[發明專利]用于氣體分析的系統、方法和計算機程序產品

有效

• 申請號: 201980004546.5
• 申請日: 2019-01-30
• 公開（公告）號: CN111094968B
• 公開（公告）日: 2022-09-06
• 發明（設計）人: 山中一司;竹田宣生;赤尾慎吾;辻俊宏;大泉透;福士秀幸;岡野達広;佐藤渚;塚原祐輔
• 申請（專利權）人: 球波株式會社
• 主分類號: G01N29/02
• 分類號: G01N29/02
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 王紅艷

表面聲波的準直光束(23)在穿過敏感膜(25)以吸收感測氣體的同時在壓電基板(22)上傳播。信號處理單元(40)向傳感器電極(24)發送激發突發信號以激發準直光束(23)，在準直光束(23)傳播之后接收第一返回突發信號和第二返回突發信號，并通過背景氣體的目標泄漏因數以及參考氣體參數與參考氣體的參考泄漏因數之間的關系計算目標氣體參數，該泄漏因數分別使用第一返回突發信號和第二返回突發信號的波形數據由第一返回突發信號的第一衰減和第二返回突發信號的第二衰減提供。

技術領域

本發明涉及用于使用表面聲波(SAW)傳感器，并且尤其是使用球形SAW傳感器進行氣體分析的系統、方法和計算機程序產品。

背景技術

在油氣工業中，使用了天然氣中的痕量水分傳感器，但是背景氣體中成分的變化降低了傳感器的精度。當氣體生產條件改變時，成分發生變化。而且，背景氣體的組成是評估熱值的重要參數。因此，通常通過氣相色譜法(GC)來測量背景氣體的組成，但是GC是大型且昂貴的設備。

如非專利文獻(NPL)1所述，已經開發了球形SAW傳感器并將其應用于痕量水分傳感器。在球形SAW傳感器中，可使在特定條件下在球面上激發的SAW自然地準直，并且可實現沿著球的赤道的多次往返。因此，基于SAW的多次往返效應的球形傳感器可提供高性能，例如高靈敏度和寬感測范圍。此外，在非專利文獻2中，描述了由于在固體和單原子氣體之間的邊界處的傳播而引起的SAW衰減。此外，在非專利文獻3中，描述了氣體對SAW衰減的頻率依賴性。

正如非專利文獻4中所報道的那樣，在一種新的氫運輸技術中，將氫注入天然氣并輸送到天然氣管道系統中。在該技術中，需要快速測量濃度在10％以下的氫濃度。盡管使用聲速測量、熱導率測量和紅外光譜法來分析天然氣，但無法提供快速、精確的氫氣傳感器。

引文列表

非專利文獻

[非專利文獻1]：K.Yamanaka,et al.:Institute of Electrical andElectronics Engineers(IEEE)Transactions on Ultrasonics,Ferroelectrics,andFrequency Control,vol.53(2006)pp.793。

[非專利文獻2]：A.J.Slobodnik,Jr.:J.Appl.Phys.,43,2565(1972)。

[非專利文獻3]：S.J.Martin,et al.:Anal.Chem.66,2201(1994)。

[非專利文獻4]：A.Witkowski,et al.:J.Press.Vessels Pip.166,24(2018)。

發明內容

技術問題

鑒于上述問題，本發明的目的是提供一種用于氣體分析的系統、方法和計算機程序產品，其有助于在短時間內高精度地測量氣體種類和濃度。

問題的解決方法

本發明的第一方面在于一種用于氣體分析的系統，其包括：(a)傳感器，該傳感器具有：壓電基板；傳感器電極，被配置為產生第一頻率和第二頻率的表面聲波的準直光束，該準直光束在壓電基板上傳播；以及敏感膜，被配置為吸收背景氣體中包含的感測氣體，該敏感膜沉積在準直光束通過的位置中；和(b)信號處理單元，該信號處理單元具有：信號發生器，被配置為向傳感器電極發送激發突發信號，以激發準直光束；信號接收器，被配置為在準直光束已經在壓電基板上傳播之后，通過傳感器電極接收準直光束的第一返回突發信號和第二返回突發信號，第一返回突發信號具有第一頻率，并且第二返回突發信號具有第二頻率；和數據處理器，被配置為通過背景氣體的目標泄漏因數以及參考氣體的參考氣體參數與參考氣體的參考泄漏因數之間的關系計算目標氣體參數，泄漏因數使用第一返回突發信號和第二返回突發信號的波形數據由第一返回突發信號的第一衰減第二返回突發信號的第二衰減提供。