[发明专利]一种基于超声波相位差技术进行气体浓度检测方法

权利要求书

1.一种基于超声波相位差技术进行气体浓度检测方法，其特征在于，所述基于超声波相位差技术进行气体浓度检测方法包括以下步骤：

步骤一、得到结论：混频前与混频后相位差相同；

步骤二、利用所述结论，选择频率与已知矩形波信号x₁(t)与x₂(t)频率接近的矩形波信号y(t)，令y(t)分别与x₁(t)与x₂(t)混频并经低通滤波后，获得两个低频信号，通过求取所述两个低频信号相位差，实现将原本对两个高频超声波信号相位差的检测转换为对极低频率相位差的检测。

2.根据权利要求1所述的一种基于超声波相位差技术进行气体浓度检测方法，其特征在于，在步骤一中，所述结论通过以下方法得到：

在设超声波信号频率为f，测量腔内超声波接收处理后时域矩形波信号为x₁(t)，周期为T₁，脉宽为τ₁，参考腔内超声波接收处理后时域矩形波信号为x₂(t)，由于参考腔与测量腔超声波为具有相位差的同一超声波源信号，因此参考腔超接收到的声波时域波形信号也为周期为T₁，脉宽为τ₁，

假设参考腔内接受信号滞后测量腔信号时间差为Δt，角频率ω₁，则参考腔与测量腔接收信号相位差对超声波时域信号进行比较处理转为矩形波信号，设x₁(t)与x₂(t)的占空比为取另一个矩形波信号频率y(t)，角频率ω₂，令ω₂略小于ω₁，占空比为令y(t)幅值等于x₁(t)与x₂(t)的幅值K：

由傅里叶级数其中可知，

x₁(t)傅里叶级数为：

又：有则：由于x₁(t)是偶函数，则b_n＝0，

相应x₁(t)的傅里叶级数展开为：

把x₂(t)看成是x₁(t)时域右移x后得到的函数，

则x₂(t)的傅里叶级数展开为：

同理y(t)的傅里叶级数展开为：

令x₁(t)与x₂(t)分别与y(t)混频相乘，得到新函数K₁(t)与K₂(t)，

其中

整理得：

其中，cos(ω₁-ω₂)t与cos[(ω₁-ω₂)t-ω₁Δt]分别为K₁(t)与K₂(t)的傅里叶级数项中低频项，其他频率项均为远高于(ω₁-ω₂)的高频项，而K₁(t)与K₂(t)分别通过低频滤波后，只留下该低频项，因此，

x₁(t)与x₂(t)分别与y(t)混频并通过低通滤波后，所得新信号函数K₁(t)与K₂(t)相位差仍然为且K₁(t)与K₂(t)角频率转为ω₁-ω₂，为低频信号，因此得出结论：混频前与混频后相位差相同。