專利名稱：一種檢測(cè)微量六氟化硫濃度的聲學(xué)方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用不同氣體對(duì)聲波產(chǎn)生的不同衰減的現(xiàn)象進(jìn)行氣體濃度檢測(cè)的方法和裝置，尤其涉及一種檢測(cè)空氣中微量六氟化硫含量的方法及相應(yīng)裝置。
背景技術(shù)：
六氟化硫作為性能優(yōu)越的絕緣氣體，已經(jīng)在輸配電裝備中得到了廣泛的應(yīng)用，但是六氟化硫的泄露難于避免，為了確保輸配電設(shè)備的安全和人員安全，國(guó)家有專門的規(guī)定， 要對(duì)使用六氟化硫的場(chǎng)合進(jìn)行空氣中六氟化硫含量的檢測(cè)。有關(guān)利用在氣體中傳播的超聲波的傳播速度或時(shí)間來(lái)測(cè)量氣體濃度的方法及裝置已有相關(guān)方案提出，但是利用在氣體中傳播的超聲波的聲波衰減來(lái)測(cè)量氣體濃度的方法還未可見(jiàn)。眾所周知，聲波隨距離的衰減規(guī)律可以由式I表示p = p0e_ax 式 I式中P(l為聲波發(fā)射端的聲壓強(qiáng)度，p為距離聲波發(fā)射端X處的聲壓強(qiáng)度，a為介質(zhì)的衰減系數(shù)，而聲壓信號(hào)作用到聲波接收換能器可以轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)。根據(jù)經(jīng)典聲波衰減理論，當(dāng)聲波的頻率一定，介質(zhì)的衰減系數(shù)僅跟介質(zhì)本身的性質(zhì)相關(guān)，可以由式2表示a 二 a -7j + k(-——-)式 2
I PqC _3 Cy Cp _式中CO為聲波角頻率，P ^為介質(zhì)氣體的密度，n為媒質(zhì)的切變粘滯系數(shù)，k為導(dǎo)熱系數(shù)，Cv為定容比熱，Cp為定壓比熱。由于P(l、p以及X皆為可測(cè)得量，因而可以計(jì)算得到衰減系數(shù)a，通過(guò)對(duì)衰減系數(shù) a的比較計(jì)算，可以得到氣體的濃度值。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的本發(fā)明提供一種檢測(cè)微量六氟化硫濃度的聲學(xué)方法及其裝置，為氣體濃度的檢測(cè)提供一種新的方法和相應(yīng)裝置。技術(shù)方案為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種檢測(cè)微量六氟化硫濃度的聲學(xué)方法，包括如下步驟(I)分別使相同幅度的超聲波穿過(guò)參考?xì)怏w和檢測(cè)氣體；(2)分別測(cè)量穿過(guò)參考?xì)怏w和檢測(cè)氣體的超聲波的幅度；(3)分別計(jì)算穿過(guò)參考?xì)怏w和檢測(cè)氣體的超聲波的衰減程度；(4)通過(guò)兩個(gè)衰減程度的比值計(jì)算、表征六氟化硫濃度；所述檢測(cè)氣體為混有六氟化硫的參考?xì)怏w；所述步驟(3)中的衰減程度可以采用式I和式2中的公式計(jì)算，一般來(lái)說(shuō)，我們的參考?xì)怏w為空氣，由于六氟化硫的切變粘滯系數(shù)比空氣高多個(gè)數(shù)量級(jí)，而其它參數(shù)都在同一數(shù)量級(jí)，因此被測(cè)氣體的聲波衰減系數(shù)隨著六氟化硫濃度的增大而明顯增大。所述參考?xì)怏w和檢測(cè)氣體的溫度、濕度和壓力相同。
所述參考?xì)怏w和檢測(cè)氣體的容置環(huán)境相同，所述超聲波在參考?xì)怏w和檢測(cè)氣體內(nèi)的傳播路徑相同。比較參考?xì)怏w和檢測(cè)氣體的超聲波衰減程度的方法可以表示為式3
權(quán)利要求
1.一種檢測(cè)微量六氟化硫濃度的聲學(xué)方法，其特征在于該方法包括如下步驟(1)分別使相同幅度的超聲波穿過(guò)參考?xì)怏w和檢測(cè)氣體；(2)分別測(cè)量穿過(guò)參考?xì)怏w和檢測(cè)氣體的超聲波的幅度；(3)分別計(jì)算穿過(guò)參考?xì)怏w和檢測(cè)氣體的超聲波的衰減程度；(4)通過(guò)兩個(gè)衰減程度的比值計(jì)算、表征六氟化硫濃度；所述檢測(cè)氣體為混有六氟化硫的參考?xì)怏w。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的檢測(cè)微量六氟化硫濃度的聲學(xué)方法，其特征在于所述參考?xì)怏w和檢測(cè)氣體的溫度、濕度和壓力相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的檢測(cè)微量六氟化硫濃度的聲學(xué)方法，其特征在于所述參考?xì)怏w和檢測(cè)氣體的容置環(huán)境相同，所述超聲波在參考?xì)怏w和檢測(cè)氣體內(nèi)的傳播路徑相同。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的檢測(cè)微量六氟化硫濃度的聲學(xué)方法，其特征在于所述步驟 (4)中，利用下式計(jì)算兩個(gè)衰減程度的比值In— = (aD -aR)x，Pd其中，Pk為參考?xì)怏w接收測(cè)量到的聲波聲壓強(qiáng)度，Pd為檢測(cè)氣體接收測(cè)量到的聲波聲壓強(qiáng)度，0,為參考?xì)怏w的聲波衰減系數(shù)，Ci11為檢測(cè)氣體的聲波衰減系數(shù)，X聲波傳播距離， 利用參考?xì)怏w和檢測(cè)氣體的衰減系數(shù)差值表征六氟化硫濃度。
5.一種檢測(cè)微量六氟化硫濃度的聲學(xué)裝置，其特在在于該裝置包括聲波驅(qū)動(dòng)單元、 容置參考?xì)怏w的參比通道、容置檢測(cè)氣體的檢測(cè)通道、信號(hào)調(diào)理電路和計(jì)算六氟化硫濃度的微機(jī)單元，在參比通道和檢測(cè)通道的一端分別設(shè)有一個(gè)聲波發(fā)射換能器，另一端分別設(shè)有一個(gè)聲波發(fā)射換能器，所述參比通道和檢測(cè)通道并聯(lián)在聲波驅(qū)動(dòng)單元和信號(hào)調(diào)理電路之間，聲波接收換能器通過(guò)信號(hào)調(diào)理電路接入微機(jī)單元。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的檢測(cè)微量六氟化硫濃度的聲學(xué)裝置，其特征在于所述兩個(gè)聲波發(fā)射換能器通過(guò)同一個(gè)聲波驅(qū)動(dòng)單元驅(qū)動(dòng)；所述兩個(gè)聲波發(fā)射換能器和兩個(gè)聲波接收換能器的參數(shù)設(shè)置相同。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的檢測(cè)微量六氟化硫濃度的聲學(xué)裝置，其特征在于所述信號(hào)調(diào)理電路對(duì)聲波接收換能器接收到的電壓信號(hào)進(jìn)行濾波、放大、峰值檢測(cè)后，通過(guò)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換單元接入微機(jī)單元。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的檢測(cè)微量六氟化硫濃度的聲學(xué)裝置，其特征在于所述微機(jī)單元上連接有通信接口電路。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種檢測(cè)微量六氟化硫濃度的聲學(xué)方法及其裝置，利用超聲波在氣體中傳播時(shí)聲波衰減的原理，通過(guò)對(duì)參考?xì)怏w和檢測(cè)氣體發(fā)射端和接收端的聲壓強(qiáng)度檢測(cè)，計(jì)算相應(yīng)的衰減程度，通過(guò)衰減程度的比值表征六氟化硫濃度。本發(fā)明提供的檢測(cè)微量六氟化硫濃度的聲學(xué)方法及其裝置，突破了現(xiàn)有技術(shù)中僅通過(guò)利用在氣體中傳播的超聲波的傳播速度或時(shí)間來(lái)測(cè)量氣體濃度的方法，實(shí)現(xiàn)了利用在氣體中傳播的超聲波的聲波衰減來(lái)測(cè)量氣體濃度，方法簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)。
文檔編號(hào)G01N29/032GK102590337SQ201210022878
公開(kāi)日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年2月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月2日
發(fā)明者單鳴雷, 朱昌平, 李建, 殷澄, 湯一彬, 陳秉巖, 韓慶邦, 高遠(yuǎn) 申請(qǐng)人:河海大學(xué)常州校區(qū)