基于聲弛豫吸收譜線峰值點(diǎn)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(shí)時(shí)檢測、快速響應(yīng)、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(shè)計(jì)制造可實(shí)時(shí)定性定量檢測未知?dú)怏w的智能超聲波傳感器，其先決條件是找到適合實(shí)際應(yīng)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(yīng)用背景、研究現(xiàn)狀進(jìn)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(jìn)行氣體實(shí)時(shí)的監(jiān)測。針對實(shí)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(diǎn)這一新的探測參量?；诼暢谠ノ兆V線峰值點(diǎn)坐標(biāo)可以由兩個頻率點(diǎn)處聲速值和聲吸收系數(shù)值恢復(fù)這一基本物理事實(shí)，給出了基于譜線峰值點(diǎn)坐標(biāo)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(diǎn)探測方法，將測得的實(shí)驗(yàn)值定位到有效弛豫區(qū)域中，即可得到未知?dú)怏w組分和濃度信息。
　　第二，當(dāng)混合氣體中同時(shí)存在兩種強(qiáng)弛豫特性的氣體時(shí)，解耦合模型是無法準(zhǔn)確預(yù)測混合氣體聲弛豫吸收譜線峰值點(diǎn)的，這也造成了有效弛豫區(qū)域預(yù)測的不準(zhǔn)確性。本文對解耦合模型做了進(jìn)一步的拓展，將多個解耦合后的單一弛豫時(shí)間再次耦合到一起計(jì)算得到混合氣體的總弛豫時(shí)間。耦合弛豫時(shí)間模型的提出，避免了解耦合模型錯誤地將第一弛豫時(shí)間作為總弛豫時(shí)間計(jì)算峰值點(diǎn)坐標(biāo)，所

4、預(yù)測得到的理論峰值點(diǎn)結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)更為吻合。
　　第三，本文將耦合弛豫時(shí)間理論應(yīng)用到基于峰值點(diǎn)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?dú)夂图淄?氮?dú)庵械姆抡鎸?shí)驗(yàn)結(jié)果，驗(yàn)證了耦合弛豫時(shí)間理論模型可有效取代解耦合模型進(jìn)行未知?dú)怏w探測區(qū)域的構(gòu)造。此外，對于同時(shí)存在兩種強(qiáng)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(shí)間理論模型預(yù)測得到的峰值點(diǎn)坐標(biāo)比解耦合模型的預(yù)測結(jié)果更符合實(shí)際中兩點(diǎn)探測