对离散状态颗粒粒度分布测量的方法及其装置

摘要

本发明公开一种对离散状态颗粒粒度分布的测量方法及其装置，涉及超声测量技术领域；所要解决的是对离散状态颗粒粒度分布的非接触测量的技术问题；该测量装置包括利用复波数、目标函数、分布函数等计算公式优化计算颗粒粒度分布的计算机，连接计算机的信号处理电路，连接信号处理电路的脉冲波发射/接收电路，连接脉冲波发射/接收电路的宽带换能器，换能器设于测试板外侧；所述装置由计算机控制，发射电路发出脉冲电信号，经触发换能器发出声波，超声波在测试板壁面多次反射后再由换能器接收，并经过信号处理电路的信号放大、高速模数转换传输给计算机处理；本发明具有能实现完全的非接触测量，能在线测量高浓度和高衰减颗粒两相流的特点。

主权项

1.一种对离散状态颗粒粒度分布的测量装置，其特征在于，包括进行数据处理的计算机，连接计算机的信号处理电路，连接信号处理电路的脉冲波发射/接收电路，连接脉冲波发射/接收电路的宽带换能器，换能器设于测试板外侧；所述装置由计算机控制，发射电路发出脉冲电信号，经触发换能器发出声波，超声波在测试板壁面多次反射后再由换能器接收，并经过信号处理电路的信号放大、高速模数转换传输给计算机处理；数据处理由公式：${\left(\frac{R_s}{R_c}\right)}^n=\frac{M_s}{M_c}\exp \left[i({\theta }_s-{\theta }_c)\right]$和$Z_s=Z_b\left(\frac{1+R_s}{1-R_s}\right);$经过实验数据换算得反射系数、复声特性阻抗谱和复波数，式中：R_s为样品的反射系数；R_c为标定物质的反射系数；n为反射次数；Ms为样品中超声波反射回波幅度；Mc为标定物质中的超声波反射回波幅度；θs为样品中超声波反射回波的相位；θc为标定物质中超声波反射回波的相位；Zs为样品的复声特性阻抗；Zb为测试板壁面声特性阻抗；按照复波数的理论预测计算公式：${\kappa }^2={\omega }^2{k}_a^{*}\times \frac{\rho [{\rho }^{\prime }(1-\phi +\mathrm{\phi S})+\mathrm{\rho S}(1-\phi )]}{{\rho }^{\prime }{(1-\phi )}^2+\rho [S+\phi (1-\phi )]};$式中：κ为超声波复波数；ω为超声波角频率；为绝热压缩系数；ρ为连续介质密度；ρ′为颗粒密度；φ为颗粒浓度；将其按照与声速有关的实部或者与衰减有关的虚部分离，并根据谱和粒度之间关系分析，将测量数据和设想粒度的理论谱的误差设为目标函数进行优化，经公式：κ＝ω/c-jα；计算得理论超声衰减谱，并和实验数据换算超声衰减谱构造目标函数：式中c为声速，α为声衰减系数；$E=\sqrt{\frac{\underset{i=1}{\overset{N_f}{\Sigma }}{\left(\frac{{\alpha }_{\mathrm{meas}}\left(f_i\right)-{\alpha }_{\mathrm{theory}}\left(f_i\right)}{{\alpha }_{\mathrm{theory},i}}\right)}^2}{N_f}};$采用优化方法，求解分布函数参数并计算得颗粒粒度分布；式中E为误差目标函数，α_meas(f_i)为实验测得超声衰减系数；α_theory(f_i)计算超声衰减系数；计算机设有用于显示测量结果的曲线和数据的屏幕。