[發明專利]基于超聲波雙頻相位差的氫氣測量系統及方法在審
| 申請號： | 202110251272.9 | 申請日： | 2021-03-08 |
| 公開（公告）號： | CN113030248A | 公開（公告）日： | 2021-06-25 |
| 發明（設計）人： | 丁欣;施云波;孫慧;丁喜波 | 申請（專利權）人： | 哈爾濱理工大學 |
| 主分類號： | G01N29/02 | 分類號： | G01N29/02;G01N29/44 |
| 代理公司： | 哈爾濱華夏松花江知識產權代理有限公司 23213 | 代理人： | 岳昕 |
| 地址： | 150080 黑龍*** | 國省代碼： | 黑龍江;23 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關鍵詞： | 基于 超聲波 雙頻 相位差 氫氣 測量 系統 方法 | ||
1.基于超聲波雙頻相位差的氫氣測量系統，其特征在于，包括：
超聲波測量模塊，用于測量當前環境下的氣體濃度，輸出為電信號；超聲波測量模塊包括超聲波換能器和雙通道超聲波測量結構，雙通道是兩個在結構和長度上完全一致的聲波導管，雙通道包括測量通道1、參比通道2；其中測量通道1與外界相通，用于進出待測氣體；參比通道2密封，內部介質為純凈空氣；
信號處理模塊，用于將超聲波測量模塊1輸出的電信號轉換為幅值的方波信號；
檢相模塊，用于將所述方波信號轉換為相位差信號；
微處理器，產生用于驅動超聲波換能器的頻率信號；以及根據檢相模塊傳遞的相位差信號進行雙頻相位差法數據處理，根據相位差信號的跨周期數N以及對應的測量相位差確定氫氣濃度值；
超聲波驅動模塊，用于將微處理器發送的頻率信號進行放大并提供給超聲波測量模塊中的超聲波換能器。
2.根據權利要求1所述的基于超聲波雙頻相位差的氫氣測量系統，其特征在于，所述超聲波測量模塊輸出的電信號為正弦波信號。
3.基于超聲波雙頻相位差的氫氣測量方法，其特征在于，包括以下步驟：
發射頻率為f1的超聲波信號，信號分別經過測量通道1、參比通道2后對信號進行接收，對頻率為f1的超聲波信號相位差進行測量；測量通道1與外界相通，用于進出待測氣體，參比通道2密封，內部介質為純凈空氣；
發射頻率為f2的超聲波信號，信號分別經過測量通道1、參比通道2后對信號進行接收，對頻率為f2的超聲波信號相位差進行測量；測量通道1、參比通道2是兩個在結構和長度上完全一致的聲波導管，即雙通道；
頻率為f2的超聲波信號、頻率為f1的超聲波信號為不同頻率信號，頻率高的簡稱高頻信號，頻率低的簡稱低頻信號；
基于兩次信號的相位差確定雙通道信號的跨周期數以及實際相位差，通過雙通道信號跨周期數以及實際相位差實現氫氣的測量。
4.根據權利要求3所述的基于超聲波雙頻相位差的氫氣測量方法，其特征在于，通過雙通道信號跨周期數以及實際相位差實現氫氣的測量的過程中，雙通道信號跨周期數以及實際相位差與氫氣濃度的關系如下：
其中N為雙通道信號跨周期數，對應N1或N2；雙通道信號測量相位差，對應或式中A、B均為常數。
5.根據權利要求4所述的基于超聲波雙頻相位差的氫氣測量方法，其特征在于，氫氣濃度x與跨周期數N和對應的相位差的關系模型中的常數A、B分別如下：
其中，f為超聲波頻率，分別對應為f1、f2；γ為比熱比；R為摩爾氣體常數，T為開氏溫度；M為摩爾質量，MH2和Mair分別為氫氣和空氣的摩爾質量。
6.根據權利要求5所述的基于超聲波雙頻相位差的氫氣測量方法，其特征在于，比熱比γ＝CP/CV，其中CP和CV分別為定壓比熱容和定容比熱容。
7.根據權利要求6所述的基于超聲波雙頻相位差的氫氣測量方法，其特征在于，比熱比γ取值為1.405。
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