The invention discloses a device and a general gas measurement method based on ultrasonic transducer, establish a set in the closed cavity of different frequency ultrasonic transceiver, to pass into the sealed cavity gas to be measured, emission ultrasonic transmission of different frequencies, and the stepping motor and the guide rail under the action of moving between the transmitting end and accurate the receiving end of the distance to change by ultrasonic; external pump adjustment chamber gas pressure to be measured, the measured frequency, different velocity and different pressure, different from the attenuation coefficient and the attenuation coefficient of correction; drawing after correction of the attenuation coefficient of ultrasonic wave frequency spectrum, the spectrum the drawing of the sample with preset line comparison, determine the type and concentration of the tested gas; gas measuring method and device provided by the invention can be measured The utility model has the advantages of large measuring range, no need of a special gas sensor, low cost, on-line real-time monitoring, fast response, long time stability, etc..
【技术实现步骤摘要】
一种基于超声波换能器的通用气体测量方法及装置
本专利技术属于气体测量
,更具体地,涉及一种基于超声波换能器的通用气体测量方法及装置。
技术介绍
在传统的气体检测技术中,一种传感器只能检测一种气体,对于混合气体的检测需要多种传感器协同配合,增加了调试和安装的难度,而且提高了测试成本;在大气、航天、环境气体等探测中,尤其是天然气等混合气体的精度测试、管道内、大规模、实时探测的探测需求下,传统的气体探测技术无法满足其探测实时性、探测精度以及低成本探测的需求;而且传统的各种气体传感器的使用寿命有限,一般是2-5年,造成探测的成本高昂。近年来,超声气体探测领域的研究和突破成为超声学、量子物理和信号处理等交叉学科的热门之一。基于超声波换能器的气体探测技术,以器件结构简易、耐用性好、成本低、鲁棒性好等特点,在气体泄漏、气体成分监测等领域得到了广泛应用,其探测精度可达30ppm,响应速度可快至ms级。然而,现有技术也暂时没有提供一种基于超声波换能器的通用的气体测量的解决方案。论文《一种基于声吸收谱的超声气体传感器实验装置》(宋运隆,丁圆,程菊明.企业技术开发:上旬刊,2016,35(8):48-51.)中,公开了进行空气的声速测试的技术方案,但是只简单测试了空气的声速,并没有对其他气体进行测量,也没有公开声衰减系数的测量方法。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求,本专利技术提供了一种基于超声波换能器的通用气体测量方法及系统,其目的在于由此解决目前气体测量中针对每种气体必须用专门的传感器测量、成本高、耐用性差的技术问题。为实现上述目的,按照本专利技术的一个方面 ...
【技术保护点】
一种基于超声波换能器的通用气体测量方法,其特征在于,包括如下步骤:(1)根据超声波信号在待测气体气氛环境下的传播距离与传播时间,获取超声波信号在待测气体中的传播速度;(2)根据在待测气体气氛环境下发送的超声波信号与接收到的超声波信号的电压比值与传播距离之比,获取待测气体的声衰减系数;(3)根据超声波波长、超声波换能器的半径、发射的超声波信号经超声换能器转换后的电压信号波形峰峰值、以及接收的超声波信号经超声换能器转换后的电压信号波形峰峰值,对所述声衰减系数进行校正;其中,超声波波长由所述传播速度除以频率得到;(4)改变待测气体气氛环境的压强,以及超声波信号发射端与接收端的距离,重复步骤(1)~(3),获取多个频率、多个压强、以及多个收发距离下的声衰减系数并校正;绘制校正后的声衰减系数关于超声波频率的谱线图,通过将所绘制的谱线图与预设样本库中的谱线比较,确定待测气体的种类和浓度;其中,收发距离是指超声波信号发射端与接收端之间的距离。
【技术特征摘要】
1.一种基于超声波换能器的通用气体测量方法,其特征在于,包括如下步骤:(1)根据超声波信号在待测气体气氛环境下的传播距离与传播时间,获取超声波信号在待测气体中的传播速度;(2)根据在待测气体气氛环境下发送的超声波信号与接收到的超声波信号的电压比值与传播距离之比,获取待测气体的声衰减系数;(3)根据超声波波长、超声波换能器的半径、发射的超声波信号经超声换能器转换后的电压信号波形峰峰值、以及接收的超声波信号经超声换能器转换后的电压信号波形峰峰值,对所述声衰减系数进行校正;其中,超声波波长由所述传播速度除以频率得到;(4)改变待测气体气氛环境的压强,以及超声波信号发射端与接收端的距离,重复步骤(1)~(3),获取多个频率、多个压强、以及多个收发距离下的声衰减系数并校正;绘制校正后的声衰减系数关于超声波频率的谱线图,通过将所绘制的谱线图与预设样本库中的谱线比较,确定待测气体的种类和浓度;其中,收发距离是指超声波信号发射端与接收端之间的距离。2.如权利要求1所述的通用气体测量方法,其特征在于,在获取传播速度的步骤中,利用步进电机来控制超声波发送端与接收端之间的距离,利用步进电机的相数、拍数、步距角、细分获取超声波的准确传播距离x;利用在接收端检测到的电压信号波形,获取超声波在其发送端与接收端之间传播的传播时间t;根据传播距离与传播时间获取传播速度3.如权利要求2所述的通用气体测量方法,其特征在于,待测气体的声衰减系数其中,Ve是发送的超声波信号经超声波换能器转换后的电压信号波形的峰峰值,Vr是接收端的超声波信号经超声波换能器转换后的电压信号波形的峰峰值。4.如权利...
【专利技术属性】
技术研发人员:朱明,张向群,徐梦玲,汪念,
申请(专利权)人:华中科技大学,
类型:发明
国别省市:湖北,42
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