具有温湿度补偿功能的超声波甲烷检测技术

作     者：李博宸 

作者单位：哈尔滨理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：丁喜波

授予年度：2018年

学科分类：0819[工学-矿业工程] 081903[工学-安全技术及工程] 08[工学] 

主      题：甲烷 超声波 单声道 温湿度补偿 

摘      要：甲烷是天然气、煤矿坑道气和沼气等的主要成分,它不光在气体能源方面是一种优质燃料,同时在化工类产品和一些合成气体的制造中,也是不可或缺的重要原材料。甲烷是易燃易爆气体,当含量在空气中占到一定比重时,如遇明火,会产生剧烈的爆炸。目前市面上检测甲烷浓度的仪器绝大多数采用催化式传感器,也有部分使用半导体传感器,使用这两类传感器存在的主要问题是使用寿命短、稳定性较差而且功耗普遍偏高。基于此种背景,提出一种高效稳定的甲烷浓度检测技术就显得尤为重要,具有很强的实际意义。在不同介质中传播时超声波具有差异性的速度,利用这一特性,本文提出了一种新型检测方法——具有温湿度补偿功能的超声波甲烷浓度检测技术,本方法采用一对超声波探头构成的单声道进行测量,其中发射探头发送超声波,另一端的探头负责接收超声波信号,在收发探头之间放置一个声栏,用于降低超声波反射干扰。接收探头的信号经过信号调理电路放大,之后进入检相电路、占空比电压转换路实现相位测量,再接入单片机系统进行数据处理。本文进行了环境温湿度对声速影响的理论分析,建立了气体浓度与声速、相位差以及温湿度的数学关系式。此方法有效地补偿了环境温湿度对超声波测量的影响,提高了测量精度,可在很宽的环境温湿度条件下工作,具有更好的稳定性。基于声速、相位差、环境温湿度和气体浓度的数学模型,本文设计了单片机数据处理软件,对样机进行了测试,实测结果验证了该方法较好地实现了温湿度补偿,并具有较高的测量精度。