检测气体的方法及用于该方法的气体检测器技术

提出了一种检测气体（G）的方法。声波（Wt）经由波产生和感测单元（2）产生向反射壁（3）发射（S2），之后波产生和感测单元（2）检测到反射的声波（Wt），其中通过确定所述波产生和感测单元（2）的输出信号的变化来检测气体（G）的存在。还提出了一种气体检测器（1）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体上涉及气体检测领域。具体地，本专利技术涉及一种通过在待检测气体中传播的声波来检测气体的方法和气体检测器。
技术介绍
气体是宝贵的自然资源，从经济方面以及从泄露的气体可能对于周围环境中带来的危险方面考虑，检测气体的泄露都是有益的。当前的气体检测方法举例来说可依赖于对例如电磁辐射的波长的吸收(不同的气体具有不同的吸收频谱)、依赖于化学·反应、薄膜的导电性或电容的变化。这些方法的缺点是气体吸收的动力(kinetic)相当慢，从而限制这些吸收方法的应用领域。更快速的方法是基于各种气体的物理属性。在色谱法中针对气体感测使用导热性，针对二氧化碳检测使用频谱的红外区域中的光吸收。针对氢检测，存在使用催化剂的方法。然而，与其它气体接触，催化剂可被污染，检测器的响应显著降低。一些已知方法利用谐振腔中的谐振现象来检测谐振腔中气体的存在。当反射壁与例如腔中反射波的振荡器之间的距离d是半个波长的整数倍，即，d = —(I),其中，n=l、2、3…时，发生谐振。因为声速在不同的气体中不同，所以气体中的振动的波长取决于气体，波长由如下关系给出 V入二I(2),其中，V是声速，并且f是振动频率。在1926年的物理学会汇编中公布的E. Griffiths的文章“A gas analysisinstrument based on sound velocity measurements”中，描述了利用谐振的超声波方法。该文章描述了石英晶体和与该石英晶体平行的反射壁，所述石英晶体与所述反射壁一起形成谐振腔。石英晶体可以以40kHz频率在该腔体中产生机械纵向波。通过增大包括石英晶体的振荡电路的阳极电流来检测该腔体中的谐振。通过测量相邻谐振之间的距离(即，半个波长)，确定不同气体中的声速以及气体混合物中气体的浓度。然而，以上提到的方法均不能用于测量低气体浓度。
技术实现思路
因此，目的在于提供一种用于检测低浓度气体的气体检测方法和气体检测器。本专利技术的总的思想在于利用传播速度，因此在气体中传播的声波的波长取决于气体的属性，即，对于不同气体来说，具有频率f的波将具有不同的传播速度，并因而具有不同的波长。因此，根据本专利技术的第一方面，提供一种在气体检测器中检测气体的方法，所述气体检测器具有反射壁以及与所述反射壁相隔距离d的波产生和感测单元，其中，该方法包括以下连续过程通过所述波产生和感测单元产生声波，透过所述气体向所述反射壁发射所述声波，其中所述声波被从所述反射壁向所述波产生和感测单元反射，由此产生沿相反方向传播的所述声波之间相消干涉，所述相长和相消干涉取决于所述声波的波长，所述声波的波长取决于所述气体，通过所述波产生和感测单元检测所述声波，其中所述波产生和感测单元的动态电阻由于所述声波的波长的变化而改变，以及通过确定所述波产生和感测单元的输出信号的幅度的变化来指示所述气体的存 在，其中所述输出信号的幅度的变化与所述动态电阻的变化有关。由于所述波产生和感测单元的所述动态电阻通常取决于谐振并因此取决于在所述波产生和感测单元与所述反射壁之间传播的波的波长，因此所述输出信号响应于检测波而改变。因此，随着动态电阻改变，所述波产生和感测单元的输出改变。到此为止，通过本专利技术，可在主要包括第二类型气体(参考气体)的环境中检测低浓度气体。所述产生可以包括产生具有在O. 5MHz到500MHz的范围内，优选地在O. 5MHz到50MHz的范围内恒定频率的声波。通过发射具有这种短波长的波，气体检测的灵敏度提高，这是因为所述(短)波长的任何改变都指示气体的存在。一个实施方式还可包括在固定位置设置所述距离d，使得所述输出信号的幅度小于在所述反射壁与所述波产生和感测单元之间发生谐振时的输出信号的幅度。当距离d被设置为使得所述输出信号的幅度接近谐振峰(即，在谐振峰的斜坡上)时，所述波产生和感测单元的所述输出信号对于检测到的波长的任何变化都变得非常灵敏。因此，通过设置距离d以使得所述输出信号的幅度在谐振峰的斜坡上，由于气体取决于透过的波的波长的变化，所以即使在传感器与反射壁之间非常小浓度的气体，也将提供输出信号的增大。因此，气体检测器变得非常灵敏，并能够检测低浓度的气体。在参考气体中传播的声波可发生谐振。例如，针对在参考气体(例如，空气)中的波的谐振，可以确定所述反射壁与所述波产生和感测单元之间的距离，其中所述距离d被设置为使得所述波产生和感测单元的输出信号略小，优选地大约为当发生空气的谐振时的谐振峰的幅度的一半。在诸如氦气的气体中，与在空气中传播时相比，波具有较长的波长，因此波长在氦气中比在空气中长，这样，当存在氦气时，输出信号增大，从而指示氦气的存在。一个实施方式可包括针对气体检测器中的温度变化进行补偿。机械纵波的波长取决于温度，因此对温度变化的补偿可提供更准确的气体检测器。因此，在一个实施方式中，所述补偿可以包括沿与所述反射壁的反射表面垂直的X轴移动所述反射表面，由此调整所述反射壁与所述波产生和感测单元之间的距离d。有益地，所述移动可包括利用被用于构造气体检测器的材料的热膨胀属性来自动地移动所述反射壁。根据本专利技术的第二方面，提供了一种用于检测气体的气体检测器，该气体检测器包括波产生和感测单元；以及与所述波产生和感测单元相对的反射壁，其中所述波产生和感测单元设置为产生在所述波产生和感测单元与所述反射壁之间传播的声波，并检测被所述反射壁反射的声波，其中所述反射壁与所述波产生和感测单元被固定地设置在所述气体检测器中。距离d可在大致λ/2到大约50 * λ的范围内，其中λ表示声波的波长。关于设置距离d以使得输出信号的幅度略小于当在反射壁与通过波产生和感测单元的谐振表面限定的相对壁之间发生谐振时输出信号的幅度，术语大约这里被定义为所述距离d可以略小于或大于在谐振方面以上已经详细阐述的波长的整数倍。本专利技术的进一步特征和优点从下面描述将是明显的。附图说明 现在将参照附图通过实施方式的非限制示例描述本专利技术及其进一步优点。图I示出根据本专利技术的气体检测器的实施方式的腔体的示意图。图2示出当图I的气体检测器中存在的气体是空气时的谐振的示例。图3示出当图I的气体检测器中存在氦气时的谐振的另一示例。图4示出当图I的腔体中存在两种气体的混合物时该腔体中的谐振峰的偏移。图5示出在图I的气体检测器中检测气体的方法的流程图。图6示出利用图I中的气体检测器的一些实验结果。具体实施例方式在下面的描述中，为了说明的目的而不是为了限制的目的，阐述了特定细节(例如，特定技术和应用)，以提供本专利技术的透彻理解。然而，对于本领域的技术人员清楚的是，本专利技术可在脱离这些特定细节的其它实施方式中被实现。在其它实例中，省略了公知方法和设备的详细描述，以避免因不必要的细节而使本专利技术的描述不清楚。参照图I至图6，将更详细地描述根据本专利技术的气体检测器I的示例。气体检测器I包括波产生和感测单元2以及反射壁3，反射壁3位于与波产生和感测单元2相对的距离d处并且与波产生和感测单元平行。波产生和感测单元2是包括用于连续产生声波的电子振荡器和压电谐振器的组件。波产生和感测单元2可电连接到如电池的电源(未示出)，以在气体检测器I的操作期间向气体检测器I供电。在本示例性实施方式中，波产生和感测单元2包括连接到电子振荡器的压电谐振器本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种在气体检测器(I)中检测气体(G)的方法，所述气体检测器(I)具有反射壁(3)以及与所述反射壁(3)相隔距离d的波产生和感测单元(2)，其中该方法包括以下连续处理 通过所述波产生和感测单元(2)产生(SI)声波， 透过所述气体(G)向所述反射壁(3)发射(S2)声波(Wt)，其中声波(WJ从所述反射壁(3)向所述波产生和感测单元(2)反射，由此产生沿相反方向传播的声波(Wt，Wr)之间的相长和相消干涉，所述相长和相消干涉取决于声波(Wt，Wr)的波长，所述波长取决于所述气体(G), 通过所述波产生和感测单元(2)检测(S3)声波(I)，其中所述波产生和感测单元(2)的动态电阻由于声波(Wt，Wr)的波长的变化而改变，以及 通过确定所述波产生和感测单元(2)的输出信号的幅度的变化，指示(S4)所述气体(G)的存在，其中所述输出信号的幅度的变化与所述动态电阻的变化相关。2.根据权利要求I所述的方法，其中所述产生(SO)包括产生具有恒定频率的声波。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述恒定频率在O.5MHz到500MHz的范围内。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，该方法还包括将所述距离d设置(SO)在固定位置处，使得所述输出信号的幅度小于所述输出信号在所述反射壁(3)与所述波产生和感测单元(2)之间发生谐振时的幅度。5.根据权利要求4所述的方法,其中在参考气体(G1J中传播的声波发生谐振。6.根据权利要求4或5所述的方法，其中设置所述距离d包括通过测微器或压电致动器沿轴(X)调整所述反射壁的位置。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，该方法还包括补偿(S6)所述气体检测器Cl)中的温度变化。8.根据权利要求7所述的方法，其中所述补偿(S6)包括沿与所述反射壁(3)的反射表面(8)垂直的轴(X)移动所述反射表面(8)，由此调整所述反射壁(3)与所述波气体产生和感测单元(2)之间的所述距离d。9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述移动包括利用被用于构造所述气体检测器(O的材料...

【专利技术属性】
技术研发人员：V·梅赛，
申请(专利权)人：GM诺登公司，
类型：
国别省市：