акустически волны - поверхностную (ПАВ), которая распространяется по грани, не имеющей контакта с жидкостью, и объемную (ОАВ), которая распространяется вглубь пластины, отражается от грани с жидкостью и снова поступает на первую грань, где регистрируется приемным ВШП. Тем же ВШП регистрируется и поверхностная акустическая волна. Одновременное существования двух акустических волн в таком устройстве обеспечивается выбором толщины пластины h намного больше периода λ. ВШП (h/λ≈25). В устройстве описанной конструкции вязкость жидкости определяется по измерению амплитуды отраженной объемной волны, а ее температура - по изменению скорости (фазы) поверхностной акустической волны.A number of inventions are devoted to the possibilities of creating a multisensor system containing simultaneously a large number of various sensors and a small number of chemical coatings used in them. In US patent (US 4691714, Wong et al., 08/08/1987) describes an array of acoustic sensors designed to identify liquids by their viscosity and temperature. The device comprises a plate with plane-parallel faces made of fused silica, a 6.4 μm thick ZnO piezoelectric film located on the same face above a metal film, and pairs of interdigital transducers (IDT) with a period of λ = 25 μm located on top of the ZnO film . The test liquid is applied to the opposite side of the said composite plate. To carry out measurements, the IDT pair generates and receives two acoustic waves in the plate - surface (surfactant), which propagates along the face that does not come into contact with the liquid, and volumetric (SAW), which propagates deep into the plate, is reflected from the face with the liquid and again arrives at the first facet where the receiving IDT is recorded. The same IDT also records a surface acoustic wave. The simultaneous existence of two acoustic waves in such a device is ensured by the choice of the plate thickness h much longer than the period λ. IDT (h / λ≈25). In the device of the described construction, the fluid viscosity is determined by measuring the amplitude of the reflected body wave, and its temperature is determined by the change in the speed (phase) of the surface acoustic wave.

Однако, поскольку температура тестируемой жидкости может быть отлична от таковой для пластины плавленого кварца, то масса жидкости намного превышает массу всего акустического устройства с тем, чтобы равновесная температура системы устройство-жидкость была как можно ближе к исходной температуре жидкости. Чем менее «массивна» жидкость, тем хуже точность измерений и больше отличие начальной температуры жидкости от измеренной. Кроме того, так как амплитуда отраженной объемной волны зависит не только от вязкости, но и от температуры жидкости, то значение вязкости, измеренное для жидкости малого объема, также не соответствует реальному, то есть конструкция неприменима для жидкостей объемом менее 100 мкл. Наконец, из-за использования в устройстве только 2-х акустических волн число параметров, по которым производится идентификация жидкости, также ограничивается двумя, что в большинстве применений недостаточно.However, since the temperature of the test liquid may be different from that for the fused silica wafer, the mass of the liquid is much higher than the mass of the entire acoustic device so that the equilibrium temperature of the device-liquid system is as close as possible to the initial temperature of the liquid. The less "massive" the liquid, the worse the accuracy of the measurements and the greater the difference between the initial temperature of the liquid and the measured one. In addition, since the amplitude of the reflected body wave depends not only on the viscosity, but also on the temperature of the liquid, the viscosity measured for a small liquid also does not correspond to the real value, i.e. the design is not applicable for liquids with a volume of less than 100 μl. Finally, due to the use of only 2 acoustic waves in the device, the number of parameters by which the liquid is identified is also limited to two, which is not enough in most applications.

Описан многочастотный акустический датчик для анализа жидкостей и газов (US 5235235, Martin et al., 10.08.1993). Датчик включает в себя несколько пар ВШП с разными периодами, которые располагаются в одну линию и генерируют поверхностную акустическую и пластинчатые акустические волны, отличающиеся по частоте. Основываясь на различии взаимодействия акустических волн, возбуждаемых на разных частотах, к массовой, вязкостной и другим нагрузкам пластины, устройство способно идентифицировать газовую или жидкостную смесь по их нескольким параметрам. Однако использование большого числа ВШП, расположенных в линию, влечет за собой увеличение габаритов устройства и нежелательные искажения тех акустических волн, которые, распространяясь в одном направлении, проходят через большое число ВШП во внутренней части.A multi-frequency acoustic sensor for analyzing liquids and gases is described (US 5235235, Martin et al., 08/10/1993). The sensor includes several IDT pairs with different periods, which are located in one line and generate surface acoustic and lamellar acoustic waves that differ in frequency. Based on the difference in the interaction of acoustic waves excited at different frequencies with mass, viscous and other plate loads, the device is able to identify a gas or liquid mixture by several parameters. However, the use of a large number of IDTs located in a line entails an increase in the dimensions of the device and undesirable distortions of those acoustic waves that, propagating in one direction, pass through a large number of IDTs in the internal part.

Описана решетка датчиков, состоящая из пьезоэлектрической подложки и нескольких параллельно расположенных одновходовых резонаторов на ПАВ с одинаковыми ВШП в каждом резонаторе (US 5325704, Mariani et al., 05.07.1994). Направления распространения ПАВ во всех датчиках такой решетки параллельны друг другу, и, следовательно, свойства всех ПАВ, возбуждаемых в каждом датчике, идентичны. Для обеспечения требуемого различия датчиков традиционно используются различающиеся по свойствам газочувствительные покрытия. В результате различного старения покрытий существует необходимость частой перекалибровки всего устройства.A sensor array is described which consists of a piezoelectric substrate and several parallel-mounted single-input resonators on a SAW with identical IDTs in each resonator (US 5325704, Mariani et al., 05.07.1994). The directions of propagation of surfactants in all sensors of such a lattice are parallel to each other, and, therefore, the properties of all surfactants excited in each sensor are identical. To ensure the required difference in sensors, gas sensitive coatings differing in properties are traditionally used. As a result of various aging coatings, there is a need for frequent recalibration of the entire device.

Описана решетка датчиков, предназначенная для идентификации жидкости также по вязкости и температуре (US 7398685 B2, Itoh et al., 15.07.2008). Решетка состоит из пьезоэлектрической подложки и 2-х датчиков на ПАВ, ориентированных ортогонально друг к другу. Тестируемая проба наносится в область перекрытия двух ПАВ, возбуждаемых в решетке. Из-за использования ограниченного числа (двух) датчиков, такая решетка также непригодна для анализа многокомпонентных жидкостей.A sensor array is described for identifying a liquid also by viscosity and temperature (US 7398685 B2, Itoh et al., July 15, 2008). The lattice consists of a piezoelectric substrate and 2 surfactant sensors oriented orthogonally to each other. The test sample is applied to the overlap area of two surfactants excited in the lattice. Due to the use of a limited number of (two) sensors, such a lattice is also unsuitable for the analysis of multicomponent liquids.

Наиболее близким к патентуемой мультисенсорной акустической решетке является устройство на ПАВ, описанное в работе "Интегральная решетка газовых сенсоров" (V.I. Anisimkin, R.G. Kryshtal, A.V. Medved, E. Verona, V.E. Zemlyakov "Integrated array of gas sensors" // Electronics Letters, v.34, no.13, p.1360-1361, 1998 - ближайший аналог). Устройство содержит подложку из пьезоэлектрического монокристалла, на рабочей поверхности которой размещены четыре пары ВШП, расположенные по кругу с общим центром, под определенными углами к кристаллографической оси. Единственная пленка газочувствительного адсорбента размещена в центре круга. Периоды λ всех ВШП одинаковы и намного меньше толщины h подложки. Каждая пара ВШП возбуждает одну ПАВ и образует только один газовый датчик, отклик которого зависит как от изменения физических параметров пленки под действием тестируемого газа (одинакового для всех датчиков), так и от свойств ПАВ. Различие между откликами датчиков в такой конструкции обеспечивается анизотропией 4-х зондирующих волн, по-разному «считывающих» изменения одних и тех же свойств пленки при адсорбции.Closest to the patented multisensor acoustic array is a SAW device described in the work "Integrated array of gas sensors" (VI Anisimkin, RG Kryshtal, AV Medved, E. Verona, VE Zemlyakov "Integrated array of gas sensors" // Electronics Letters, v .34, no.13, p.1360-1361, 1998 - the closest analogue). The device comprises a substrate of a piezoelectric single crystal, on the working surface of which there are four pairs of IDTs arranged in a circle with a common center, at certain angles to the crystallographic axis. The only gas-sensitive adsorbent film is located in the center of the circle. The periods λ of all IDTs are the same and much smaller than the thickness h of the substrate. Each IDT pair excites one surfactant and forms only one gas sensor, the response of which depends both on the change in the physical parameters of the film under the action of the test gas (the same for all sensors) and on the properties of the surfactant. The difference between the responses of the sensors in this design is ensured by the anisotropy of the 4 probe waves, which differently “read” the changes in the same film properties during adsorption.

Однако ближайшему аналогу свойственны недостатки: его использование ограничено газообразными аналитами, т.к. при контакте с жидкостью ПАВ полностью затухают; максимальное число датчиков ограничено - оно равно числу возбуждаемых волн, по одной в каждом акустическом канале.However, the closest analogue has its drawbacks: its use is limited to gaseous analytes, because upon contact with the liquid, the surfactants completely decay; the maximum number of sensors is limited - it is equal to the number of excited waves, one in each acoustic channel.

Настоящее изобретение направлено на создание мультисенсорной системы для анализа жидких и газообразных сред, которая содержит одновременно и большое число различных сенсоров и малое число используемых химических покрытий.The present invention is directed to a multi-sensor system for analyzing liquid and gaseous media, which simultaneously contains a large number of different sensors and a small number of chemical coatings used.

Патентуемая мультисенсорная акустическая решетка содержит плоскопараллельную пластину из пьезоэлектрического кристалла, имеющую кристаллографическую ось, лежащую в плоскости пластины и проходящую через условный центр пластины, которая имеет рабочую и тыльную стороны. ВШП размещены симметрично парами на рабочей стороне пластины с образованием совокупности акустических каналов, направления распространения акустических волн в которых пересекаются в условном центре пластины, имеется зона вокруг условного центра в форме круга для пробы,The patented multisensor acoustic array contains a plane-parallel plate of a piezoelectric crystal having a crystallographic axis lying in the plane of the plate and passing through the conditional center of the plate, which has a working and back sides. IDTs are placed symmetrically in pairs on the working side of the plate with the formation of a set of acoustic channels, the directions of propagation of acoustic waves in which intersect at the conditional center of the plate, there is a zone around the conditional center in the form of a circle for the sample,

Отличие патентуемой решетки состоит в том, что акустические каналы выполнены с возможностью возбуждения в пластине семейства пластинчатых мод колебаний с длиной волны меньшей или равной толщины пластины, при этом ВШП в разных акустических каналах имеют различающиеся значения периода штырей и/или углов между упомянутой кристаллографической осью пластины и упомянутыми направлениями распространения акустических волн.The difference of the patented lattice is that the acoustic channels are capable of exciting in the plate a family of plate-like modes of oscillation with a wavelength of less than or equal to the thickness of the plate, while IDTs in different acoustic channels have different values of the period of the pins and / or angles between the crystallographic axis of the plate and the mentioned directions of propagation of acoustic waves.

Решетка может характеризоваться тем, что пластинчатые моды колебаний включают линейно-поляризованные акустические моды квазипродольной и квазивертикальной поляризации, а также тем, что число пар штырей встречно-штыревых преобразователей в единичном акустическом канале удовлетворяет условию частотного разрешения соседних мод колебаний с близкими скоростями: (vn+1-vn)/vn≤0,01, где vn; vn+1 - скорости распространения мод колебаний n и n+1 порядков соответственно.The lattice can be characterized by the fact that plate modes of vibration include linearly polarized acoustic modes of quasi-longitudinal and quasi-vertical polarization, and also by the fact that the number of pairs of pins of interdigital transducers in a single acoustic channel satisfies the condition of frequency resolution of neighboring vibration modes with close velocities: (v n +1 -v n ) / v n ≤0.01, where v n ; v n + 1 are the propagation velocities of vibration modes of n and n + 1 orders of magnitude, respectively.

Решетка может характеризоваться и тем, что в центре рабочей стороны пластины в зоне вокруг условного центра размещена пленка вещества, чувствительного к составу газовой пробы, а также тем, что в центре тыльной стороны пластины в зоне вокруг условного центра размещена пленка вещества, чувствительного к составу газовой и/или жидкостной пробы.The lattice can be characterized by the fact that in the center of the working side of the plate in the area around the conditional center there is a film of a substance sensitive to the composition of the gas sample, and also in the fact that in the center of the back side of the plate in the area around the conditional center there is a film of a substance sensitive to the composition of the gas sample and / or liquid sample.

Решетка может характеризоваться и тем, что пластина выполнена из ST-кварца и имеет толщину h=500 мкм, а также тем, что пластина выполнена из пьезоэлектрического кристалла 128°Y-LiNbO3 и имеет толщину h=500 мкм.The lattice can be characterized by the fact that the plate is made of ST-quartz and has a thickness h = 500 μm, as well as the fact that the plate is made of a 128 ° Y-LiNbO 3 piezoelectric crystal and has a thickness h = 500 μm.

Решетка может характеризоваться и тем, что пластина выполнена из пьезоэлектрического кристалла 128°Y-LiNbO3 в форме диска толщиной h=500 мкм, ВШП расположены вокруг условного центра диска на трех концентрических окружностях под углами Θ1=0°; Θ2=30°; Θ3=60° и Θ4=90° к кристаллографической оси X упомянутого кристалла, а периоды преобразователей от периферии к центру уменьшаются и составляют 500 мкм, 300 мкм и 200 мкм.The lattice can be characterized by the fact that the plate is made of a 128 ° Y-LiNbO 3 piezoelectric crystal in the form of a disk with a thickness of h = 500 μm, IDTs are located around the conditional center of the disk on three concentric circles at angles Θ 1 = 0 °; Θ 2 = 30 °; Θ 3 = 60 ° and Θ 4 = 90 ° to the crystallographic axis X of the said crystal, and the periods of the transducers from the periphery to the center decrease and amount to 500 μm, 300 μm, and 200 μm.

Технический результат - повышение избирательности за счет значительного (более чем на порядок) увеличения числа датчиков и применимость как для газов, так и для жидкостей.The technical result is an increase in selectivity due to a significant (more than an order of magnitude) increase in the number of sensors and applicability for both gases and liquids.

В основе изобретения лежат известные положения и экспериментальные факты, установленные самим заявителем.The invention is based on well-known provisions and experimental facts established by the applicant himself.

Известно [И.А. Викторов. Физические основы применения ультразвуковых волн Рэлея и Лэмба в технике. М.: Наука. 1966; B.A. Auld, Acoustic Fields and Waves, New York-London-Sydney-Toronto: Wiley-Interscience Publication, 1973, vol.2], что в твердотельных пластинах со свободными плоскопараллельными поверхностями и с толщиной порядка длины акустической волны может существовать семейство акустических волн (акустические пластинчатые моды), отличающихся друг от друга поляризацией и скоростями распространения. Для изотропных пластин такие моды поляризованы либо строго параллельно (моды SH), либо строго перпендикулярно (моды Лэмба) этим поверхностям. В анизотропных пластинах поляризация мод обычно имеет более сложный характер и в общем случае представляет собой эллипс, плоскость которого наклонена как к поверхности пластины, так и к направлению распространения волны.It is known [I.A. Victorov. Physical fundamentals of the application of Rayleigh and Lamb ultrasonic waves in technology. M .: Science. 1966; B.A. Auld, Acoustic Fields and Waves, New York-London-Sydney-Toronto: Wiley-Interscience Publication, 1973, vol.2], that in solid-state plates with free plane-parallel surfaces and with a thickness of the order of the length of the acoustic wave, a family of acoustic waves (acoustic plate modes) differing in polarization and propagation velocities. For isotropic plates, such modes are polarized either strictly parallel (SH modes) or strictly perpendicular (Lamb modes) to these surfaces. In anisotropic plates, mode polarization is usually more complex and in the general case is an ellipse whose plane is inclined both to the plate surface and to the direction of wave propagation.

Заявителями показано, что наряду с известными модами в пластинах анизотропных материалов могут существовать также линейно-поляризованные акустические моды квазипродольной QL и квазивертикальной QSV поляризации [Ivan V. Anisimkin "New type of an acoustic plate modes: quasi-longitudinal normal wave," Ultrasonics, vol.42, no.10, p.1095-1099, 2004; V.I. Anisimkin "New acoustic plate modes with quasi-linear polarizations", IEEE Trans. on Ultrason., Ferroelect., Freq. Contr., vol.59, no.10, p.2363-2367, 2012], которые существенно расширяют разнообразие пластинчатых мод, а также их применимость для практических устройств. Так, в отличие от ранее известных новые пластинчатые моды могут использоваться для анализа как газов, так и жидкостей [I.V. Anisimkin and V.I. Anisimkin, "Attenuation of acoustic normal modes in piezoelectric plates loaded by viscous liquids", IEEE Trans. on Ultrason, Ferroelect., Freq. Contr., vol.53, no.8, p.1487-1492, 2006].Applicants have shown that, along with well-known modes in plates of anisotropic materials, there can also exist linearly polarized acoustic modes of quasi-longitudinal QL and quasi-vertical QSV polarization [Ivan V. Anisimkin "New type of an acoustic plate modes: quasi-longitudinal normal wave," Ultrasonics, vol .42, no.10, p.1095-1099, 2004; V.I. Anisimkin "New acoustic plate modes with quasi-linear polarizations", IEEE Trans. on Ultrason., Ferroelect., Freq. Contr., Vol. 59, no.10, p.2363-2367, 2012], which significantly expand the variety of plate modes, as well as their applicability to practical devices. So, in contrast to the previously known, new plate modes can be used to analyze both gases and liquids [I.V. Anisimkin and V.I. Anisimkin, "Attenuation of acoustic normal modes in piezoelectric plates loaded by viscous liquids", IEEE Trans. on Ultrason, Ferroelect., Freq. Contr., Vol. 53, no.8, p.1487-1492, 2006].

Эти моды могут обладать аномально высоким коэффициентом электромеханической связи [V.I. Anisimkin and N.V. Voronova "Acoustic properties of the film/plate layered structure", IEEE Trans. on Ultrason, Ferroelect., Freq. Contr., vol.58, no.3, p.578-584, 2011; В.И. Анисимкин, Н.В. Воронова, и др. Структура акустических мод в пьезоэлектрических пластинах со свободными и металлизированными поверхностями // Радиотехника и Электроника, т.57, №7, с.808-812, 2012] и аномально большим углом отклонения потока энергии [V.I. Anisimkin, I.I. Pyataikin, and N.V. Voronova, "Propagation of the Anisimkin Jr.' and Quasi-Longitudinal Acoustic Plate Modes in Low Symmetry Crystals of "Arbitrary" Orientation", IEEE Trans. Ultrason, Ferroelect., Freq. Contr., vol.59, p.806-810, April 2012]. Область существования новых мод не ограничивается кристаллами и направлениями с высокой степенью симметрии [V.I. Anisimkin, "General properties of the Anisimkin Jr. plate modes", IEEE Trans. on Ultrason, Ferroelect., Freq. Contr., vol.57, no.9, p.2028-2034, 2010; V.I. Anisimkin, I.I. Pyataikin, and N.V. Voronova, "Propagation of the Anisimkin Jr.' and Quasi-Longitudinal Acoustic Plate Modes in Low Symmetry Crystals of "Arbitrary" Orientation", IEEE Trans. Ultrason, Ferroelect., Freq. Contr., vol.59, p.806-810, April 2012], что характерно для ранее известных мод Лэмба и SH.These modes may have an abnormally high coefficient of electromechanical coupling [V.I. Anisimkin and N.V. Voronova "Acoustic properties of the film / plate layered structure", IEEE Trans. on Ultrason, Ferroelect., Freq. Contr., Vol. 58, no.3, p. 578-584, 2011; IN AND. Anisimkin, N.V. Voronova et al. The structure of acoustic modes in piezoelectric plates with free and metallized surfaces // Radio Engineering and Electronics, vol. 57, No. 7, p. 808-812, 2012] and an anomalously large angle of deviation of the energy flux [V.I. Anisimkin, I.I. Pyataikin, and N.V. Voronova, 'Propagation of the Anisimkin Jr.' and Quasi-Longitudinal Acoustic Plate Modes in Low Symmetry Crystals of "Arbitrary" Orientation ", IEEE Trans. Ultrason, Ferroelect., Freq. Contr., Vol. 59, p. 806-810, April 2012]. The region of existence of new modes is not limited to crystals and directions with a high degree of symmetry [V.I. Anisimkin, "General properties of the Anisimkin Jr. plate modes", IEEE Trans. on Ultrason, Ferroelect., Freq. Contr., Vol. 57, no.9, p.2028-2034, 2010; V.I. Anisimkin, I.I. Pyataikin, and N.V. Voronova, 'Propagation of the Anisimkin Jr.' and Quasi-Longitudinal Acoustic Plate Modes in Low Symmetry Crystals of "Arbitrary" Orientation ", IEEE Trans. Ultrason, Ferroelect., Freq. Contr., Vol. 59, p.806-810, April 2012], which is characteristic of the previously known modes of Lamb and SH.

Существо изобретения поясняется на чертежах, где на:The invention is illustrated in the drawings, where:

фиг.1 показана топология функциональных зон подложки для формирования мультисенсорной акустической решетки;figure 1 shows the topology of the functional areas of the substrate for the formation of a multisensor acoustic array;

фиг.2 - конструкция мультисенсорной акустической решетки, использующей совокупность пар ВШП;figure 2 - design of a multisensor acoustic array using a set of IDT pairs;

фиг.3 укрупненно показана конструкция единичного ВШП из пары;figure 3 enlarged shows the design of a single IDT of a pair;

фиг.4 - конструкция простейшей мультисенсорной акустической решетки с двумя парами ВШП на подложке из ST-кварца;figure 4 - design of a simple multisensor acoustic array with two pairs of IDT on a substrate of ST-quartz;

фиг.5 - амплитудно-частотные характеристики акустических пластинчатых мод, возбуждаемых в мультисенсорной решетке фиг.4;figure 5 - amplitude-frequency characteristics of the acoustic plate modes excited in the multisensor lattice of figure 4;

фиг.6, 7 - относительное изменение фазы («отклик») на температуру t относительную влажность RH акустических пластинчатых мод различной квазипродольной QL и квазивертикальной QSV поляризации соответственно;6, 7 - relative phase change ("response") to temperature t relative humidity RH of the acoustic plate modes of different quasi-longitudinal QL and quasi-vertical QSV polarization, respectively;

фиг.8 - фотография экспериментального образца мультисенсорной акустической решетки, выполненной на подложке из 128°Y-LiNbO3; для сравнения - монета достоинством 1 рубль;Fig. 8 is a photograph of an experimental sample of a multisensor acoustic array made on a substrate of 128 ° Y-LiNbO 3 ; for comparison - a coin of 1 ruble denomination;

фиг.9-12 - амплитудно-частотные характеристики акустических пластинчатых мод, возбуждаемых в конструкции образца, показанного на фиг.8.Fig.9-12 - the amplitude-frequency characteristics of the acoustic plate modes excited in the design of the sample shown in Fig.8.

На фиг.1-3 показаны топологии и конструкция мультисенсорной акустической решетки, использующей несколько пар ВШП, а также укрупненно конструкция единичного ВШП.Figure 1-3 shows the topology and design of a multisensor acoustic array using several pairs of IDT, as well as an enlarged design of a single IDT.

Мультисенсорная акустическая решетка выполнена на подложке 1 из пьезоэлектрического кристалла в форме плоскопараллельной пластины, имеющей опорную площадку 2, которая задает кристаллофизическую ось 3, относительно которой и строится дальнейшая топология решетки. Подложка 1 имеет центральную часть 4, зону 5, где размещаются пары электроакустических ВШП, образующих акустические каналы, и центральную часть 6 в форме круга вокруг указанного условного центра 61, куда может помещаться чувствительная пленка. Подложка 1 характеризуется толщиной h, имеет рабочую 71 и тыльную 72 стороны. Акустические каналы выполнены с возможностью возбуждения в каждом из них семейства пластинчатых мод колебаний n-х порядков с длиной волны λ, меньшей или равной толщины h пластины (λ≤h).The multi-sensor acoustic lattice is made on a substrate 1 of a piezoelectric crystal in the form of a plane-parallel plate having a supporting platform 2, which defines the crystallophysical axis 3, with respect to which a further lattice topology is constructed. The substrate 1 has a central part 4, zone 5, where pairs of electro-acoustic IDTs forming acoustic channels are located, and a central part 6 in the form of a circle around the indicated conditional center 61, where sensitive film can be placed. The substrate 1 is characterized by a thickness h, has a working 71 and a back 72 sides. Acoustic channels are configured to excite in each of them a family of plate modes of oscillations of n orders of magnitude with a wavelength λ less than or equal to the thickness h of the plate (λ≤h).

В зоне 5 на рабочей 71 стороне подложки 1 образованы акустические каналы для возбуждения и приема акустических колебаний. Каналы, как схематично показано на фиг.2, образованы парами ВШП 8.1, 8.2, 8.3…8.8, а всего на поверхности подложки их может содержаться К, причем число «К» пар ВШП может достигать порядка 100 и определяться лишь технологическими возможностями и практической целесообразностью.In zone 5, on the working 71 side of the substrate 1, acoustic channels are formed to excite and receive acoustic vibrations. The channels, as schematically shown in figure 2, are formed by IDT pairs 8.1, 8.2, 8.3 ... 8.8, and in total they can contain K on the substrate surface, and the number “ID” of IDT pairs can reach about 100 and can only be determined by technological capabilities and practicality .

Каждая пара ВШП, состоящая из двух идентичных ВШП, размещена на прямых линиях, проходящих через условный центр 61, и сами единичные пары ВШП находятся соответственно на равных расстояниях от условного центра 61. Так, для пояснения показано, что ВШП пары 8.1 расположены на прямой линии 9.1, а ВШП пары 8.7 на прямой линии 9.7. При этом каналы развернуты относительно кристаллофизической оси 3 (например, X) на углы Θ, то есть осевая линия 9.К каждой пары размещена под индивидуальным углом Θ. Однако возможен случай (как показано на фиг.8), когда несколько пар ВШП размещены на одной прямой, т.е. имеют одинаковый угол Θ.Each IDT pair, consisting of two identical IDTs, is located on straight lines passing through the conditional center 61, and the individual IDT pairs themselves are respectively at equal distances from the conditional center 61. So, for explanation, it is shown that IDT pair 8.1 is located on a straight line 9.1, and IDT pair 8.7 on a straight line 9.7. In this case, the channels are deployed relative to the crystallophysical axis 3 (for example, X) at angles то, that is, the axial line 9. To each pair is placed at an individual angle Θ. However, a case is possible (as shown in Fig. 8) when several IDT pairs are placed on one straight line, i.e. have the same angle Θ.

На фиг.3 показана структура единичного преобразователя. ВШП образованы контактными площадками 8.01, связанными с прямолинейными встречно-размещенными штырями 8.02, имеют период λ и апертуру w. Направление излучения/приема показано стрелками 8.03. Число штырей 8.02 пары встречно-штыревых преобразователей в единичном акустическом канале удовлетворяет условию частотного разрешения соседних мод колебаний с близкими скоростями: (vn+1-vn):vn≤0,01, где vn; vn+1 - скорости распространения мод колебаний n и n+1 порядков соответственно.Figure 3 shows the structure of a single Converter. The IDTs are formed by the contact pads 8.01, connected with the straight, opposed-placed pins 8.02, have a period λ and an aperture w. The direction of emission / reception is shown by arrows 8.03. The number of pins 8.02 of a pair of interdigital transducers in a single acoustic channel satisfies the condition for the frequency resolution of neighboring modes of oscillations with close speeds: (v n + 1 -v n ): v n ≤0.01, where v n ; v n + 1 are the propagation velocities of vibration modes of n and n + 1 orders of magnitude, respectively.

Характеристики ВШП в соответствии с патентуемым изобретением выбраны из условия возбуждения в пьезоэлектрической подложке 1 акустических пластинчатых мод (периоды ВШП λ≤h) и частотного разрешения соседних мод колебаний с близкими скоростями vn и частотами fn=vn/λ. (число пар штырей ВШП ≥100 для выполнения условия (vn+1-vn):vn≤0,01, где vn; vn+1 - скорости распространения мод колебаний n и n+1 порядков соответственно).The IDT characteristics in accordance with the patented invention are selected from the condition of excitation in the piezoelectric substrate 1 of acoustic plate modes (IDT periods λ≤h) and the frequency resolution of neighboring modes of oscillations with close velocities v n and frequencies f n = v n / λ. (the number of IDT pin pairs ≥100 for fulfilling the condition (v n + 1 -v n ): v n ≤0.01, where v n ; v n + 1 are the propagation velocities of the vibration modes of orders n and n + 1, respectively).

Примеры демонстрируют частные реализации мультисенсорной акустической решетки и полученные характеристики.The examples demonstrate particular implementations of the multisensor acoustic array and the obtained characteristics.

На фиг.4 приведена конструкция простейшей мультисенсорной акустической решетки, состоящей из пьезоэлектрической подложки 100 из ST-кварца (углы Эйлера 0°; 132,75°; Θ, где Θ отсчитывается от оси X) толщиной h=500 мкм и двух пар ВШП 8.001 и 8.002, образующих два акустических канала. Ориентация ВШП относительно краев подложки 100 (кристаллографической оси X, стрелка) составляет Θ1=0° и Θ2=90°. Периоды пар ВШП равны между собой и составляют λ12=300 мкм. Число датчиков в решетке, равное числу возбужденных мод, составляет 36, по 18 для каждой пары ВШП.Figure 4 shows the construction of a simple multisensor acoustic array consisting of a piezoelectric substrate 100 made of ST quartz (Euler angles 0 °; 132.75 °; Θ, where Θ is measured from the X axis) with a thickness of h = 500 μm and two pairs of IDT 8.001 and 8.002, forming two acoustic channels. The IDT orientation relative to the edges of the substrate 100 (crystallographic axis X, arrow) is Θ 1 = 0 ° and Θ 2 = 90 °. The periods of IDT pairs are equal and are λ 1 = λ 2 = 300 μm. The number of sensors in the array, equal to the number of excited modes, is 36, 18 for each IDT pair.

Амплитудно-частотные характеристики акустических пластинчатых мод, возбуждаемых в мультисенсорной акустической решетке (фиг.5) вдоль оси X(Θ=0°), показаны на фиг.5. Характеристики определены с помощью анализатора четырехполюсников типа HP 8753ES. Пики слева направо отвечают соответственно двум модам с квази-сдвиго-вертикальной поляризацией QSV (fQSV-1=10.28 МГц, fQSV-2=11.66 МГц), моде с квази-сдвиго-горизонтальной поляризацией QSH (fQSH=17.358 МГц) и моде с квазипродольной поляризацией QL (fQL=28.714 МГц, метка 1).The amplitude-frequency characteristics of acoustic plate modes excited in a multisensor acoustic array (Fig. 5) along the X axis (Θ = 0 °) are shown in Fig. 5. Characteristics are determined using an HP 8753ES four-port analyzer. Peaks from left to right correspond respectively to two modes with quasi-shift-vertical polarization QSV (f QSV-1 = 10.28 MHz, f QSV-2 = 11.66 MHz), a mode with quasi-shift-horizontal polarization QSH (f QSH = 17.358 MHz) and mode with quasi-longitudinal polarization QL (f QL = 28.714 MHz, label 1).

Пример различной чувствительности возбуждаемых мод к одинаковым внешним воздействиям показан на фиг.6, 7. На фиг.6 представлено относительное изменение фазы («отклик») акустической пластинчатой моды QSV-1 на температуру t и относительную влажность RH, а на фиг.7 - то же для пластинчатой моды QL. Видно, что для моды QSV-1 «отклики» на температуру и влажность при RH<80% имеют сравнимую величину, тогда как для моды QL - температурный «отклик» намного больше «влажностного».An example of different sensitivity of the excited modes to the same external influences is shown in Fig.6, 7. Fig.6 shows the relative phase change ("response") of the acoustic plate mode QSV-1 to temperature t and relative humidity RH, and Fig.7 - same for QL plate mode. It is seen that for the QSV-1 mode, the “responses” to temperature and humidity at RH <80% have a comparable value, while for the QL mode, the temperature “response” is much larger than the “humidity” one.

На фиг.8 приведена фотография экспериментального образца другой мультисенсорной акустической решетки, выполненной на пьезоэлектрическом кристалле 128°Y-LiNbO3 (углы Эйлера 0°, 37.86°, Θ, где Θ отсчитывается от оси X) толщиной h=500 мкм и 12 пар ВШП, образующих 12 акустических каналов. Ориентация пар ВШП относительно края подложки (кристаллографической оси X) составляет: Θ1=0°, Θ2=30°, Θ3=60° и Θ4=90°. Периоды ВШП, равноудаленных от общего центра 61, одинаковы. Периоды же ВШП, удаленных от этого центра 61 по-разному, различны. Так, ВШП 10.1, 11.1, 12.1 и 13.1, находящиеся на периферии пластины, имеют период λ1=500 мкм. ВШП 10.2…13.2, находящихся ближе к центру 61, λ2=300 мкм. Наконец, для ВШП 10.3…13.3, находящихся наиболее близко к центру 61, λ3=200 мкм.Figure 8 shows a photograph of an experimental sample of another multisensor acoustic array made on a 128 ° Y-LiNbO 3 piezoelectric crystal (Euler angles 0 °, 37.86 °, Θ, where Θ is measured from the X axis) with a thickness of h = 500 μm and 12 IDT pairs forming 12 acoustic channels. The orientation of the IDT pairs relative to the edge of the substrate (crystallographic axis X) is: Θ 1 = 0 °, Θ 2 = 30 °, Θ 3 = 60 ° and Θ 4 = 90 °. The periods of IDT equidistant from the common center 61 are the same. The periods of IDT, remote from this center 61 in different ways, are different. So, IDT 10.1, 11.1, 12.1 and 13.1, located on the periphery of the plate, have a period of λ 1 = 500 μm. IDT 10.2 ... 13.2, located closer to the center 61, λ 2 = 300 microns. Finally, for IDT 10.3 ... 13.3 located closest to center 61, λ 3 = 200 μm.

В качестве примера на фиг.9-12 показаны амплитудно-частотные характеристики акустических пластинчатых мод, возбуждаемых в мультисенсорной решетке с помощью ВШП с λ1=500 мкм (ВШП 10.1, 11.1, 12.1 и 13.1). Число мод, возбуждаемых этими ВШП, составляет около 40. Общее число датчиков (возбужденных мод) во всей решетке приблизительно равно 120.As an example, FIGS. 9-12 show the amplitude-frequency characteristics of acoustic plate modes excited in a multisensor array using IDT with λ 1 = 500 μm (IDT 10.1, 11.1, 12.1 and 13.1). The number of modes excited by these IDTs is about 40. The total number of sensors (excited modes) in the entire lattice is approximately 120.

Следует отметить, что применимость патентуемой конструкции как для газов, так и для жидкостей базируется на малом поглощении большинства акустических пластинчатых мод при контакте пьезоэлектрической пластины и с газом, и с жидкостью (в отличие от полного исчезновения ПАВ в присутствии жидкостей).It should be noted that the applicability of the patented design for both gases and liquids is based on the low absorption of most acoustic plate modes upon contact of the piezoelectric plate with both gas and liquid (in contrast to the complete disappearance of surfactants in the presence of liquids).

Для повышения чувствительности всех акустических датчиков в зоне пробы может располагаться специальная адсорбционная пленка. Пленка может наноситься как на рабочую 71, так и на тыльную 72 стороны пластины, причем во втором случае - даже на всю тыльную сторону.To increase the sensitivity of all acoustic sensors, a special adsorption film can be placed in the sample zone. The film can be applied both on the working 71 and on the back 72 of the plate, and in the second case - even on the entire back side.

Работа устройства поясняется на примере конструкции, показанной на фиг.8. Изначально при отсутствии пробы производится измерение фаз (по типу показанных на фиг.7), амплитуд и частот (по типу показанных на фиг.9-12) всех возбужденных в решетке акустических пластинчатых мод. Затем тестируемая проба (газ, жидкость) наносится в зону вокруг условного центра 61 и проводятся повторные измерения фазы, амплитуды и частоты тех же мод. Величины изменений указанных измеренных параметров либо непосредственно служат характеристикой пробы, либо могут подвергаться специальной математической обработке, которая позволяет вычислить такую характеристику пробы [H.T. Nagle, R. Gutierrez-Osuns, S.S. Schiffman //IEEE Spectrum, v.35, no.9, p.22, 1998; W. Gopel. Sensors and Actuators, v.B52, p.125, 1998; U. Ewimar, W. Gopel. Sensors and Actuators, v.B52, p.143, 1998].The operation of the device is illustrated by the example of the structure shown in Fig. 8. Initially, in the absence of a sample, the phases (as shown in Fig. 7), amplitudes and frequencies (as shown in Figs. 9-12) of all acoustic plate modes excited in the array are measured. Then the test sample (gas, liquid) is applied to the zone around the conditional center 61 and repeated measurements of the phase, amplitude and frequency of the same modes are carried out. The magnitude of the changes in these measured parameters either directly serve as a characteristic of the sample, or can be subjected to special mathematical processing, which allows you to calculate this characteristic of the sample [H.T. Nagle, R. Gutierrez-Osuns, S.S. Schiffman // IEEE Spectrum, v. 35, no.9, p.22, 1998; W. Gopel. Sensors and Actuators, v. B52, p. 125, 1998; U. Ewimar, W. Gopel. Sensors and Actuators, v. B52, p. 143, 1998].

Таким образом, приведенные примеры реализации патентуемой конструкции для систем «электронный нос» (анализ газов) и «электронный язык» (анализ жидкостей) обосновывают достижение технического результата, а именно повышение избирательности за счет значительного (более чем на порядок) увеличения числа датчиков и применимость как для газов, так и для жидкостей.Thus, the given examples of the implementation of the patented design for the electronic nose (gas analysis) and electronic language (fluid analysis) systems substantiate the achievement of the technical result, namely, increased selectivity due to a significant (more than an order of magnitude) increase in the number of sensors and applicability both for gases and for liquids.

Claims (8)

1. Мультисенсорная акустическая решетка, содержащая плоскопараллельную пластину из пьезоэлектрического кристалла, имеющую кристаллографическую ось, лежащую в плоскости пластины и проходящую через условный центр пластины, имеющей рабочую и тыльную стороны, электроакустические встречно-штыревые преобразователи (ВШП), размещенные симметрично парами на рабочей стороне пластины с образованием совокупности акустических каналов, направления распространения акустических волн в которых пересекаются в условном центре пластины, и зону вокруг условного центра в форме круга для пробы,
отличающаяся тем, что
акустические каналы выполнены с возможностью возбуждения в пластине семейства пластинчатых мод колебаний с длиной волны, меньшей или равной толщине пластины, при этом ВШП в разных акустических каналах имеют различающиеся значения периода штырей и/или углов между упомянутой кристаллографической осью пластины и упомянутыми направлениями распространения акустических волн.
1. A multisensor acoustic array containing a plane-parallel plate of a piezoelectric crystal having a crystallographic axis lying in the plane of the plate and passing through the conditional center of the plate having a working and back sides, electroacoustic interdigital transducers (IDTs) placed symmetrically in pairs on the working side of the plate with the formation of a set of acoustic channels, the directions of propagation of acoustic waves in which intersect at the conditional center of the plate, and the zone around g conditional center in the form of a circle for the sample,
characterized in that
the acoustic channels are capable of exciting in the plate a family of plate-like modes of oscillation with a wavelength less than or equal to the thickness of the plate, while IDTs in different acoustic channels have different values of the period of the pins and / or angles between the crystallographic axis of the plate and the mentioned directions of propagation of acoustic waves.
2. Решетка по п.1, отличающаяся тем, что пластинчатые моды колебаний включают линейно-поляризованные акустические моды квазипродольной и квазивертикальной поляризации.2. The lattice according to claim 1, characterized in that the plate-like modes of vibration include linearly polarized acoustic modes of quasi-longitudinal and quasi-vertical polarization. 3. Решетка по п.1, отличающаяся тем, что число пар штырей ВШП в единичном акустическом канале удовлетворяет условию частотного разрешения соседних мод колебаний с близкими скоростями:
(vn+1-vn):vn меньше или равно 0,01,
где vn; vn+1 - скорости распространения мод колебаний n и n+1 порядков соответственно.
3. The lattice according to claim 1, characterized in that the number of pairs of IDT pins in a single acoustic channel satisfies the condition of frequency resolution of neighboring modes of oscillations with close speeds:
(v n + 1 -v n ): v n is less than or equal to 0.01,
where v n ; v n + 1 are the propagation velocities of vibration modes of n and n + 1 orders of magnitude, respectively.
4. Решетка по п.1, отличающаяся тем, что в центре рабочей стороны пластины в зоне вокруг условного центра размещена пленка вещества, чувствительного к составу газовой пробы.4. The lattice according to claim 1, characterized in that in the center of the working side of the plate in the area around the conditional center there is a film of a substance sensitive to the composition of the gas sample. 5. Решетка по п.1, отличающаяся тем, что в центре тыльной стороны пластины в зоне вокруг условного центра размещена пленка вещества, чувствительного к составу газовой и/или жидкостной пробы.5. The lattice according to claim 1, characterized in that in the center of the back of the plate in the area around the conditional center is a film of a substance that is sensitive to the composition of a gas and / or liquid sample. 6. Решетка по п.1, отличающаяся тем, что пластина выполнена из кристалла ST-кварца и имеет толщину 500 мкм.6. The lattice according to claim 1, characterized in that the plate is made of ST-quartz crystal and has a thickness of 500 μm. 7. Решетка по п.1, отличающаяся тем, что пластина выполнена из кристалла 128°Y-LiNbO3 и имеет толщину 500 мкм.7. The lattice according to claim 1, characterized in that the plate is made of 128 ° Y-LiNbO 3 crystal and has a thickness of 500 μm. 8. Решетка по п.1, отличающаяся тем, что пластина выполнена из кристалла 128°Y-LiNbO3 в форме диска толщиной 500 мкм, ВШП расположены вокруг условного центра диска на трех концентрических окружностях под углами Θ1=0°, Θ2=30°, Θ3=60° и Θ4=90° к кристаллографической оси X упомянутого кристалла, а периоды ВШП от периферии к центру уменьшаются и составляют 500 мкм, 300 мкм и 200 мкм. 8. The lattice according to claim 1, characterized in that the plate is made of a 128 ° Y-LiNbO 3 crystal in the form of a disk 500 μm thick, IDTs are located around the conditional center of the disk on three concentric circles at angles Θ 1 = 0 °, Θ 2 = 30 °, Θ 3 = 60 ° and Θ 4 = 90 ° to the crystallographic axis X of the mentioned crystal, and the IDT periods from the periphery to the center decrease and amount to 500 μm, 300 μm and 200 μm.
RU2013137193/08A 2013-08-08 2013-08-08 Multiplexer acoustic array for "electronic nose" and "electronic tongue" analytical instruments RU2533692C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013137193/08A RU2533692C1 (en) 2013-08-08 2013-08-08 Multiplexer acoustic array for "electronic nose" and "electronic tongue" analytical instruments

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013137193/08A RU2533692C1 (en) 2013-08-08 2013-08-08 Multiplexer acoustic array for "electronic nose" and "electronic tongue" analytical instruments

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2533692C1 true RU2533692C1 (en) 2014-11-20

Family

ID=53382793

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013137193/08A RU2533692C1 (en) 2013-08-08 2013-08-08 Multiplexer acoustic array for "electronic nose" and "electronic tongue" analytical instruments

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2533692C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2649217C1 (en) * 2017-03-24 2018-03-30 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук Hybrid acoustic sensor of the electronic nose and electronic tongue system
RU2712723C1 (en) * 2019-07-02 2020-01-31 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук Acoustic multichannel analyzer of micro samples of liquid media

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5325704A (en) * 1993-11-22 1994-07-05 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Surface acoustic wave (SAW) chemical multi-sensor array
RU2082959C1 (en) * 1991-07-08 1997-06-27 Опытное конструкторское бюро "Павика" Device for determining concentration of aerosol in gases
RU2362980C1 (en) * 2008-01-09 2009-07-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Омский научно-исследовательский институт приборостроения" Device to measure temperature
RU2393467C2 (en) * 2007-09-18 2010-06-27 Индастриал Текнолоджи Ресерч Институт Acoustic device for determining viscosity and temperature of liquid in one region of liquid sample and measurement technique using said device

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2082959C1 (en) * 1991-07-08 1997-06-27 Опытное конструкторское бюро "Павика" Device for determining concentration of aerosol in gases
US5325704A (en) * 1993-11-22 1994-07-05 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Surface acoustic wave (SAW) chemical multi-sensor array
RU2393467C2 (en) * 2007-09-18 2010-06-27 Индастриал Текнолоджи Ресерч Институт Acoustic device for determining viscosity and temperature of liquid in one region of liquid sample and measurement technique using said device
RU2362980C1 (en) * 2008-01-09 2009-07-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Омский научно-исследовательский институт приборостроения" Device to measure temperature

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2649217C1 (en) * 2017-03-24 2018-03-30 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук Hybrid acoustic sensor of the electronic nose and electronic tongue system
RU2712723C1 (en) * 2019-07-02 2020-01-31 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук Acoustic multichannel analyzer of micro samples of liquid media

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7287431B2 (en) Wireless oil filter sensor
Benes et al. Comparison between BAW and SAW sensor principles
KR100708223B1 (en) Sensor array and method for determining the density and viscosity of a liquid
US6293136B1 (en) Multiple mode operated surface acoustic wave sensor for temperature compensation
US7788979B2 (en) Monolithic antenna excited acoustic transduction device
US20070241637A1 (en) Layered Surface Acoustic Wave Sensor
CN109374729B (en) Acoustic micro-mass sensor and detection method
KR100706561B1 (en) Method and device for operating a microacoustic sensor array
KR101149297B1 (en) Dual mode acoustic wave sensor, fabrication method thereof and biosensor system using the same
Mccann et al. A lateral-field-excited LiTaO 3 high-frequency bulk acoustic wave sensor
US6407479B1 (en) Sensor arrangement for detecting the physical properties of liquids
EP1453199B1 (en) Surface acoustic wave element, electric signal processing apparatus using the surface acoustic wave element, and environment evaluation apparatus using the electric signal processing apparatus
Herrmann et al. Microacoustic sensors for liquid monitoring
JP2007225546A (en) Elastic surface wave sensor
RU2533692C1 (en) Multiplexer acoustic array for &#34;electronic nose&#34; and &#34;electronic tongue&#34; analytical instruments
Wang et al. Standing wave performance test of IDT-SAW transducer prepared by silk-screen printing
JP2006275999A (en) Surface acoustic wave device and utilization method therefor
JP2006003267A (en) Elastic wave element and biosensor device equipped therewith
US7193352B1 (en) Thin film bulk acoustic wave sensor suite
RU2649217C1 (en) Hybrid acoustic sensor of the electronic nose and electronic tongue system
JP2005351799A (en) Surface elastic wave element, biosensor device, and measuring method by surface elastic wave element
JP2008180668A (en) Lamb wave type high-frequency sensor device
JP2006258768A (en) Elastic wave sensor
Zhang et al. Design and evaluation of a dual channel high frequency Quartz crystal Microbalance
JP4504106B2 (en) Measuring method using surface acoustic wave device