DOI: https://doi.org/10.18524/1815-7459.2019.1.159488

ІНДИКАЦІЯ ТИСКУ ЗА ЧАСОМ ВСЕРЕДИНІ ПОТОКУ РІДИНИ СЕНСОРОМ НА ОСНОВІ ПНЕВМАТИЧНОГО ФОТОННОГО КРИСТАЛУ

Є. Я. Глушко, О. М. Степанюк

Анотація


Метою роботи є теоретичне дослідження опто-механічних властивостей 1D пневматичного фотонного кристала у якості чутливого оптичного індикатора тиску, що може поєднувати на одній платформі декілька шкал у різних областях значень. Індикатор складається з шаруватої підкладки оптично прозорого пружного матеріалу з вбудованими конструктивно опто-пневматичними структурами, хвильоводів входу та виходу світла і перемикачів доступу, розміщених у камері. За обраними параметрами прилад має характерні розміри близько одного міліметра і може покривати інтервал тиску (0, 10) бар з мінімальною поділкою шкали біля 1 мкбар для актуальних тисків в біорідинах та потоках рідини в технічних пристроях. Методами теорії пружності розглянуто процеси контрольованої деформації системи поєднаних пружних оптичних мембран, що створюють оптопневматичне середовище. Методом трансфер матриць досліджено залежність енергетичної структури пневматичного фотонного кристала і кутовочастотної діаграми відбиття світла від зовнішнього тиску. Завдяки мініатюрності приладу процес вимірювання дозволяє організацію одночасного сканування та моніторинг тиску у різних частинах потоку рідини в технічній або біологічній системі.

Ключові слова


Фотонний кристал; Оптичний пристрій; Пружні шаруваті структури; Відбивання світла; Тонка індикація тиску; Тиск у потоці рідини

Повний текст:

PDF

Посилання


D. P. Bernstein. Impedance cardiography: Pulsatile blood flow and the biophysical and electrodynamic basis for the stroke volume equations// J.Electr.Bioimp, 1, pp. 2–17 (2010).

C. Julien. The enigma of Mayer waves: Facts and models// Cardiovasc Res., 70(1): pp. 12–21 (2006).

Optical Biomimetics: Materials and Applications, Editor: Maryanne Large. Woodhead Publishing, pp. 256 (2012).

K. Avila, D. Moxey, A. Lozar, M. Avila, D. Barkley, B. Hof. The Onset of Turbulence in Pipe Flow// Science, 333, 192-196 (2011).

F. M. White, Fluid Mechanics, 7th Edition, McGraw-Hill, New York, pp. 885 (2011).

G. A. Cooksey, Z. Ahmed Optofluidic Temperature and Pressure Measurements with Fiber Bragg Gratings Embedded in Microfluidic Devices// https://arxiv.org/ftp/arxiv/pa pers/1603/1603.07743.pdf

J. W. S. Rayleigh. On the maintenance of vibrations by forces of double frequency and on the propagation of waves through a medium endowed with a periodic structure// Philos. Mag. , 24 (147), pp. 145–159 (1887).

E. Yablonovitch. Inhibited Spontaneous Emission in Solid-State Physics and Electronics// Physical Review Letters, 58 (20), pp. 2059–2062 (1987).

S. John. Strong localization of photons in certain disordered dielectric superlattices// Physical Review Letters, 58(23): 2486–2489 (1987).

Werber, H. Zappe. Tunable, membrane-based, pneumatic micro-mirrors// J. Opt. A: Pure Appl. Opt., 8: 313-317 (2006).

V. Pervak, I. Ahmad, M. K. Trubetskov, A. V. Tikhonravov, F. Krausz. Double-angle multilayer mirrors with smooth dispersion characteristics// Opt. Express, 17(10): 7943-7951 (2009).

N. Tokranova, B. Xu, J. Castracane. Fabrication of flexible one-dimensional porous silicon photonic band-gap structures// MRS Proceedings. 797: 10.1557/PROC-797-W1.3. (2004)

B. Grzybowski, D. Qin, R. Haag, G.M. Whitesides. Elastomeric optical elements with deformable surface topographies: applications to force measurements, tunable light transmission and light focusing// Sensors and Actuators, 86(1-2): pp. 81-85 (2000).

J. Ouellette. Seeing the Future in Photonic Crystals// The Industrial Physicist, 7(6): pp. 14–17 (2002).

E. Ya. Glushko. Pneumatic photonic crystals// Opt. Express, 18(3): pp. 3071-3078 (2010).

E. Ya. Glushko. Pneumatic photonic crystals: properties and multiscale indication of pressure// Proc. of IEEE CAOL Conference, pp. 36-37 (2010).

L. D. Landau, E. M. Lifshitz. Theory of Elasticity. Pergamon Press, New York, pp.165 (1970).




Copyright (c) 2019 Сенсорна електроніка і мікросистемні технології

ISSN 1815-7459 (Print), 2415-3508 (Online)