张克声，张向群

(1.贵州理工学院人工智能与电气工程学院，贵州 贵阳 550003；2.许昌学院信息工程学院，河南 许昌 461000)

0 引言

气体传感器是传感器中品种及数量最庞大和实用化程度最高的一类，寻找低成本、寿命长、功耗小、受工作环境影响小、可实时连续在线检测、具有适中灵敏度和易于大规模应用的新气体传感技术具有迫切的现实需求[1]。声波与待测气体相互作用后进行接收，接收到的声信号携带了气体分子的部分参量信息，通过分析接收到声信号获得气体分子的参量信息从而达到检测的目的。声学气体传感技术以器件结构简易、耐用性好、成本低和鲁棒性好等特点，在气体泄漏和气体成分监测等领域得到了广泛应用[1-2]。

早在20世纪20年代，Geberth[3]便利用声速随气体含量变化的特性，在测量氧气中混入少量氢气时敏感度可达0.1%。随着声换能器制造工艺的提升，Guillon等[4]则通过声传播时间(time-of-flight,TOF)来分析3He-4He混合气体含量变化，精确度可达0.6%。Lueptow和Phillips[5]继续利用声速TOF的方法测量天然气中甲烷含量时，其误差不超过1.2%。阎玉舜等[6]推导了二元混合气体浓度与声速的解析关系，研制了超声氯气浓度分析仪。单鸣雷等[7]则利用2个通道温度相等和声程不变时的气体浓度与声时差近似成正比关系，使用参比法测量二元混合气体的微量浓度。

本文首先分析了声速与气体分子各参量之间的关系；其次，在文献[6]的基础上，给出了基于单频点声速的二元混合气体浓度检测的单根求解法原理；……