基于聲弛豫吸收譜線峰值點的氣體傳感技術(shù)研究.pdf

1、氣體傳感技術(shù)在工業(yè)過程控制、環(huán)境污染治理、化工石油等領(lǐng)域有著重要的地位?；诔曁匦缘臍怏w傳感技術(shù)具有可實時檢測、快速響應、結(jié)構(gòu)簡單及工作穩(wěn)定等突出的優(yōu)勢，因此在近幾年成為最有潛力的氣體傳感技術(shù)之一。設計制造可實時定性定量檢測未知氣體的智能超聲波傳感器，其先決條件是找到適合實際應用的氣體超聲參量，并基于該參量建立探測理論模型。
　　本文首先對超聲氣體傳感技術(shù)應用背景、研究現(xiàn)狀進行了介紹，并分析了超聲氣體傳感技術(shù)現(xiàn)階段所存在的問題，

2、然后從以下三個方面開展研究工作：
　　第一，傳統(tǒng)的超聲氣體傳感技術(shù)主要依賴于整條聲弛豫吸收譜線，通過觀察譜線的變化來進行氣體實時的監(jiān)測。針對實際探測中整條聲弛豫吸收譜線很難獲得的問題，引入了聲弛豫吸收譜線峰值點這一新的探測參量?；诼暢谠ノ兆V線峰值點坐標可以由兩個頻率點處聲速值和聲吸收系數(shù)值恢復這一基本物理事實，給出了基于譜線峰值點坐標定位的氣體探測方法。該方法將環(huán)境溫度和氣體濃度作為一組二維參量，構(gòu)建了混合氣體的有效弛豫區(qū)域，

3、通過兩點探測方法，將測得的實驗值定位到有效弛豫區(qū)域中，即可得到未知氣體組分和濃度信息。
　　第二，當混合氣體中同時存在兩種強弛豫特性的氣體時，解耦合模型是無法準確預測混合氣體聲弛豫吸收譜線峰值點的，這也造成了有效弛豫區(qū)域預測的不準確性。本文對解耦合模型做了進一步的拓展，將多個解耦合后的單一弛豫時間再次耦合到一起計算得到混合氣體的總弛豫時間。耦合弛豫時間模型的提出，避免了解耦合模型錯誤地將第一弛豫時間作為總弛豫時間計算峰值點坐標，所

4、預測得到的理論峰值點結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)更為吻合。
　　第三，本文將耦合弛豫時間理論應用到基于峰值點探測方法中，給出了如何構(gòu)建混合氣體的有效弛豫區(qū)域，然后基于二氧化碳-氮氣和甲烷-氮氣中的仿真實驗結(jié)果，驗證了耦合弛豫時間理論模型可有效取代解耦合模型進行未知氣體探測區(qū)域的構(gòu)造。此外，對于同時存在兩種強弛豫過程的混合氣體，如二氧化碳-甲烷混合氣體，本文所提出的耦合弛豫時間理論模型預測得到的峰值點坐標比解耦合模型的預測結(jié)果更符合實際中兩點探測