[发明专利]用于气体分析的系统、方法和计算机程序产品

说明书

表面声波的准直光束(23)在穿过敏感膜(25)以吸收感测气体的同时在压电基板(22)上传播。信号处理单元(40)向传感器电极(24)发送激发突发信号以激发准直光束(23)，在准直光束(23)传播之后接收第一返回突发信号和第二返回突发信号，并通过背景气体的目标泄漏因数以及参考气体参数与参考气体的参考泄漏因数之间的关系计算目标气体参数，该泄漏因数分别使用第一返回突发信号和第二返回突发信号的波形数据由第一返回突发信号的第一衰减和第二返回突发信号的第二衰减提供。

技术领域

本发明涉及用于使用表面声波(SAW)传感器，并且尤其是使用球形SAW传感器进行气体分析的系统、方法和计算机程序产品。

背景技术

在油气工业中，使用了天然气中的痕量水分传感器，但是背景气体中成分的变化降低了传感器的精度。当气体生产条件改变时，成分发生变化。而且，背景气体的组成是评估热值的重要参数。因此，通常通过气相色谱法(GC)来测量背景气体的组成，但是GC是大型且昂贵的设备。

如非专利文献(NPL)1所述，已经开发了球形SAW传感器并将其应用于痕量水分传感器。在球形SAW传感器中，可使在特定条件下在球面上激发的SAW自然地准直，并且可实现沿着球的赤道的多次往返。因此，基于SAW的多次往返效应的球形传感器可提供高性能，例如高灵敏度和宽感测范围。此外，在非专利文献2中，描述了由于在固体和单原子气体之间的边界处的传播而引起的SAW衰减。此外，在非专利文献3中，描述了气体对SAW衰减的频率依赖性。

正如非专利文献4中所报道的那样，在一种新的氢运输技术中，将氢注入天然气并输送到天然气管道系统中。在该技术中，需要快速测量浓度在10％以下的氢浓度。尽管使用声速测量、热导率测量和红外光谱法来分析天然气，但无法提供快速、精确的氢气传感器。

引文列表

非专利文献

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

[非专利文献2]：A.J.Slobodnik,Jr.:J.Appl.Phys.,43,2565(1972)。

[非专利文献3]：S.J.Martin,et al.:Anal.Chem.66,2201(1994)。

[非专利文献4]：A.Witkowski,et al.:J.Press.Vessels Pip.166,24(2018)。

发明内容

技术问题

鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种用于气体分析的系统、方法和计算机程序产品，其有助于在短时间内高精度地测量气体种类和浓度。

问题的解决方法

本发明的第一方面在于一种用于气体分析的系统，其包括：(a)传感器，该传感器具有：压电基板；传感器电极，被配置为产生第一频率和第二频率的表面声波的准直光束，该准直光束在压电基板上传播；以及敏感膜，被配置为吸收背景气体中包含的感测气体，该敏感膜沉积在准直光束通过的位置中；和(b)信号处理单元，该信号处理单元具有：信号发生器，被配置为向传感器电极发送激发突发信号，以激发准直光束；信号接收器，被配置为在准直光束已经在压电基板上传播之后，通过传感器电极接收准直光束的第一返回突发信号和第二返回突发信号，第一返回突发信号具有第一频率，并且第二返回突发信号具有第二频率；和数据处理器，被配置为通过背景气体的目标泄漏因数以及参考气体的参考气体参数与参考气体的参考泄漏因数之间的关系计算目标气体参数，泄漏因数使用第一返回突发信号和第二返回突发信号的波形数据由第一返回突发信号的第一衰减第二返回突发信号的第二衰减提供。