طراحی و شبیه سازی سنسور آکوستیکی مبتنی بر بلور فونونی برای تشخیص غلظت نیکل کلرید در آب

در این مقاله طراحی و شبیه‌سازی یک حسگر آکوستیکی مبتنی بر بلور فونونی جامد–جامد جهت تشخیص هم‌زمان غلظت‌های مختلف نیکل کلرید (nicl2) در آب ارائه شده است. ساختار مورد مطالعه شامل آرایه‌ای مستطیلی از استوانه‌های تنگستن با شعاع 200 میکرومتر و ثابت شبکه 500 میکرومتر است که در بستری از پلی‌متیل‌متاکریلات(pmma) تعبیه شده‌اند. با استفاده از روش المان محدود، خواص پراکندگی صوتی و رفتار گذر موج در محدوده فرکانسی 8/0 تا 2/3 مگاهرتز بررسی گردید. نتایج شبیه‌سازی نشان می‌دهد که تغییر ضریب آکوستیکی محیط حفره در اثر تغییر غلظت نیکل کلرید باعث جابه‌جایی مشخص در فرکانس رزونانس می‌شود. دو غلظت 4356/0 مول بر کیلوگرم و 7707/0 مول بر کیلوگرم موجب ایجاد دو پیک مجزا در طیف عبوری گردید که امکان تشخیص هم‌زمان هر دو غلظت را فراهم می‌کند. این ویژگی نشان‌دهنده‌ی قابلیت بالای ساختار پیشنهادی در طراحی حسگرهای چندپارامتری مبتنی بر بلورهای فونونی برای کاربردهای زیست‌محیطی و صنعتی است.

design and simulation of a phononic crystal-based acoustic sensor for detecting nickel chloride concentration in water

in this paper, the design and simulation of an acoustic sensor based on a solid-solid phononic crystal for simultaneous detection of different concentrations of nickel chloride (nicl2) in water is presented. the structure under study consists of a rectangular array of tungsten cylinders with a radius of 200 ?m and a lattice constant of 500 ?m, embedded in a polymethyl methacrylate (pmma) substrate. using the finite element method, the acoustic scattering properties and wave transmission behavior in the frequency range of 0.8 to 3.2 mhz were investigated. the simulation results show that the change in the acoustic coefficient of the cavity environment due to the change in the nickel chloride concentration causes a distinct shift in the resonance frequency. two concentrations of 0.4356 mol/kg and 0.7707 mol/kg caused two distinct peaks in the transmission spectrum, which allows simultaneous detection of both concentrations. this feature indicates the high potential of the proposed structure in designing multiparameter sensors based on phononic crystals for environmental and industrial applications.