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原文传递用于测量气体浓度的系统、方法和计算机程序产品

专利名称：	用于测量气体浓度的系统、方法和计算机程序产品
摘要：	提供了用于测量气体浓度的系统和方法。球传感器(2)生成包括第一频率的基波和第二频率的谐波的表面声波的准直波束，准直波束在穿过吸附目标气体的敏感膜的同时通过压电球上的轨道路径传播。温度控制单元控制球传感器(2)的球温。信号处理单元(40)将突发信号发送到球传感器(2)的传感器电极以激发准直波束，在准直波束围绕压电球传播预定匝数之后接收突发信号，并使用突发信号的波形数据，通过第一频率的延迟时间的第一相对变化和第二频率的延迟时间的第二相对变化分别计算气体浓度和球温。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	日本;JP
申请人：	球波株式会社
发明人：	山中一司;赤尾慎吾;竹田宣生;辻俊宏;大泉透;塚原祐辅
专利状态：	有效
申请日期：	2017-11-06T00:00:00+0800
发布日期：	2019-06-14T00:00:00+0800
申请号：	CN201780066777.X
公开号：	CN109891230A
代理机构：	北京康信知识产权代理有限责任公司
代理人：	梁丽超
分类号：	G01N29/02(2006.01);G;G01;G01N;G01N29
申请人地址：	日本宫城县
主权项：	1.一种用于测量气体浓度的系统，包括：球传感器，具有：压电球，传感器电极，被配置为生成包括第一频率的基波和第二频率的谐波的表面声波的准直波束，所述准直波束通过所述压电球上的轨道路径传播，和敏感膜，沉积在所述压电球上，被配置为吸附目标气体，所述敏感膜布置在所述表面声波的准直波束通过的位置；以及信号处理单元，具有：信号发生器，被配置为将突发信号发送到所述传感器电极，以激发在所述压电球周围传播的所述准直波束，信号接收器，被配置为在所述准直波束围绕所述压电球传播预定匝数之后通过所述传感器电极接收所述准直波束的突发信号，和波形数据处理器，被配置为使用所述突发信号的波形数据，分别通过所述第一频率的延迟时间的第一相对变化和所述第二频率的延迟时间的第二相对变化来计算球温和所述目标气体的气体浓度。 2.根据权利要求1所述的系统，其中，在计算所述气体浓度和所述球温时，所述波形数据处理器通过所述第一相对变化和所述第二相对变化来计算延迟时间的第一客观变化和第二客观变化，所述第一客观变化由于所述气体浓度引起，所述第二客观变化由于所述球温引起。 3.根据权利要求1或2所述的系统，其中，使用所述基波的延迟时间和由于所述气体浓度和所述球温引起的所述基波的所述延迟时间的变化来计算所述第一相对变化，并且使用所述谐波的延迟时间和由于所述气体浓度和所述球温引起的所述谐波的所述延迟时间的变化来计算所述第二相对变化。 4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述第一相对变化和所述第二相对变化由下式给出： Delta-t1＝Delta-Tau1/Tau1，和 Delta-t2＝Delta-Tau2/Tau2，这里， Delta-t1和Delta-t2分别是在所述第一频率的所述第一相对变化和在所述第二频率的所述第二相对变化， Tau1和Tau2分别是所述基波的延迟时间和所述谐波的延迟时间，并且 Delta-Tau1和Delta-Tau2分别是所述基波的所述延迟时间的变化和所述谐波的所述延迟时间的变化。 5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述第一客观变化和所述第二客观变化由下式给出： Delta-tW＝Delta-t2-CDelta-t1，和 Delta-tT＝{(f2/f1)Delta-t1-Delta-t2}/{(f2/f1)-C}，这里， Delta-tW和Delta-tT分别是所述第一客观变化和所述第二客观变化， f1和f2分别是所述第一频率和所述第二频率， C＝A2/A1是温度系数比，并且 A1和A2分别是在所述第一频率的温度系数和在所述第二频率的温度系数，并且其中，所述球温TB由下式给出： Delta-tT＝A1(TB-TREF) 这里， TREF是参考球温，在其处所述第二客观变化Delta-tT为零。 6.根据权利要求1至5中任一项所述的系统，其中，所述谐波是三次谐波或五次谐波。 7.根据权利要求1至6中任一项所述的系统，其中，所述目标气体是水蒸气，并且所述敏感膜是二氧化硅膜。 8.根据权利要求1至7中任一项所述的系统，还包括温度控制单元，所述温度控制单元被配置为控制所述球传感器的球温。 9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述温度控制单元包括：珀耳帖元件，用于加热和冷却所述球传感器；热敏电阻，用于检测所述珀耳帖元件的监测温度；以及温度控制器，用于通过使用所述监测温度来控制所述珀耳帖元件。 10.根据权利要求8所述的系统，其中，所述温度控制单元包括：珀耳帖元件，用于加热和冷却所述球传感器，温度控制器，用于通过使用计算的球温来控制所述珀耳帖元件。 11.一种使用球传感器测量气体浓度的方法，所述球传感器在压电球上具有生成表面声波的传感器电极和吸附目标气体的敏感膜，所述方法包括：使包含所述目标气体的气体流入其中所述球传感器就位的传感器单元中；将突发信号发送到所述传感器电极，以激发包括第一频率的基波和第二频率的谐波的表面声波的准直波束，所述准直波束在穿过沉积在所述压电球上的轨道路径上的所述敏感膜的同时通过所述轨道路径反复传播；在所述准直波束围绕所述压电球传播预定匝数之后，通过所述传感器电极接收所述准直波束的突发信号；以及通过所述突发信号的波形数据分别计算所述第一频率的延迟时间的第一相对变化和所述第二频率的延迟时间的第二相对变化，以便计算球温和所述目标气体的气体浓度。 12.根据权利要求11所述的方法，还包括：在计算所述球温后，将所述球温与先前测量的球温之间的温度变化与阈值进行比较；并且当所述温度变化等于或小于所述阈值时，将所述气体浓度和所述球温的计算值记录为测量值。 13.根据权利要求11或12所述的方法，其中，在计算所述气体浓度和所述球温时，使用所述第一相对变化和所述第二相对变化来计算由于所述气体浓度引起的延迟时间的第一客观变化和由于所述球温引起的延迟时间的第二客观变化。 14.根据权利要求11至13中任一项所述的方法，其中，使用所述基波的延迟时间和由于所述气体浓度和所述球温引起的所述基波的所述延迟时间的变化来计算所述第一相对变化，并且使用所述谐波的延迟时间和由于所述气体浓度和所述球温引起的所述谐波的所述延迟时间的变化来计算所述第二相对变化。 15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述第一相对变化和所述第二相对变化由下式给出： Delta-t1＝Delta-Tau1/Tau1，和 Delta-t2＝Delta-Tau2/Tau2，这里， Delta-t1和Delta-t2分别是在所述第一频率的所述第一相对变化和在所述第二频率的所述第二相对变化， Tau1和Tau2分别是所述基波的延迟时间和所述谐波的延迟时间，并且 Delta-Tau1和Delta-Tau2分别是所述基波的所述延迟时间的变化和所述谐波的所述延迟时间的变化。 16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述第一客观变化和所述第二客观变化由下式给出： Delta-tW＝Delta-t2-CDelta-t1，和 Delta-tT＝{(f2/f1)Delta-t1-Delta-t2}/{(f2/f1)-C}，这里， Delta-tW和Delta-tT分别是所述第一客观变化和所述第二客观变化， f1和f2分别是所述第一频率和所述第二频率， C＝A2/A1是温度系数比，并且 A1和A2分别是在所述第一频率的温度系数和在所述第二频率的温度系数，并且其中，所述球温TB由下式给出 Delta-tT＝A1(TB-TREF) 这里， TREF是参考球温，在其处所述第二客观变化Delta-tT为零。 17.根据权利要求11至16中任一项所述的方法，其中，所述谐波是三次谐波或五次谐波。 18.根据权利要求11至17中任一项所述的方法，其中，所述目标气体是水蒸气，并且所述敏感膜是二氧化硅膜。 19.根据权利要求11至18中任一项所述的方法，还包括：在使所述气体流动之前，将所述球传感器的球温控制到设定温度。 20.一种包含在计算机可读介质上的计算机程序产品，用于使用球传感器测量气体浓度，所述球传感器在压电球上具有生成表面声波的传感器电极和吸附目标气体的敏感膜，所述计算机程序产品包括：使包含所述目标气体的气体流入其中所述球传感器就位的传感器单元中的指令；将突发信号发送到所述传感器电极以激发包括第一频率的基波和第二频率的谐波的表面声波的准直波束的指令，所述准直波束在穿过沉积在所述压电球上的轨道路径上的所述敏感膜的同时通过所述轨道路径反复传播；在所述准直波束围绕所述压电球传播预定匝数之后，通过所述传感器电极接收所述准直波束的突发信号的指令；以及通过所述突发信号的波形数据分别计算所述第一频率的延迟时间的第一相对变化和所述第二频率的延迟时间的第二相对变化，以便计算球温和所述目标气体的气体浓度的指令。
所属类别：	发明专利