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原文传递一种基于声速频散强度变化率的气体成分探测方法和系统

专利名称：	一种基于声速频散强度变化率的气体成分探测方法和系统
摘要：	本发明公开了一种基于声速频散强度变化率的气体成分探测方法，属于气体传感技术领域。首先在不同温度下，计算每种气体的最大和最小声速频散强度；再由各气体的最大和最小声速频散强度推算出该气体的最大和最小声速频散强度相对变化率；之后由最大和最小声速频散强度相对变化率构建有效探测区域；再由待测气体在不同频率点处的声速值推算待测气体声速频散强度，并由待测气体的声速频散强度推算出声速频散强度相对变化率；待测气体声速频散强度相对变化率所在的有效探测区域对应的气体种类即为待测气体的种类。本发明还实现了一种气体成分探测系统。本发明通过声速频散强度的变化率来探测气体成分，有效地降低了气体探测的复杂度和误差。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	湖北;42
申请人：	华中科技大学
发明人：	朱明;杨晶晶;杨芦慧
专利状态：	有效
申请日期：	2019-05-23T00:00:00+0800
发布日期：	2019-08-23T00:00:00+0800
申请号：	CN201910435757.6
公开号：	CN110161115A
代理机构：	华中科技大学专利中心
代理人：	李智;曹葆青
分类号：	G01N29/036(2006.01);G;G01;G01N;G01N29
申请人地址：	430074 湖北省武汉市洪山区珞喻路1037号
主权项：	1.一种基于声速频散强度变化率的气体成分探测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤： (1)在不同温度下，计算每种气体的最大和最小声速频散强度； (2)由各气体在不同温度下的最大和最小声速频散强度推算出该气体在不同温度下的最大和最小声速频散强度相对变化率； (3)由不同温度下的最大声速频散强度相对变化率和最小声速频散强度相对变化率构建有效探测区域； (4)由待测气体在不同频率点处的声速值推算待测气体声速频散强度，并由待测气体在不同温度下的声速频散强度推算出声速频散强度相对变化率； (5)待测气体的声速频散强度相对变化率所在的有效探测区域对应的气体种类即为待测气体的种类。 2.根据权利要求1所述的一种基于声速频散强度变化率的气体成分探测方法，其特征在于，所述步骤(1)具体为：最大声速频散强度为：最小声速频散强度为其中，R是摩尔气体常数或普适气体常数，大小为8.31J·mol-1·K-1，表示外部热容，表示第i个弛豫过程的过程热容。 3.根据权利要求2所述的一种基于声速频散强度变化率的气体成分探测方法，其特征在于，所述步骤(2)和(4)中推算不同温度下声速频散强度相对变化率具体为：其中，Tm表示气体所处环境温度，T0表示基准温度，ε(Tm)和ε(T0)分别表示在温度Tm和T0下的声速频散强度。 4.根据权利要求3所述的一种基于声速频散强度变化率的气体成分探测方法，其特征在于，所述步骤(3)具体为：构建温度-速频散强度相对变化率的坐标系，在所述坐标系中标出气体在不同温度下的最大和最小声速频散强度相对变化率的坐标点，对分别对最大和最小声速频散强度相对变化率的坐标点进行线性拟合，得到最大和最小声速频散强度相对变化率曲线，最大和最小声速频散强度相对变化率曲线之间区域即为所述气体的有效探测区域。 5.根据权利要求4所述的一种基于声速频散强度变化率的气体成分探测方法，其特征在于，所述步骤(4)中推算待测气体声速频散强度具体为：根据下式列方程组求解待测气体中第i种气体的声速频散强度εi，其中，c2(ω)表示待测气体在频率ω点处的声速值；c2(∞)表示与弛豫无关的瞬时声速；N表示待测气体的中包含气体种类的总数；τi表示待测气体中第i种气体的弛豫时间；若待测气体是单一气体成分，则N＝1，上式中包含三个未知量，c2(∞)、ε和τ，将待测气体3个频率点处的声速值c2(ω1)，c2(ω2)和c2(ω3)代入上式中列出方程组，对方程组进行求解得到待测气体的声速频散强度ε；若待测气体是由N种气体混合而成，则上式中包含1+2N个未知量，c2(∞)、ε1，...，εN和τ1，...，τN，将待测气体1+2N个频率点处的声速值代入上式中列出方程组，对方程组进行求解得到混合待测气体中各气体的声速频散强度ε1，...，εN。 6.一种基于声速频散强度变化率的气体成分探测系统，其特征在于，所述系统包括以下部分：第一模块，用于在不同温度下，计算每种气体的最大和最小声速频散强度；第二模块，用于由各气体在不同温度下的最大和最小声速频散强度推算出该气体在不同温度下的最大和最小声速频散强度相对变化率；第三模块，用于由不同温度下的最大声速频散强度相对变化率和最小声速频散强度相对变化率构建有效探测区域；第四模块，用于由待测气体在不同频率点处的声速值推算待测气体声速频散强度，并由待测气体在不同温度下的声速频散强度推算出声速频散强度相对变化率；第五模块，用于判断待测气体成分，待测气体的声速频散强度相对变化率所在的有效探测区域对应的气体种类即为待测气体的种类。 7.根据权利要求6所述的一种基于声速频散强度变化率的气体成分探测系统，其特征在于，所述第一模块中最大声速频散强度为：最小声速频散强度为其中，R是摩尔气体常数或普适气体常数，大小为8.31J·mol-1·K-1，表示外部热容，表示第i个弛豫过程的过程热容。 8.根据权利要求7所述的一种基于声速频散强度变化率的气体成分探测系统，其特征在于，所述中第二模块和第四模块中推算不同温度下声速频散强度相对变化率具体为：其中，Tm表示气体所处环境温度，T0表示基准温度，ε(Tm)和ε(T0)分别表示在温度Tm和T0下的声速频散强度。 9.根据权利要求8所述的一种基于声速频散强度变化率的气体成分探测系统，其特征在于，所述第三模块具体用于：构建温度-速频散强度相对变化率的坐标系，在所述坐标系中标出气体在不同温度下的最大和最小声速频散强度相对变化率的坐标点，对分别对最大和最小声速频散强度相对变化率的坐标点进行线性拟合，得到最大和最小声速频散强度相对变化率曲线，最大和最小声速频散强度相对变化率曲线之间区域即为所述气体的有效探测区域。 10.根据权利要求9所述的一种基于声速频散强度变化率的气体成分探测系统，其特征在于，所述第四模块中推算待测气体声速频散强度具体为：根据下式列方程组求解待测气体中第i种气体的声速频散强度εi，其中，c2(ω)表示待测气体在频率ω点处的声速值；c2(∞)表示与弛豫无关的瞬时声速；N表示待测气体的中包含气体种类的总数；τi表示待测气体中第i种气体的弛豫时间；若待测气体是单一气体成分，则N＝1，上式中包含三个未知量，c2(∞)、ε和τ，将待测气体3个频率点处的声速值c2(ω1)，c2(ω2)和c2(ω3)代入上式中列出方程组，对方程组进行求解得到待测气体的声速频散强度ε；若待测气体是由N种气体混合而成，则上式中包含1+2N个未知量，c2(∞)、ε1，...，εN和τ1，...，τN，将待测气体1+2N个频率点处的声速值代入上式中列出方程组，对方程组进行求解得到混合待测气体中各气体的声速频散强度ε1，...，εN。
所属类别：	发明专利