[发明专利]一种基于超声波换能器的通用气体测量方法及装置

权利要求书

1.一种基于超声波换能器的通用气体测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)根据超声波信号在待测气体气氛环境下的传播距离与传播时间，获取超声波信号在待测气体中的传播速度；

(2)根据在待测气体气氛环境下发送的超声波信号与接收到的超声波信号的电压比值与传播距离之比，获取待测气体的声衰减系数；

(3)根据超声波波长、超声波换能器的半径、发射的超声波信号经超声换能器转换后的电压信号波形峰峰值、以及接收的超声波信号经超声换能器转换后的电压信号波形峰峰值，对所述声衰减系数进行校正；

其中，超声波波长由所述传播速度除以频率得到；

(4)改变待测气体气氛环境的压强，以及超声波信号发射端与接收端的距离，重复步骤(1)～(3)，获取多个频率、多个压强、以及多个收发距离下的声衰减系数并校正；校正后的声衰减系数

其中，V_e是发送的超声波信号经超声波换能器转换后的电压信号波形的峰峰值，V_r是接收端的超声波信号经超声波换能器转换后的电压信号波形的峰峰值，λ为待测气体不同频率下声波的波长，R为超声波换能器的半径，x为超声波发射端与接收端之间的距离；

绘制校正后的声衰减系数关于超声波频率的谱线图，通过将所绘制的谱线图与预设样本库中的谱线比较，确定待测气体的种类和浓度；其中，收发距离是指超声波信号发射端与接收端之间的距离。

2.如权利要求1所述的通用气体测量方法，其特征在于，在获取传播速度的步骤中，利用步进电机来控制超声波发送端与接收端之间的距离，利用步进电机的相数、拍数、步距角、细分获取超声波的准确传播距离x；

利用在接收端检测到的电压信号波形，获取超声波在其发送端与接收端之间传播的传播时间t；根据传播距离与传播时间获取传播速度

3.如权利要求2所述的通用气体测量方法，其特征在于，待测气体的声衰减系数

其中，

4.如权利要求2所述的通用气体测量方法，其特征在于，衰减系数其中，V_r是接收端的超声波信号经超声波换能器转换后的电压信号波形的峰峰值。

5.如权利要求4所述的通用气体测量方法，其特征在于，采集多组发送的超声波信号经转换后的电压信号波形的峰峰值、多组接收到的超声波信号经转换后的电压信号波形的峰峰值；

根据多组峰峰值来获取多组(V，x)数据；根据多组(V，x)数据来计算声衰减系数，以减小电压信号波形峰峰值测量误差和传播距离x的测量误差对声衰减系数的影响；其中，

6.如权利要求4所述的通用气体测量方法，其特征在于，通过改变待测气体的压强来反向获得超声波频率的改变，以扩大超声波频率范围。