To the Theory of SAW Gas Detectors

An exact dispersion equation is derived for Surface Acoustic Waves (SAW) propagating along the boundary of an isotropic elastic half-space, coupled with the isotropic elastic layer, free on the other side. Then, under an assumption that the transverse (shear, viscous) wave is completely damped through the layer, the approximate expressions are derived from the exact equation for small amendments to the SAW wave number caused by the reaction of the load, such as: (a) a thin layer of viscoelastic «water-like» substance; (b) thin layer of a viscous liquid; (c) infinitely viscous gas. In the first two cases, the mass of the layer is the load that affects the change in the phase velocity of SAW. Gas loading (variant (c)) in the first approximation does not affect the phase velocity and only causes attenuation of SAW attributed to emission of acoustic wave of compression in infinite gas. For losses in gas the expression refining the basic formula of the known approximate Arzt’s et al. theory is specified. The final approximate expression is derived for the wave number of SAW propagating along an isotropic substrate covered with a layer of isotropic material with infinite gas behind. A small increase in the mass of the layer due to absorption of the mollecules of the studied gas impurity leads to a decrease (proportional to the impurity concentration) in the phase velocity of SAW and the frequency of the self-oscillator of the SAW detector, thus playing a role of the «microbalance».

surfase acoustic waves, isotropic substrate, Rayleigh’s equation, SAW phase velocity, SAW damping, Arzt’s formula, microbalance SAW gas detector, поверхностные акустические волны, изотропная подложка, уравнение Релея, фазовая скорость ПАВ, затухание ПАВ, формула Арцта, гравитометрический ПАВ-детектор

1. Поверхностные акустические волны / Под ред. А. Олинера. - М.: Мир, 1981. - 390 с.

2. Викторов И. А. Звуковые поверхностные волны в твердых телах. - М.: Наука, 1981. - 287 с.

3. Кайно Г. Акустические волны: устройства, визуализация и аналоговая обработка сигналов / Пер. с англ. - М.: Мир, 1990. - 656 с.

4. Морган Д. Устройства обработки сигналов на поверхностных акустических волнах. - М.: Радио и связь, 1990. - 416 с.

5. Кейлис-Борок В. И. Интерференционные поверхностные волны. - М.: Изд-во АН СССР, 1960. - 168 с.

6. Богданов С. В., Левин М. Д., Яковкин И. Б. О существовании поверхностной волны в системе слой - полупространство / Акуст. журн. 1969. Т. 15. № 1. С. 12 - 16.

7. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Теоретическая физика: учебное пособие для вузов. В 10 т. Т. VII. Теория упругости. Изд. 5-е, стереот. - М.: Физматлит, 2001. - 264 с.

8. Исакович М. А. Общая акустика: учебное пособие. - М.: Наука, 1973. - 495 с.

9. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Теоретическая физика: учебное пособие. В 10 т. Т. VI. Гидродинамика. Изд. 3-е, перераб. - М.: Наука, 1986. - 736 с.

10. Slobodnik A. J. Jr. Attenuation of Microwave Acoustic Surface Waves Due to Gas Loading / J. Appl. Phys. 1972. Vol. 43. N 6. P. 2565 - 2568.

11. Малов В. В. Пьезорезонансные датчики. Изд. 2-е, перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 272 с.

12. Газовая хроматография / Труды III международного симпозиума по газовой хроматографии в Эдинбурге / Пер. с англ. Под ред. А. А. Жуховицкого, Н. М. Туркельтауба. - М.: Мир, 1964. - 557 с.