[发明专利]一种基于声速谱线的拐点探测气体成分的方法

权利要求书

1.一种基于声速谱线的拐点探测气体成分的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

S1.对于不同种类的混合气体，计算每种混合气体在不同环境温度、不同浓度比例的情形下的声速谱线拐点，该混合气体在所有情形下的拐点构成该混合气体的声速有效探测区域，所有种类混合气体的声速有效探测区域构成最终的声速有效探测区域；

S2.计算待测气体的声速谱线拐点；

S3.在最终的声速有效探测区域定位待测气体声速谱线拐点，分析得到待测气体成分；

步骤S2中待测气体的声速谱线计算包括以下步骤：

S201.使用工作频率分别为f₁、f₂、f₃的三个超声波传感器，测量待测气体的声速，测得声速分别为c₁、c₂、c₃；

S202.根据ω＝2πf计算声波角频率ω₁、ω₂、ω₃；

S203.将三组声速和声波角频率代入声速谱线表达式得到方程组；

S204.解方程组，求得τ、c_S²(∞)、ε；

S205.将计算得到τ、c_S²(∞)、ε代入声速谱线表达式，得到待测气体的声速谱线表达式；

根据计算得到的待测气体的声速谱线表达式c_S(ω)，计算声速谱线的拐点坐标(f_m，c_S(ω_m))，包括以下步骤：

(1)根据该声速谱线表达式，分别令ω→0和ω→∞得到c_S²(∞)和c_S²(0)，拐点满足公式求解得到c_S(ω_m)，得到声速拐点的纵坐标；

(2)将c_S(ω_m)代入该声速谱线表达式，求解出唯一的声弛豫角频率ω_m，再根据公式求得声速谱线拐点的横坐标；

其中，c_s表示弛豫声速，ε表示弛豫强度，τ表示弛豫时间，ω＝2πf表示声波角频率，f表示超声波传感器的工作频率；c_S(∞)表示最大声速值。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中所述计算每种混合气体在不同环境温度、不同浓度比例的情形下的声速谱线拐点，该混合气体在所有情形下的拐点构成该混合气体的声速有效探测区域，具体包括：

首先，保持混合气体的浓度比例不变，然后将环境温度作为变化参数，其值从273K以1K为步长递增到323K，得到对应的声速拐点；其次，保持环境温度不变，让混合气体中的一种气体的浓度分别从1％以1％为步长递增到99％，得到对应的声速拐点；最后，将这些声速拐点坐标放在同一坐标系下创建一个对应的区域，称为该混合气体的声速有效探测区域。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据待测气体的声速谱线拐点所处分布区域确定该混合气体的种类。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据待测气体的声速谱线拐点坐标和当前环境温度，提取声速谱线，声速谱线对应的浓度比例即为该混合气体的浓度比例。