[发明专利]检测气体的方法及用于该方法的气体检测器

说明书

技术领域

本发明总体上涉及气体检测领域。具体地，本发明涉及一种通过在待检测气体中传播的声波来检测气体的方法和气体检测器。

背景技术

气体是宝贵的自然资源，从经济方面以及从泄露的气体可能对于周围环境中带来的危险方面考虑，检测气体的泄露都是有益的。

当前的气体检测方法举例来说可依赖于对例如电磁辐射的波长的吸收（不同的气体具有不同的吸收频谱）、依赖于化学反应、薄膜的导电性或电容的变化。

这些方法的缺点是气体吸收的动力（kinetic）相当慢，从而限制这些吸收方法的应用领域。

更快速的方法是基于各种气体的物理属性。在色谱法中针对气体感测使用导热性，针对二氧化碳检测使用频谱的红外区域中的光吸收。针对氢检测，存在使用催化剂的方法。然而，与其它气体接触，催化剂可被污染，检测器的响应显著降低。

一些已知方法利用谐振腔中的谐振现象来检测谐振腔中气体的存在。当反射壁与例如腔中反射波的振荡器之间的距离d是半个波长的整数倍，即，

d=nλ2---(1),]]>

其中，n=1、2、3…时，发生谐振。因为声速在不同的气体中不同，所以气体中的振动的波长取决于气体，波长由如下关系给出：

λ=νf---(2),]]>

其中，v是声速，并且f是振动频率。

在1926年的物理学会汇编中公布的E.Griffiths的文章“A gas analysis instrument based on sound velocity measurements”中，描述了利用谐振的超声波方法。该文章描述了石英晶体和与该石英晶体平行的反射壁，所述石英晶体与所述反射壁一起形成谐振腔。石英晶体可以以40kHz频率在该腔体中产生机械纵向波。通过增大包括石英晶体的振荡电路的阳极电流来检测该腔体中的谐振。通过测量相邻谐振之间的距离（即，半个波长），确定不同气体中的声速以及气体混合物中气体的浓度。

然而，以上提到的方法均不能用于测量低气体浓度。

发明内容

因此，目的在于提供一种用于检测低浓度气体的气体检测方法和气体检测器。

本发明的总的思想在于利用传播速度，因此在气体中传播的声波的波长取决于气体的属性，即，对于不同气体来说，具有频率f的波将具有不同的传播速度，并因而具有不同的波长。

因此，根据本发明的第一方面，提供一种在气体检测器中检测气体的方法，所述气体检测器具有反射壁以及与所述反射壁相隔距离d的波产生和感测单元，其中，该方法包括以下连续过程：

通过所述波产生和感测单元产生声波，

透过所述气体向所述反射壁发射所述声波，其中所述声波被从所述反射壁向所述波产生和感测单元反射，由此产生沿相反方向传播的所述声波之间相消干涉，所述相长和相消干涉取决于所述声波的波长，所述声波的波长取决于所述气体，

通过所述波产生和感测单元检测所述声波，其中所述波产生和感测单元的动态电阻由于所述声波的波长的变化而改变，以及

通过确定所述波产生和感测单元的输出信号的幅度的变化来指示所述气体的存在，其中所述输出信号的幅度的变化与所述动态电阻的变化有关。

由于所述波产生和感测单元的所述动态电阻通常取决于谐振并因此取决于在所述波产生和感测单元与所述反射壁之间传播的波的波长，因此所述输出信号响应于检测波而改变。因此，随着动态电阻改变，所述波产生和感测单元的输出改变。

到此为止，通过本发明，可在主要包括第二类型气体（参考气体）的环境中检测低浓度气体。