仪器仪表学报

作者：吕福在，杨尔宇，伍建军，唐志峰

单位：吕福在,1. 浙江大学机械工程学院,,杨尔宇,2. 浙江大学工程师学院,,伍建军,3. 浙江大学湖州研究院,,唐志峰,4. 浙江大学生物医学工程与仪器科学学院,

关键词：超声导波;磁致伸缩;液体粘度检测;毛细管

基金：国家自然科学基金(12474469)项目资助

通过建立毛细管导波衰减率与波导内充液体粘度的基本关系可实现微量液体粘度快速测量,这对于样本量稀缺的工业及医学检测场景具有显著意义。然而,为实现微升级样本测量需要将管道尺寸缩减到毛细管级(外径2mm及以下),但传统导波激励方法难以在毛细管上实现非接触式换能器装配以及纯净导波激励。本文基于磁致伸缩换能原理开发了一种适用于微量液体粘度检测的毛细管纵向导波检测传感器,成功地在外径为1.4mm,壁厚0.1mm的毛细管上激励纯净L(0,1)模态导波,单次测量所需样本量仅为113μL且重复性良好。通过仿真和实验探究包括永磁体与毛细管间距、毛细管壁厚和激励频率等测量相关影响因素的基础上证明了该设计的可行性和实用性。研究结果表明:收发两端永磁体与毛细管最优间距不同,当激励端永磁体与毛细管间距为10mm,接收端永磁体与毛细管间距为7mm时的接收信号幅值最优;在低频散范围内(500kHz以下),检测分辨率总是随着频率的提高而增加;此外,毛细管壁厚的减薄也可提高粘度检测分辨率。最后,对比毛细管导波法与锥板法测量标准粘度液的实验结果,误差范围不大于3.04%,验证了毛细管导波法可对微量液体粘度实现准确测量。

来源：2024年第6期

《仪器仪表学报》期刊编辑部

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