Het meest romantische dat je van Love-waves kunt verwachten is dat ze in de toekomst misschien iets zouden kunnen vertellen over hormoongehaltes in bloed.
Delen
Het zijn doodgewone geluidsgolven die zich door een dunne laag materiaal voortplanten. Hun naam danken ze aan hun ontdekker, dr. A.E.H. Love. Samen met de Lamb en Rayleigh-waves zijn ze erg geschikt voor het gebruikt in sensoren om bijvoorbeeld viscositeit en dichtheid van vloeistoffen en gassen te meten. Michael Vellekoop ontwierp voor zijn promotie een Lamb-wave sensorsysteem.
De mogelijkheden van toepassingen voor dergelijke slimme lamb-wave sensoren spreken tot de verbeelding. De alcoholpercentagemeter bijvoorbeeld. Stel je eens voor: een student gaat naar de kroeg om zijn verdriet te verdrinken over de laatste verprutste kans om de temponorm te halen. Hij bestelt een dubbele whisky. De barman schenkt nukkig in, want aan die studenten van tegenwoordig valt ook niet veel meer te verdienen. De student telt twee procent van de basisbeurs neer, neemt een slok en denkt, ,,voor dat geld mag het wel een hele goeie borrel zijn”. Hij twijfelt; is hij nu al alcoholist, of zit er gewoon te weinig ethanol in dit glaasje? Hij besluit de proef op de som te nemen en haalt uit de binnenzak de lamb-wave dipstick tevoorschijn. Hij dompelt hem in het glas en ja hoor, te weinig procentjes. Aangelengde whisky!
Toekomstmuziek, maar niet ondenkbaar. De dipstick is slechts één van de mogelijke toepassingen van het smart sensor systeem van Vellekoop. Behalve voor het meten van alcoholpercentages kan het systeem ook gebruikt worden om het vetgehalte of de aanwezigheid van bacteriën in melk te bepalen, het zoutgehalte of de vervuiling van water meten, of voor kwaliteitsbewaking tijdens de produktie van olie. Ook medische toepassingen zijn mogelijk: gehaltes meten van glucose, insuline en bloedlichaampjes in bloed.
Goedkoop
Een sterk punt van het systeem, waarop hij morgen (7 oktober) promoveert, is volgens Vellekoop dat het goed en goedkoop te produceren is. Het hele sensorsysteem, dus zowel het sensorgedeelte als het elektronica-gedeelte is samengebracht in één chip. ,,Meestal is het sensorgedeelte in regelsystemen duur en slecht, en is het processorgedeelte goedkoop en goed. De processor wordt namelijk gemaakt met de siliciumtechnologie. Deze chiptechnologie, die hier bij Dimes veel gebruikt wordt, is de beste en goedkoopste technologie die er is. Op onze vakgroep, elektronische instrumentatie, heerst de filosofie de sensoren met dezelfde technologie te maken zodat de kwaliteit van de sensor toeneemt en de prijs flink kan dalen”.
Als voorbeeld van een industrie die Vellekoops sensor goed zou kunnen gebruiken noemt hij de petrochemische industrie. ,,Daargebruiken ze momenteel ontzettend dure apparatuur om de dichtheid van de brandstof in de kolom constant te meten. Voor apparaten die met dezelfde nauwkeurigheid meten als mijn sensor, tellen ze daar tienduizenden guldens neer. Mijn sensor hoeft niet meer dan een paar duizend gulden te kosten. En hij is ook snel. Nu doen we er in het lab nog een minuut over voordat we de uitslag van een meting hebben, maar dat moet in de toekomst binnen een seconde kunnen.”
Aardbeving
Het principe werkt als volgt. Geluid met een golflengte die ongeveer tien keer zo groot is als de dikte van de plaat (bijvoorbeeld gemaakt van silicium) verplaatst zich erg langzaam. Omdat golven altijd naar het langzaamste medium willen, zullen ze in het plaatje blijven. ,,Net als glasvezels”, zegt Vellekoop. ,,Die worden gecoat met een medium dat een snellere voortplantingssnelheid voor licht heeft dan de glasvezel zelf. Daardoor blijft het licht in het midden van de vezel.”
Dr. H. Lamb beschreef voor het eerst geluidsgolven door dergelijke dunne platen. Later bleek dat er nog meer van dit soort golven waren, de Love-waves en Rayleigh-waves. Love-waves zitten gevangen in een dun laagje dat op ander materiaal aangebracht is en Rayleigh-waves zijn golven die zich aan de oppervlakte van dikker materiaal voortplanten. Net als aardbevingsgolven zich tot kilometers buiten het episch centrum langs de oppervlakte van de aarde verplaatsen. Ook deze typen golven zijn geschikt voor sensoren.
Dat Lamb-waves in het plaatje blijven, wil niet zeggen dat ze niet beïnvloed worden door de omgeving. ,,Er vindt geen afstraling maar wel wisselwerking plaats. Dat is juist waar de sensor gebruik van maakt. Net als olie op water. Wanneer door een ongeluk met een mamoettanker een grote hoeveelheid olie op de zee terecht komt, zullen de golven dempen. Geluidsgolven die zich aan de oppervlakte van een dunne plaat voortbewegen vertonen een zelfde gedrag wanneer het in contact komt met een vloeistof of gas. De omgeving beïnvloedt de voortplanting van de akoestische golven door het plaatje”, aldus Vellekoop.
Extra laagje
De amplitude en de snelheid van de Lamb-waves zullen dus veranderen door het medium. Aangezien de sensor zelf de golven genereert en weer detecteert, kan hij een verschil meten. De grootte van dit verschil is onder andere afhankelijk van de viscositeit en dichtheid van de vloeistof waar het in zit.
De mogelijkheden van dit principe zijn nog lang niet allemaal ontdekt. ,,Als je nog een extra chemisch laagje aanbrengt dan kan het systeem ook gassen meten zoals stikstofdioxides die in uitlaatgassen zitten, of het vochtgehalte in de lucht”, zegt Vellekoop. ,,Een afstudeerder heeft pas geleden een vloeistofherkenningssysteem gemaakt dat het verschil tussen zeven doorzichtige, op het oog gelijke vloeistoffen kon aangeven.”
De commerciële produktie van het sensorsysteem zal toch nog wel een paar jaar op zich laten wachten. Voordat het systeem geschikt is voor toepassing moet het eerst in een soortomhulsel opgenomen worden. Deze packaging is weer afhankelijk van de toepassing. De achterdochtige kroegbezoeker zal nog even op deze doorontwikkelfase moeten wachten. (J.O.)
Het meest romantische dat je van Love-waves kunt verwachten is dat ze in de toekomst misschien iets zouden kunnen vertellen over hormoongehaltes in bloed. Het zijn doodgewone geluidsgolven die zich door een dunne laag materiaal voortplanten. Hun naam danken ze aan hun ontdekker, dr. A.E.H. Love. Samen met de Lamb en Rayleigh-waves zijn ze erg geschikt voor het gebruikt in sensoren om bijvoorbeeld viscositeit en dichtheid van vloeistoffen en gassen te meten. Michael Vellekoop ontwierp voor zijn promotie een Lamb-wave sensorsysteem.
De mogelijkheden van toepassingen voor dergelijke slimme lamb-wave sensoren spreken tot de verbeelding. De alcoholpercentagemeter bijvoorbeeld. Stel je eens voor: een student gaat naar de kroeg om zijn verdriet te verdrinken over de laatste verprutste kans om de temponorm te halen. Hij bestelt een dubbele whisky. De barman schenkt nukkig in, want aan die studenten van tegenwoordig valt ook niet veel meer te verdienen. De student telt twee procent van de basisbeurs neer, neemt een slok en denkt, ,,voor dat geld mag het wel een hele goeie borrel zijn”. Hij twijfelt; is hij nu al alcoholist, of zit er gewoon te weinig ethanol in dit glaasje? Hij besluit de proef op de som te nemen en haalt uit de binnenzak de lamb-wave dipstick tevoorschijn. Hij dompelt hem in het glas en ja hoor, te weinig procentjes. Aangelengde whisky!
Toekomstmuziek, maar niet ondenkbaar. De dipstick is slechts één van de mogelijke toepassingen van het smart sensor systeem van Vellekoop. Behalve voor het meten van alcoholpercentages kan het systeem ook gebruikt worden om het vetgehalte of de aanwezigheid van bacteriën in melk te bepalen, het zoutgehalte of de vervuiling van water meten, of voor kwaliteitsbewaking tijdens de produktie van olie. Ook medische toepassingen zijn mogelijk: gehaltes meten van glucose, insuline en bloedlichaampjes in bloed.
Goedkoop
Een sterk punt van het systeem, waarop hij morgen (7 oktober) promoveert, is volgens Vellekoop dat het goed en goedkoop te produceren is. Het hele sensorsysteem, dus zowel het sensorgedeelte als het elektronica-gedeelte is samengebracht in één chip. ,,Meestal is het sensorgedeelte in regelsystemen duur en slecht, en is het processorgedeelte goedkoop en goed. De processor wordt namelijk gemaakt met de siliciumtechnologie. Deze chiptechnologie, die hier bij Dimes veel gebruikt wordt, is de beste en goedkoopste technologie die er is. Op onze vakgroep, elektronische instrumentatie, heerst de filosofie de sensoren met dezelfde technologie te maken zodat de kwaliteit van de sensor toeneemt en de prijs flink kan dalen”.
Als voorbeeld van een industrie die Vellekoops sensor goed zou kunnen gebruiken noemt hij de petrochemische industrie. ,,Daargebruiken ze momenteel ontzettend dure apparatuur om de dichtheid van de brandstof in de kolom constant te meten. Voor apparaten die met dezelfde nauwkeurigheid meten als mijn sensor, tellen ze daar tienduizenden guldens neer. Mijn sensor hoeft niet meer dan een paar duizend gulden te kosten. En hij is ook snel. Nu doen we er in het lab nog een minuut over voordat we de uitslag van een meting hebben, maar dat moet in de toekomst binnen een seconde kunnen.”
Aardbeving
Het principe werkt als volgt. Geluid met een golflengte die ongeveer tien keer zo groot is als de dikte van de plaat (bijvoorbeeld gemaakt van silicium) verplaatst zich erg langzaam. Omdat golven altijd naar het langzaamste medium willen, zullen ze in het plaatje blijven. ,,Net als glasvezels”, zegt Vellekoop. ,,Die worden gecoat met een medium dat een snellere voortplantingssnelheid voor licht heeft dan de glasvezel zelf. Daardoor blijft het licht in het midden van de vezel.”
Dr. H. Lamb beschreef voor het eerst geluidsgolven door dergelijke dunne platen. Later bleek dat er nog meer van dit soort golven waren, de Love-waves en Rayleigh-waves. Love-waves zitten gevangen in een dun laagje dat op ander materiaal aangebracht is en Rayleigh-waves zijn golven die zich aan de oppervlakte van dikker materiaal voortplanten. Net als aardbevingsgolven zich tot kilometers buiten het episch centrum langs de oppervlakte van de aarde verplaatsen. Ook deze typen golven zijn geschikt voor sensoren.
Dat Lamb-waves in het plaatje blijven, wil niet zeggen dat ze niet beïnvloed worden door de omgeving. ,,Er vindt geen afstraling maar wel wisselwerking plaats. Dat is juist waar de sensor gebruik van maakt. Net als olie op water. Wanneer door een ongeluk met een mamoettanker een grote hoeveelheid olie op de zee terecht komt, zullen de golven dempen. Geluidsgolven die zich aan de oppervlakte van een dunne plaat voortbewegen vertonen een zelfde gedrag wanneer het in contact komt met een vloeistof of gas. De omgeving beïnvloedt de voortplanting van de akoestische golven door het plaatje”, aldus Vellekoop.
Extra laagje
De amplitude en de snelheid van de Lamb-waves zullen dus veranderen door het medium. Aangezien de sensor zelf de golven genereert en weer detecteert, kan hij een verschil meten. De grootte van dit verschil is onder andere afhankelijk van de viscositeit en dichtheid van de vloeistof waar het in zit.
De mogelijkheden van dit principe zijn nog lang niet allemaal ontdekt. ,,Als je nog een extra chemisch laagje aanbrengt dan kan het systeem ook gassen meten zoals stikstofdioxides die in uitlaatgassen zitten, of het vochtgehalte in de lucht”, zegt Vellekoop. ,,Een afstudeerder heeft pas geleden een vloeistofherkenningssysteem gemaakt dat het verschil tussen zeven doorzichtige, op het oog gelijke vloeistoffen kon aangeven.”
De commerciële produktie van het sensorsysteem zal toch nog wel een paar jaar op zich laten wachten. Voordat het systeem geschikt is voor toepassing moet het eerst in een soortomhulsel opgenomen worden. Deze packaging is weer afhankelijk van de toepassing. De achterdochtige kroegbezoeker zal nog even op deze doorontwikkelfase moeten wachten. (J.O.)
Comments are closed.