專利名稱：測量外罩內(nèi)氣體壓強(qiáng)和/或摩爾質(zhì)量的方法及測量組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種如權(quán)利要求1的主題所述的方法。還涉及一種如
權(quán)利要求7的主題所述的組件。
背景技術(shù)：
人們希望能夠獲取充滿氣態(tài)混合物的圓柱形外罩內(nèi)的壓強(qiáng)值，例
如為了測量核電廠反應(yīng)堆的燃料棒的內(nèi)部壓強(qiáng)。
人們還希望能夠確定前面所述的氣體混合物的摩爾質(zhì)量。 為了獲得這類型的信息， 一般地，需要利用破壞性方法，例如刺
穿外罩。
也可以利用基于放射性示蹤劑氣體(例如氪85)的存在的方法。 然而，當(dāng)人們希望測量包含相同的放射性示蹤劑的一捆管子中的一部 分的管子內(nèi)的壓強(qiáng)時(shí)，這些方法不可用。
從FR2 739 925我們知道聲學(xué)傳感器包括
-至少一個(gè)換能器(transducer)，用于產(chǎn)生聲波和/或反過來接收 聲波；
-玻璃棒，用來傳輸聲波，以及
-具有棒(rod)的傳感器的液體接合層，該層具有限定的厚度A74， X對應(yīng)于所述棒的壁的聲學(xué)厚度的兩倍。
該傳感器使得能夠根據(jù)換能器中反射的波的振幅，來得到燃料棒 的空體積內(nèi)的氣體的壓強(qiáng)。
然而，該傳感器具有缺點(diǎn)。
首先，其只能夠測量氣體的壓強(qiáng)，而不能測量其摩爾質(zhì)量。 而且，X/4的液體接合層使得聲波在棒中很好地傳輸，但是只是在
由傳感器和棒形成的堆疊的共振(resonance)頻率附近的小的頻率區(qū)間內(nèi)。另外，氣體的共振的振幅當(dāng)然對壓強(qiáng)特別敏感，但也對擾動或不 易知到的尺寸敏感，例如氣體的吸收或棒的壁的裂紋。因此，即使經(jīng) 過校準(zhǔn)，測量的精度也是低的。
最后，該測量方法不能對包含有引起波發(fā)散的對象，例如彈簧的 棒起作用。
因此，WO 00/73781公開了一種外罩，其特征技術(shù)為具有一個(gè)遠(yuǎn) 程傳感器(非接觸的，如FR2 739 925)，其通過外罩(不是氣體，如 FR2 739 925)的震動而工作，并且比FR 2 739 925公開的頻率范圍小 的多。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明在于消除上述至少一個(gè)缺點(diǎn)。
為此，本發(fā)明提供一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法。
本發(fā)明有利地具有從屬權(quán)利要求2至6中所述的特征。
本發(fā)明還涉及一種實(shí)現(xiàn)此方法的組件。
具體地，本發(fā)明提供一種根據(jù)權(quán)利要求7所述的組件。
本發(fā)明優(yōu)選地具有從屬權(quán)利要求8至12中所述的特征。
本發(fā)明表現(xiàn)出了很多優(yōu)點(diǎn)。
新的"傳感器-外罩"的接合使得能在比現(xiàn)有技術(shù)更寬的頻譜帶內(nèi) 進(jìn)行傳輸。由外罩形成的聲學(xué)棧、接合層和換能器可以在寬的頻帶內(nèi) 振動。優(yōu)選地，對于在4MHz的附近振動的鋯合金的當(dāng)前外罩壁，帶 寬必須達(dá)到lMHz，或者25%的相對值。
寬帶傳感器能夠激發(fā)氣體的很多共振。氣體的多個(gè)共振的激發(fā)使 得能夠通過合適處理(特別是利用氣體的頻譜響應(yīng)的積分J)的平均效 應(yīng)，來防止氣體的吸收，并且很大程度上遠(yuǎn)離外罩的不完美性。
傳感器使得能夠顯著地增加壓強(qiáng)測量的精度。
傳感器和相關(guān)的測量方法使得能夠?qū)Π瑥椈傻耐庹诌M(jìn)行測量， 然后此彈簧的影響被簡單地認(rèn)為成另外的衰減。
而且，該寬帶測量方法能夠增加聲波的波速的測量精度，還能夠 增加氣體混合物的摩爾質(zhì)量的測量精度。
該傳感器和測量方法具有很多應(yīng)用。它們使得能夠在使用中和在存放時(shí)對核燃料棒進(jìn)行測試。 它們使得可以對核燃料棒中的氣體，特別是主要包含氦、氙和氪 的氣態(tài)混合物的氣體，的壓強(qiáng)和摩爾質(zhì)量進(jìn)行非破壞性的測量。測量 在燃料柱的膨脹室內(nèi)，在維護(hù)彈簧處，在棒的頂部進(jìn)行。
該測量方法可以在停工時(shí)周期地在池中實(shí)施。該傳感器能夠 -檢測包含多個(gè)棒的組件中的一個(gè)或幾個(gè)非密封的燃料棒；
-有助于確定電廠組件的加料； -有助于在可逆存儲之前的確定； -增加對數(shù)字仿真的統(tǒng)計(jì)支持基礎(chǔ)。
此實(shí)施也可以以相同的目的進(jìn)行非破壞性的熱室檢測(該室被屏 蔽以對活性材料進(jìn)行操作)。
結(jié)合附圖，從下述僅示例性的和非限制性的說明書，可以得出本 發(fā)明的其他特點(diǎn)、目的和優(yōu)點(diǎn)，其中
-圖1A和1B概要地圖示了兩個(gè)實(shí)施例，在外罩上有根據(jù)本發(fā)明
的傳感器的實(shí)例，每個(gè)傳感器和外罩形成聲學(xué)堆棧；
-圖2概要地圖示了根據(jù)頻率的前述聲學(xué)堆棧的電阻抗；
-圖3A圖示了根據(jù)頻率的未濾波的電壓的實(shí)部和虛部的曲線；
-圖3B圖示了顯示為校正過的氣體共振的響應(yīng)的實(shí)例，換能器、
接合層和外罩1的響應(yīng)被去除；
-圖4概要地圖示了傳感器的實(shí)施例的實(shí)例的主要步驟； -圖5為傳感器的校準(zhǔn)曲線的實(shí)例。 在所有附圖中，相似的元件用相同的標(biāo)號來表示。
具體實(shí)施例方式
在圖1A和1B中，概要性地示出了包含氣體2的外罩1。 外罩1為例如燃料棒，氣體2為例如氦或氣體混合物。 外罩1支撐聲學(xué)傳感器。
傳感器連接到外罩上，因而形成由傳感器和外罩形成的組件。 聲學(xué)傳感器能夠測量氣體2的至少一個(gè)物理參數(shù)，例如外罩中的 氣體的壓強(qiáng)和/或摩爾質(zhì)量。聲學(xué)傳感器包括
-至少一個(gè)換能器5，以用來
一方面，產(chǎn)生震動外罩和氣體的聲學(xué)信號，并且 另一方面，檢測氣體和外罩的震動的聲學(xué)響應(yīng)信號特征；
-接合層6，其在換能器5和外罩1之間；
-電系統(tǒng)8，其連接到換能器5并且使得
激勵所述換能器5，并且
分析響應(yīng)信號。
一般地，外罩具有圓柱旋轉(zhuǎn)形狀——這是特別針對例如燃料棒的 情形。
然而，可以理解，外罩可以具有任何的圓柱形狀，例如具有平行 平面。
在圓柱旋轉(zhuǎn)形狀的情況下，優(yōu)選地，所有的傳感器的元件是同中心的。
換能器5可以包括靠背(back) 7?？勘?對于聲學(xué)信號有反射或 吸收的能力，對傳感器的聲學(xué)特性有影響。共振靠背的使用必須不破 壞傳感器的頻譜使用帶。
系統(tǒng)8將電信號傳輸?shù)綋Q能器5。換能器5將電信號轉(zhuǎn)換為聲學(xué)信 號，反之亦然。為此，換能器5傳統(tǒng)地為壓電式類型(例如，PZT材 料——鉛鋯鈦氧化物)。
接合層6可以是多種形式，例如液體或固體。其包含在由換能器5 的內(nèi)面、外罩1的外面和插入到這兩個(gè)面之間的楔子9限定的體積內(nèi)。 楔子9在層6為固體的情況下是可選的。
在層6為固體的情況下，必須保證通過連接(splicing)或通過液 體接合器的非常薄的層，將聲波良好地傳輸?shù)浇缑嫔?。如果這些薄層 的作用不是可以忽略的，那么它們應(yīng)當(dāng)包括到下述表1中所建議的通 過時(shí)間中。
當(dāng)傳感器放置到外罩1上時(shí)，出現(xiàn)了由外罩1的壁10、接合層6 和換能器5形成的聲學(xué)棧(acoustic stack)。外罩1的壁10和換能器5 具有很大的聲學(xué)阻抗，而氣體2和接合層6具有小的聲學(xué)阻抗。根據(jù)本發(fā)明，在壁10的自由共振頻率處，壓電材料5和接合層6
可以是各種厚度。
該協(xié)定是(agreement)根據(jù)聲學(xué)波在層6的傳播時(shí)間來限定的。 Tio是聲波從外罩l的壁10的傳播時(shí)間，T^eh。油g/Ch幅ing， eh。using
和Ch。u^g分別是壁的厚度和聲波在該壁中的波速。那么此壁的第一個(gè)
自由共振周期為2Tn)。我們稱此共振為A72模式。
丁5是聲學(xué)波從換能器5的傳播時(shí)間。換能器5必須以與壁10相同
的頻率以相同的模式A72振動，因此換能器5的厚度為使得Ts等于T10。 換能器的聲學(xué)阻抗對于PZT為接近30 106 PA.s.m _3。 接合層6的厚度也從Tu)確定?？梢钥紤]幾種情況。
接合層的聲學(xué)阻抗io6 國際單位(SI，Pa.s.m勺傳播時(shí)間 T6=[n-(1/2)]T10傳播時(shí)間 T6=nT10
0.5 <Z<3窄帶寬帶
3 <Z< 15寬帶
表l
n為整數(shù)，優(yōu)選地等于l。
在水中(Z=1.5 106SI)傳播時(shí)間T6等于Tn)/2 (厚度稱為X/4)的 情況對應(yīng)于FR2 739 925中公開的傳感器。這是"窄帶"系統(tǒng)。
傳播時(shí)間的精度必須是標(biāo)準(zhǔn)組件上的±20%;然而傳播時(shí)間變得越 接近所述表中的條件，測量的再現(xiàn)性越大，因?yàn)闇y量會達(dá)到傳感器的 響應(yīng)的極值。
對于具有聲學(xué)阻抗在0.5 106和3 106SI (例如液體的情況)之間的 接合層，這些精度給出了在0.4入和0.6人之間的聲學(xué)厚度，其中X是在 接合層中，在外罩1的壁10的自由振動頻率/o上的波長，其中/0 =
同樣，對于具有在3.104l和15.166SI (例如固體的情況)之間的 聲學(xué)阻抗的接合層，獲得的層的聲學(xué)厚度在0.2人和0.3X之間，其中人 是在接合層中，在外罩l的壁10的自由振動頻率/o上的波長。
圖2示出了工作在反射中的傳感器的阻抗(為圖1A的組件的情 況)。中心頻率——即自由壁10的共振頻率——為4MHz的0.3MHz的帶寬對應(yīng)于非常不能令人滿意的傳感器。優(yōu)選地，帶寬在中心共振
頻率的20%附近，或者甚至25%。
標(biāo)記為"寬帶"的兩種情況對應(yīng)于根據(jù)本發(fā)明的寬帶傳感器。聲 學(xué)傳感器設(shè)計(jì)為在寬頻譜帶內(nèi)都具有敏感性，而不是在僅僅一個(gè)頻率 上具有高的敏感性。
更一般地，我們稱"寬帶"為一個(gè)帶寬，該帶寬使得產(chǎn)生至少兩
個(gè)，優(yōu)選地為IO個(gè)左右的氣體共振。
換句話說，聲學(xué)傳感器的特征為其用于傳輸?shù)穆晫W(xué)信號的頻帶具
有寬度L:
L2三
其中c為在外罩的氣體中的聲波的波速，而D為外罩的內(nèi)徑，傳 輸頻帶的中心為/Q， /。為用于測量/Q的傳感器所連接到的的外罩的壁的 自由振動頻率。
下面將很快地描述傳感器的導(dǎo)電部分。換能器5為例如PZT (鉛 鋯鈦氧化物)瓷片(tile)。換能器5也可以是壓電聚合體合成物。通 過減少傳感器的品質(zhì)因數(shù)，這些換能器可以拓寬傳感器的頻譜使用頻 帶。
換能器5通過導(dǎo)電線纜80連接到系統(tǒng)8。
系統(tǒng)8 —方面包括電壓發(fā)生器，另一方面包括一裝置，該裝置用 于測量由傳感器根據(jù)頻率提供的電壓V(f)，或者其對電壓脈沖的時(shí)間 響應(yīng)V(t)。這些測量使得能夠確定外罩中的氣體的壓強(qiáng)和摩爾質(zhì)量， 如下面參照圖4所述。
本發(fā)明的第一個(gè)步驟41包括，例如利用系統(tǒng)8利用在可用范圍內(nèi) 的可調(diào)整的頻率用正弦電壓U來激勵換能器5。由此，用圖3A的電壓 V(f)來得到頻率響應(yīng)譜。
第一步驟(步驟42)的另一個(gè)可能性在于通過一系列脈沖來激勵 換能器5。獲得電壓V(t)。需要對來自換能器5的電信號進(jìn)行傅里葉變 化來得到如先前一樣的系統(tǒng)的頻率響應(yīng)譜V(f)。
復(fù)合譜V(f)(步驟43)構(gòu)成了信號處理的起點(diǎn)。
如圖4所示，然后從上述兩個(gè)歩驟產(chǎn)生頻譜的處理被結(jié)合起來。傳感器的整體(global)響應(yīng)由氣體2的共振以及連接到外罩1的
聲學(xué)傳感器的共振構(gòu)成。
然而，由于外罩1中的徑向固定波(radial stationary wave)，氣體
2的共振根據(jù)頻率是周期性的。因此它們很容易區(qū)分并且可以從其他共 振分離出來。
由氣體2造成的共振對應(yīng)于圖2的曲線上的峰值20。 在步驟44，對圖2的復(fù)合頻譜進(jìn)行數(shù)學(xué)變換，以獲得實(shí)際曲線 X(f)，其中氣體的共振單獨(dú)出現(xiàn)并且經(jīng)過校正，換能器5、層6和外罩 1的共振被去除(如圖3B)。對傳感器的頻譜響應(yīng)的數(shù)字處理是必要 的，以校正氣體的共振的可變相位。 一個(gè)可能的處理為從V(f)中減去 緩慢變化的部分(例如通過在時(shí)間空間中消減)，然后對信號取模。
步驟53為測量氣體的至少兩個(gè)共振頻率之間的間隙A/。然后從所 述間隙A/得到氣體中的聲波的波速"取決于用一個(gè)或兩個(gè)傳感器來進(jìn) 行測量，可能發(fā)生兩種情況。
1) 在圖1A中，換能器5是唯一的并且工作于"反射"中。其朝 著外罩產(chǎn)生聲波，并且接收來自外罩1的聲波。在此情況下，氣體中 的聲波的波速c從以下得到
c = 2DA/
其中D是在圓柱旋轉(zhuǎn)外罩的情況下外罩的內(nèi)徑。在外罩具有平行 的平面的情況下，應(yīng)理解為D指的被外罩的兩個(gè)壁之間的波所穿越的 內(nèi)尺寸。
2) 在圖1B中，圍繞外罩安裝有兩個(gè)對稱地位于外罩1的兩側(cè)的 傳感器。換能器5產(chǎn)生振動外罩和氣體的聲學(xué)激勵信號，另一個(gè)換能 器5檢測響應(yīng)振動。此組件的關(guān)鍵在于分離激勵信號的響應(yīng)信號。在 此情況下，氣體中的聲波的波速c從以下得到
c = W
在兩種情況下，如果測量多個(gè)共振之間的間隙A/(例如在圖2的 峰值20之間的多個(gè)間隙的平均值)，可以得到更好的精度，或者如果 通過對共振位置進(jìn)行數(shù)學(xué)處理來確定間隙A/ (—個(gè)可能的處理為例如 用傅里葉類型的變換)，因此需要一種能夠在寬的頻譜帶內(nèi)激勵氣體 的系統(tǒng)。步驟53可以對從步驟43得到的復(fù)合頻譜V(f)進(jìn)行處理，但是優(yōu) 選地是對從步驟44得到的實(shí)際響應(yīng)X(f)進(jìn)行處理，對其可以使用周期 搜索方法。
在步驟63，可以從由步驟53得到的波速c來計(jì)算氣體的摩爾質(zhì)量
其中R為理想氣體的常數(shù)，Y為理想氣體的比熱率，T是溫度。 上述關(guān)系適用于理想氣體。在混合氣體的情況下，可以導(dǎo)出從實(shí) 際氣體的等式得到的修正。
在單原子氣體的二元混合物的情況下，例如氦-氙混合物，測量摩
爾質(zhì)量能夠直接推導(dǎo)混合物的質(zhì)量成分X，因?yàn)?br>
M二xM義e + (l-x)M報(bào) 其中，M^和M^是氙和氦的原子質(zhì)量。 步驟54能夠測量氣體的壓強(qiáng)。測量原理如下。 從圖3B的響應(yīng)X(f)觀察到的氣體的共振振幅與外罩1中的氣體的 聲學(xué)阻抗成比例，使得利用下述的步驟能夠得到壓強(qiáng)。
氣體的聲學(xué)阻抗Zgaz(f)，例如在具有平行平面的剛性腔中，被寫作
Zgaz(f)= T^S^ 其中P力氣體的密度，c為氣體的波速，/2=-1， A:=- ，
"為氣體的吸收系數(shù)，
D為外罩的內(nèi)尺寸。
對于共振，氣體的聲學(xué)阻抗的積分/具有獨(dú)立于氣體的吸收的特
性。其實(shí)際上表示為
J g。' J 2Z)
當(dāng)然，從曲線X(f)觀察到的氣體的共振的振幅不是對氣體的阻抗 的衡量，而是由傳感器的相關(guān)靈敏度S(f)來調(diào)制，其函數(shù)取決于頻率。 因此不能僅從測量氣體的一個(gè)共振來獲得壓強(qiáng)。傳感器的相關(guān)靈敏度S(f)是傳感器的一個(gè)穩(wěn)定的特性，對出現(xiàn)在傳 感器的觀察窗里的所有共振進(jìn)行的積分/的總和，稱為STG (氣體的 總靈敏度)的大小為單獨(dú)取決于氣體的大小。
其中，&是針對氣體的第n個(gè)共振頻率的傳感器的相關(guān)靈敏度。 此大小不需要精確地知道，因?yàn)閭鞲衅餍枰?zhǔn)。在傳感器在寬 度F的窗口中敏感的理想情況下，其中靈敏度是等于S的常量，那么
其中m是窗口中出現(xiàn)的共振的個(gè)數(shù)。 因?yàn)楣舱窬嚯x
那么
尸 2￡>F
對于理想氣體
其中，
尸
對氣體的總靈敏度變?yōu)?br>
c
其中Y為理想氣體的比熱率。
理想地，STG測量值與氣體的壓強(qiáng)成比例。需要有寬帶的傳感器 以在積分窗口有很多的共振并且穩(wěn)定積分。
在步驟54，與上述理想情況相似，計(jì)算傳感器的靈敏度區(qū)域F中 的實(shí)驗(yàn)性的頻率響應(yīng)X(f)的積分J:
T為氣體的基本共振周期，n為所選擇的諧波的次序(order)。最有利的是n-l的情況。
此積分是與P/c成比例的，并且如果知道常數(shù)Z，就能測量壓強(qiáng)P。
然而，常數(shù)z是傳感器的特性。其不能以足夠的精度從傳感器的材 料的尺寸和性質(zhì)得到。
此外，對積分J進(jìn)行的理論和實(shí)驗(yàn)性研究顯示出前述推理僅僅是 第一個(gè)近似。實(shí)際上積分J稍微取決于氣體的吸收，這使得函數(shù)J(p)
非線性(見圖5)。函數(shù)J(P)在高壓強(qiáng)(大約100巴(bars))下是準(zhǔn) 線性的；然而，系統(tǒng)對于低壓(<20巴(bars))的響應(yīng)消失，因?yàn)闅?體是非常有吸收力的。
總而言之，根據(jù)氣體的壓強(qiáng)P和自然屬性(以改變c)，只能通過 具有已知?dú)怏w的傳感器的現(xiàn)有校準(zhǔn)來獲得函數(shù)J(P,c)。對于測量未知的 氣體，首先要在步驟53中得到c，然后在步驟64中，對于波速c，通 過讀取使用傳感器獲得的校準(zhǔn)曲線來得到P。
權(quán)利要求
1、一種測量裝有氣體(2)的外罩(1)的至少一個(gè)物理參數(shù)的方法，所述方法通過聲學(xué)傳感器執(zhí)行，所述聲學(xué)傳感器包括至少一個(gè)換能器(5)、連接到換能器(5)的電系統(tǒng)(8)以及用于將換能器(5)接合到外罩(1)的接合層(6)，所述方法包括步驟-利用換能器(5)產(chǎn)生激勵聲學(xué)信號，該激勵聲學(xué)信號在寬的頻帶中振動外罩(1)和氣體(2)，-用換能器(5)檢測外罩和氣體的振動的響應(yīng)聲學(xué)信號特性；-利用系統(tǒng)(8)分析來自換能器(5)的響應(yīng)電信號；所述方法的特征在于，其包括如下步驟，利用系統(tǒng)(8)-測量從換能器(5)得到的電響應(yīng)信號的振幅，以確定氣體(2)的所有共振頻率；-從傳感器的共振頻率組中提取氣體的共振頻率；-測量氣體的至少兩個(gè)共振頻率之間的間隙；-基于對所述氣體的測量，得到氣體中的聲波的波速c；-通過如下公式計(jì)算氣體的摩爾質(zhì)量M<maths id="math0001" num="0001" ><math><![CDATA[ <mrow><mi>M</mi><mo>=</mo><mfrac> <mi>γRT</mi> <msup><mi>c</mi><mn>2</mn> </msup></mfrac> </mrow>]]></math></maths>其中R為理想氣體的常數(shù)，T是溫度，γ為理想氣體的比熱率；和/或-計(jì)算外罩中的氣體的實(shí)際聲學(xué)響應(yīng)信號X(f)的積分J，其中X(f)是氣體的共振單獨(dú)出現(xiàn)并且經(jīng)過校正的實(shí)際曲線，換能器(5)、層(6)和外罩(1)的共振被去除；以及-根據(jù)對表示具有已知壓強(qiáng)和自然特性的氣體的曲線J(P，c)的現(xiàn)有校準(zhǔn)，還利用在前述步驟中得到的波速，來從積分J的計(jì)算得到氣體的壓強(qiáng)P。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，包括在系統(tǒng)(8)通過一系列瞬 時(shí)脈沖激勵換能器(5)的情況下的轉(zhuǎn)換步驟，該轉(zhuǎn)換步驟在頻率的空間內(nèi)，對來自換能器(5)的目舞時(shí)，電信號進(jìn)行傅里葉變換。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，包括利用外罩(1)中的氣 體(2)的共振頻率是周期性的性質(zhì)的步驟，以提取密閉空間中的氣體 的共振頻率。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1到3中任意一項(xiàng)中所述的方法，其中-如果傳感器包括工作于反射中的單個(gè)換能器(5)，氣體中的聲波 的波速c通過如下得到c = 2DA/其中D為外罩的內(nèi)尺寸，并且A/是氣體的兩個(gè)共振頻率之間的間 隙，以及-如果傳感器包括工作在傳輸中的兩個(gè)換能器(5)， 一個(gè)換能器產(chǎn) 生朝著外罩(1)傳播的聲波信號，另一個(gè)換能器檢測響應(yīng)聲學(xué)信號，氣體中的聲波的波速c通過如下得到C/。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1到4中任意一項(xiàng)中所述的方法，其中傳感器的響應(yīng)的積分J通過如下計(jì)算 / =工可)cos(2一r)d/其中T為氣體的基本共振周期，n為所選擇的諧波的次序， 其中F是傳感器的靈敏度頻寬，X(f)是氣體的共振單獨(dú)出現(xiàn)并且經(jīng) 過校正的實(shí)際曲線，換能器(5)、層(6)和外罩(1)的共振被去除， J對壓強(qiáng)敏感，該壓強(qiáng)可以通過校準(zhǔn)來獲得。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1到5中任意一項(xiàng)中所述的方法，其中所述頻帶 寬度為使得產(chǎn)生至少兩個(gè)，優(yōu)選地為IO個(gè)左右的氣體共振。
7、 一種由聲學(xué)傳感器、包含氣體(2)的外罩(1)組成的組件， 當(dāng)傳感器連接到外罩上時(shí)，所述組件能夠?qū)崿F(xiàn)根據(jù)權(quán)利要求1到6所 述的方法，所述聲學(xué)傳感器包括-至少一個(gè)換能器(5)以用來一方面，產(chǎn)生振動外罩(1)和氣體(2)的聲學(xué)信號，以及 另一方面，檢測外罩和氣體的振動的響應(yīng)聲學(xué)信號特性；■接合層(6)，以將換能器(5)連接到外罩(1);-電系統(tǒng)(8)，其連接到換能器(5)，并且 一方面，激勵所述換能器(5)，以及 另一方面，分析響應(yīng)信號； 其特征在于，用于傳輸聲學(xué)信號的所述聲學(xué)傳感器的頻帶具有寬 度L:其中c為在外罩的氣體中的聲波的波速，而D為外罩的內(nèi)尺寸， 傳輸頻帶的中心為/o， /Q為在測量過程中傳感器所連接到的外罩 (1)的壁(10)的自由振動頻率。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的傳感器，其中接合層(6)具有 -在0.5 106和3 10681之間的聲學(xué)阻抗，以及-在0.4人和0.6人之間的聲學(xué)厚度，其中人是在接合層中在外罩(1) 的壁(10)的自由振動頻率處的波長。
9、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的傳感器，其中接合層(6)具有 -在3 106和15 1(^SI之間的聲學(xué)阻抗，以及-在和0.3人之間的聲學(xué)厚度，其中X是在接合層中在外罩(1) 的壁(10)的自由振動頻率處的波長。
10、 根據(jù)權(quán)利要求7至9中任意一項(xiàng)所述的傳感器，其中換能器 (5)為壓電類型，聲學(xué)厚度等于0.5人，其中人是在換能器中在外罩(l)的壁(10)的自由振動頻率處的波長。
11、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的傳感器，其中換能器(5)具有與外 罩(1)同中心的形狀。
12、根據(jù)權(quán)利要求7至11中任意一項(xiàng)所述的傳感器，還包括換能器(5)的靠背(7)，該靠背物能夠反射或吸收聲學(xué)信號。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種測量外罩中的氣體的壓強(qiáng)和/或摩爾質(zhì)量的方法，所述方法通過聲學(xué)傳感器執(zhí)行，所述聲學(xué)傳感器包括至少一個(gè)換能器(5)、連接到換能器(5)的電系統(tǒng)(8)以及用于將換能器(5)接合到外罩(1)的接合層(6)，所述方法包括以下步驟利用換能器(5)產(chǎn)生激勵聲學(xué)信號，該激勵聲學(xué)信號在寬的頻帶中振動外罩(1)和氣體(2)；用換能器(5)檢測外罩和氣體的振動的響應(yīng)聲學(xué)信號特性；利用系統(tǒng)(8)分析來自換能器(5)的響應(yīng)電信號；以及基本上基于氣體(2)的共振頻率，來獲得氣體中的聲學(xué)信號的速度，氣體的摩爾質(zhì)量和壓強(qiáng)。本發(fā)明還涉及一種實(shí)現(xiàn)該方法的組件。
文檔編號G01N29/036GK101646937SQ200880004690
公開日2010年2月10日 申請日期2008年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月26日
發(fā)明者D·勞克斯, D·巴龍, E·羅森克蘭茨, G·萊韋克, J-Y·費(fèi)朗迪 申請人:法國國家電力企業(yè);國家科學(xué)研究中心;蒙彼利埃第二科學(xué)與技術(shù)大學(xué)