1. 研究目的与意义（文献综述）

1.1 研究目的及意义

随着电子和材料等学科的飞速发展和日渐成熟，气体探测的应用领域越来越广泛，覆盖了农业、工业、环保、国防、航天航空和日常生活等各个方面。目前能够实时检测气体成分和浓度的技术大致分为两类：气体化学、半导体传感器、气相色谱和红外光谱吸收法属于从未知背景气体中检测某种气体的浓度；气体热传导率、气体密度和气体介电常数等方法属于从已知背景气体中检测某种气体的浓度。当然，上述技术存在着各种各样的缺点：气相色谱和气体光学技术成本高、分析耗时较长且实现技术复杂，化学方法寿命短且很难用同一传感器测量宽范围浓度，半导体传感器技术和气体介电常数方法功耗大且需要标定气体，气体密度方法需采样预处理，等等。相比其他传统气体探测技术，声气体探测具有以下优点：声学参数不存在时漂现象，容易实现实时测量，无需参考气体标定；声学器件结构简易、成本低，特别是超声波换能器可重复性强、耐用性好；声气体探测器对检测气体无需取样和预处理、不损耗气体，直接置于检测气体环境中，不破坏气体环境。声气体探测技术己经成为气体信息传感与检测领域中的前沿技术和重要方法。

氢气作为一种重要的能源物质，氢能具有燃烧效率高、产物无污染等优点，与太阳能、风能等被称为九大新能源，并被誉为最具发展前景的二次能源。同时，氢也是一种重要的工业原料，在电子工业、汽车业、冶金工业、 石油化工、浮法玻璃、精细有机合成、航空航天、食品 加工等方面有着广泛的应用。鉴于氢气在食品卫生、能源动力、军事国防等领域的广泛使用以及不安全性，在使用氢气时必须对其浓度进行检测。氢气在可见光及红外波段没有吸收谱，因此无法利用光声光谱的方法测量其浓度，但是在氢气中存在声吸收现象，而且从理论上可以证明利用声吸收系数能够测量氢气的浓度，但目前又缺少测量的实验，因此我们决定利用声弛豫吸收的相关理论实现对氢气浓度的测量。目前已知的其它测量氢气浓度方法的精度为100ppm，利用声吸收的方法能够提高测量的精度。

2. 研究的基本内容与方案

2.1研究的基本内容

1、研究气体中的声吸收现象，包括黏滞、热传导、扩散和辐射等造成的经典吸收和弛豫过程造成的弛豫吸收。由于经典吸收的理论已经非常成熟，有很多可以直接利用的研究成果，故其影响很容易估计。因此在研究与弛豫现象有关的问题时，可以不失一般性地只考虑弛豫吸收而忽略经典吸收。

2、研究声弛豫吸收系数与气体浓度之间的对应关系；

3. 研究计划与安排

（1）第1－3周：查阅相关文献资料，明确研究内容，了解气体浓度检测的应用及方法，并掌握声吸收谱的构成和其内在的能量转移关系，完成开题报告。

（3）第7 - 9周：设计并搭建实验平台，通过实验完成对两种混合气体中声吸收系数的测量，然后改变混合气体的浓度再次进行测量，对实验所得的声吸收谱的漂移进行分析。

（4）第10－13周：对实验结果进行误差分析，并考虑可能的影响因素，对实验结果进行修正。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] ejakov s g, phillips s, dain y, etal. acoustic attenuation in gas mixtures with nitrogen: experimental data andcalculations[j]. journal of the acoustical society of america, 2003,113(4):1871-1879.

[2] costa m m, freire r c s, villanueva j m m, et al.concentration h 2, measurement and uncertainty analysis using ultrasonictransducer[c].instrumentation and measurement technology conference. ieee,2012:763-767.

[3] 贾雅琼. 气体超声波谱的构建及其在气体探测中的应用[d]. 武汉: 华中科技大学, 2013.