双频气体浓度与流量的测试方法与流程

本申请涉及氢气检测，尤其涉及一种双频气体浓度与流量的测试方法。

背景技术：

1、氢气是一种高效无污染的清洁能源，在化工、冶金等领域应用广泛。氢气具有无色无味、易燃易爆等特性，一旦达到了爆炸下限，即与空气混合浓度为4％时，就会引发爆炸导致极为严重的后果。因此，对氢气进行实时、准确的测量是极为重要的。

2、目前氢气传感器主要有电化学传感器、催化式传感器、热导式传感器、光纤传感器以及声学传感器等。电化学传感器功耗低、精度高，但存在精度受环境因素影响、使用寿命不长等问题。催化式传感器在气体浓度高时存在燃爆等安全隐患。光纤式气体传感器检测精度高、灵敏度高，但成本高。声学传感器具有可靠性高、工作寿命长和成本低等优点。其中声速气体测量方法的声气体传感器具有响应速度快、低功耗以及检测范围宽等优势，在气体检测领域具有极大的潜力。

3、但采用声速气体测量方法进行实际气体测量时，由于存在不同的环境干扰，例如温漂、振动、电磁干扰等，或者测量装置经过长期工作后导致性能衰减，上述情况均会影响到测量精度。

技术实现思路

1、本申请的目的旨在提供一种双频气体浓度与流量的测试方法，其采用了气体浓度与流量测试的管道装配结构，即在同一管道中设置不同频率的超声波传感器来进行气体检测，通过将不同频率传感器检测获得的超声波衰减率进行比差抵消环境干扰，实现对气体成分、浓度的精确测量。

2、为了实现上述目的，本申请提供以下技术方案：

3、一种双频气体浓度与流量的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

4、在气体浓度与流量测试的管道装配结构的同一管道本体上设置两组不同频率的超声波收发传感器；

5、驱动两组不同频率的超声波收发传感器在相同管段固定声程下工作，分别获得两组超声波收发传感器的信号传输时间和回波幅值；

6、根据上述测得的回波幅值来分别计算得到两组不同频率的超声波收发传感所传输的超声波的衰减率；

7、结合上述计算所得衰减率拟合衰减曲线来确定管道内的气体浓度，利用超声波收发传感器检测的超声波信号传输时间来获得气体流量。

8、进一步设置：所述其中，u0为超声波为发射时的初始回波，u为超声波经过气体衰减后被接收的实际回波，l为超声波的声程。

9、进一步设置：所述超声波收发传感器检测气体在管道内的顺流传输时间和逆流传输时间，根据顺流传输时间和逆流传输时间的时间差来获得气体流量。

10、进一步设置：两组所述超声波传感器的工作频率分别为200khz和500khz。

11、进一步设置：所述气体浓度与流量测试的管道装配结构包括管道本体及设于管道本体上的两组超声波收发传感器，每组所述超声波收发传感器包括两个相互配对的超声波传感器，且各组所述超声波收发传感器的信号传输距离相等。

12、进一步设置：每组所述超声波收发传感器的两个超声波传感器位于所述管道本体的同一侧时，其超声波的传输路径呈v字形状。

13、进一步设置：两组所述超声波收发传感器均位于所述管道本体的同一侧时，两组超声波的传输路径的v字开口方向相同。

14、进一步设置：两组的所述超声波收发传感器位于所述管道本体的不同侧时，两组超声波传输路径的v字开口方向相反。

15、进一步设置：所述超声波收发传感器的两个超声波传感器分别位于所述管道本体的对称两侧，所述超声波收发传感器的超声波信号的传输路径为直线，且两组所述超声波收发传感器的超声波传输路径相互平行。

16、相比现有技术，本申请的方案具有以下优点：

17、在本申请涉及的双频气体浓度与流量的测试方法中，通过采用了气体浓度与流量测试的管道装配结构，即通过在同一管道中设置不同频率的传感器，可分别测定在相同环境下、不同频率超声波的衰减程度，利用不同频率下超声波的衰减差来抵消环境、线路等方面因素的干扰，继而实现高精度的气体测量。

18、本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

技术特征：

1.一种双频气体浓度与流量的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的双频气体浓度与流量的测试方法，其特征在于，所述其中，u0为超声波为发射时的初始回波，u为超声波经过气体衰减后被接收的实际回波，l为超声波的声程。

3.根据权利要求2所述的双频气体浓度与流量的测试方法，其特征在于，所述超声波收发传感器检测气体在管道内的顺流传输时间和逆流传输时间，根据顺流传输时间和逆流传输时间的时间差来获得气体流量。

4.根据权利要求2所述的双频气体浓度与流量的测试方法，其特征在于，两组所述超声波传感器的工作频率分别为200khz和500khz。

5.根据权利要求1所述的双频气体浓度与流量的测试方法，其特征在于，所述气体浓度与流量测试的管道装配结构包括管道本体及设于管道本体上的两组超声波收发传感器，每组所述超声波收发传感器包括两个相互配对的超声波传感器，且各组所述超声波收发传感器的信号传输距离相等。

6.根据权利要求5所述的双频气体浓度与流量的测试方法，其特征在于，每组所述超声波收发传感器的两个超声波传感器位于所述管道本体的同一侧时，其超声波的传输路径呈v字形状。

7.根据权利要求6所述的双频气体浓度与流量的测试方法，其特征在于，两组所述超声波收发传感器均位于所述管道本体的同一侧时，两组超声波的传输路径的v字开口方向相同。

8.根据权利要求6所述的双频气体浓度与流量的测试方法，其特征在于，两组的所述超声波收发传感器位于所述管道本体的不同侧时，两组超声波传输路径的v字开口方向相反。

9.根据权利要求5所述的双频气体浓度与流量的测试方法，其特征在于，所述超声波收发传感器的两个超声波传感器分别位于所述管道本体的对称两侧，所述超声波收发传感器的超声波信号的传输路径为直线，且两组所述超声波收发传感器的超声波传输路径相互平行。

技术总结
本申请提供一种双频气体浓度与流量的测试方法，其包括以下步骤：在气体浓度与流量测试的管道装配结构的同一管道本体上设置两组不同频率的超声波收发传感器；驱动两组不同频率的超声波收发传感器在相同管段固定声程下工作，分别获得两组超声波收发传感器的信号传输时间和回波幅值；根据衰减率计算公式来分别计算得到两组不同频率的超声波收发传感所传输的超声波的衰减率；通过比较上述步骤获得的衰减值拟合衰减曲线来确定管道内的气体成分和浓度。

技术研发人员：朱兆焱,张曙光,叶勇勇,廖新勤,叶龙芳,刘娜,卓建亮
受保护的技术使用者：肇庆奥迪威传感科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15