基于连续波和猝发波测量离散状态颗粒粒度分布的方法

摘要

本发明涉及一种基于连续波和猝发波测量离散状态颗粒粒度分布的方法，计算机编辑连续波和猝发波波形信号输出，经过信号发生器发出激励电信号，经功率放大电路放大后激励换能器发射超声波，在测量区中穿过被测样品被对侧接收换能器采集到，并经过信号处理电路的信号放大、高速模数转换电路模数转换后传输给计算机处理，利用穿透式变声程方法测量声衰减信号，计算得出颗粒样品中的声衰减系数，并根据这些声衰减谱再计算得出对高浓度和高衰减颗粒的颗粒粒度分布及浓度，测量信号清晰。实现对处于离散状态颗粒粒度分布的快速测量。

主权项

一种基于连续波和猝发波测量离散状态颗粒粒度分布的方法，其特征在于，具体包括如下步骤：1）生成换能器激励电信号：多频率扫频连续波生成：计算机编辑所需频率的连续波，编辑完成后，将波形指令送入到信号发生器，并控制信号发生器以快速扫频方式输出连续波信号，由功率放大电路对信号进行功率放大，生成激励电信号；猝发波生成：对信号发生器进行编程控制，输出所需频率的猝发波形，由功率放大电路对波形信号进行功率放大，生成可用于激励换能器的电信号；2）穿透法测量样品：步骤1）生成的换能器激励电信号作用于发射换能器上，由发射换能器发射的一系列超声波信号在测量区中穿过被测样品被对侧接收换能器采集到，并经过信号处理电路的信号放大、高速模数转换电路模数转换后传输给计算机处理；3）多次测量数据采集：通过改变换能器之间的距离来采集多组声衰减信号，对离散状态颗粒的样品进行测量；4）计算声衰减系数：在数据处理的计算机中由公式计算：和利用样品和标定物质的对比，计算得出颗粒样品中的不同频率的声幅值X（f）和声衰减系数a，这里的I_O和I分别是样品和标定物质在声程为L所采集到的声幅值；5）计算颗粒粒度分布、浓度：在数据处理的计算机中由公式计算：式中：R是颗粒半径，k_c为连续相波数，A_n为压缩波散射系数，φ为颗粒相体积浓度，即根据声特性衰减谱的计算得出对高浓度颗粒两相流的颗粒粒度分布及浓度；6）数据处理：将测量数据和事先设想颗粒系的理论衰减谱误差设为目标函数进行优化，构造目标函数：$\left\{\begin{array}{c}\left|\right|\mathrm{AF}-G\left|\right|=\min \\ F\ge 0\end{array}\right.,$其中A为系数矩阵；F为离散化的颗粒尺寸频度分布；G为不同频率下声衰减构成的向量；为了减小因测量量G带来的误差影响，引入光滑因子r和光顺矩阵H，将目标函数方程组改为：$\left\{\begin{array}{c}\left|\right|(A^{\prime }A+\mathrm{rH})F-A^{\prime }G\left|\right|=\min \\ F\ge 0\end{array}\right.,$A′为系数矩阵的转置，光滑因子γ的大小采用基于Twomey算法的修正，PLMNNLS算法，即局部阻尼非负最小二乘法进行寻优选取最佳值，求解分布函数参数并计算得颗粒粒度分布；7）测量结果以曲线和数据的形式直接显示在计算机屏幕上，同时保存在硬盘。