中文摘要：

气体声传播特性与分子热力学特性密切相关，建立气体声学特性理论模型已成为该研究领域的迫切需求。本课题通过实验研究和理论分析对混合气体声学特性参量、分子微观结构及其关系进行研究，使基于声传播特性的传感技术理论和方法得到深入发展。将根据已有研究及课题组的前期研究工作，从可用于气体检测的声学参量中（包括反射共振频率、声速、经典声衰减、有效弛豫衰减等），确定显著的气体检测声学参量，并建立其与气体浓度关系的数学模型，探索出能够检测出多组分气体浓度的声参量测试方法。主要研究工作有1.基于微观结构的气体声学参数、环境参数及相互关系研究；2.反射共振频率与气体浓度关系的理论研究；3.经典声衰减、有效弛豫衰减与气体浓度关系理论研究；4.多组分混合气体声特性检测实验方法研究。开展本课题研究工作将使利用声波作为定量检测混合气体成分成为可能，从而进一步推动声气体传感技术发展。

结论摘要：

气体浓度检测有着广泛的需求和应用前景，实时检测混合气体中多种成分的浓度有广泛需求。基于声传特性的气体传感技术，因其可直接获得气体分子结构信息的突出优势，成为当前最有潜力的气体传感技术之一。但是气体声学检测技术的相关的理论研究不够深入。目前已有一些气体声特性的理论模型都建立在一个或多个经验参数之上，无法满足声气体传感技术的定量分析的需要。因此，建立多元混合气体中声传播的理论模型是基于声学量的气体传感技术的理论基础，提出可定性和定量分析声学量与混合气体成分关系的分析模型是实现气体传感技术的理论关键。 主要研究内容有 1.基于声学特性的气体浓度检测理论研究对基于微观结构的气体声学宏观参数的理论进行了研究，研究了分子微观结构与声速、弛豫声衰减系数、弛豫频率、弛豫时间的关系。对混合气体有效热容与混合气体各组分摩尔分数的关系进行了理论分析，并建立了数学模型。完成了经典声衰减、有效弛豫衰减与气体浓度关系理论研究，提出了混合气体浓度检测算法。 2.基于声学特性的气体浓度检测应用研究 完成了气体声特性测试方法与实验装置研究，开发出具有一定应用价值的气体声学实验装置一套，采用此实验装置进行了实验，为课题应用研究奠定了基础。在此基础上完成了多个基于声学特性的气体浓度检测应用研究，包括超声波全量程甲烷浓度传感器、超声波低浓度氢气浓度传感器、超声波三维风速及背景气体浓度测试系统、基于超声波的微弱气体浓度检测系统，完成了多台具有应用前景的原理样机。 本课题获得授权专利5项；依据本课题的理论和实验成果发表学术论文10篇；研制出声学参数实验装置1套；完成了多台具有应用前景的基于声学特性的气体浓度检测原理样机；通过本课题的实施培养博士1名、硕士5名。本研究成果为基于声传播的气体传感技术提供了必要的基础理论，推动了该技术的实用化发展，为今后同类研究提供有益参考。