颗粒粒度、浓度和密度测量方法及其装置

摘要

一种颗粒粒度、浓度和密度测量方法及其装置，涉及超声测量技术领域；所要解决的是提高超声测量通用性和准确性的技术问题；该测量装置包括依次连接的计算机、信号处理电路、脉冲波发射/接收电路、宽带换能器，宽带换能器设于缓冲板外侧；所述计算机处理程序：将信号作快速傅立叶变换获得超声幅值相位谱，换算得反射系数，声特性阻抗，声衰减系数和声速；由测量值能计算得混合物密度，由已知的颗粒物和连续介质密度计算得浓度值；再由直接反射波和透射回波作频谱分析得到的声衰减谱和理论声衰减谱的误差作为目标函数，按照优化方法进行优化，计算得颗粒粒度分布；本发明具有基于反射式超声信号测量和分析的，通用性强，测量结果准确的特点。

主权项

1.一种颗粒粒度、浓度和密度测量方法，其特征是，包括以下步骤：1)采集直接反射波和透射回波：由收/发换能器发射的单个窄脉冲超声波反射后所述收/发换能器获得直接反射波和透射回波信号；2)获得反射系数和声学特征阻抗：在数据处理的计算机中对时域信号作快速傅立叶变换得超声幅值和相位谱，由公式：和计算获得反射系数和声学特征阻抗；其中，R_s和R_c分别为对样品和标定物质进行测试时的反射系数，M_s和M_c为对应超声信号的幅度；Z_s表示颗粒和连续介质的两相体混合物的声学特征阻抗，Z_b表示壁面的声学特征阻抗；3)获得衰减系数和声速：在数据处理的计算机中由快速傅立叶变换得直接反射波和透射回波的幅值谱并修正了声反射，透射和扩散损失后的声衰减谱；由直接反射波和透射回波的时差可测声速${\alpha }_{\mathrm{meas}}\left(f\right)=\frac{1}{L}\ln \left(\frac{M_A\left(f\right)}{M_B\left(f\right)}\right)-{\alpha }_c;$其中M_A(f)为直接反射波幅值，M_B(f)为透射回波幅值，L为声程，而α_c为考虑声反射，扩散效果的超声衰减修正系数；4)计算颗粒和连续介质的两相混合物等效密度，在数据处理的计算机中由公式：ρ_s＝Z_s/c能直接计算混合物等效密度；5)计算颗粒浓度，在数据处理的计算机中由公式：φ＝[ρ_p(ρ_s-ρ_l)]/[ρ_s(ρ_p-ρ_l)]能直接计算颗粒浓度；其中ρ_s为混合物等效密度，ρ_p为颗粒相密度，ρ_l为连续相密度；6)计算颗粒粒度：在数据处理的计算机中按照高浓度颗粒两相体系中复波数公式：${\kappa }^2={\omega }^2{k}_a^{*}\times \frac{\rho [{\rho }^{\prime }(1-\phi +\mathrm{\phi S})+\mathrm{\rho S}(1-\phi )]}{{\rho }^{\prime }{(1-\phi )}^2+\rho [S+\phi (1-\phi )]}$式中：φ为颗粒浓度，R为颗粒半径，为绝热压缩系数，S是浓度，粒度和物性的函数，ω为角频率；声衰减系数和声速可按下式计算，衰减系数：α＝-Im(κ)声速：c＝ω/Re(κ)为求解颗粒粒度分布，按照上面计算的理论声衰减系数(α_theory(f))与实验测量信号换算得的声衰减系数α_meas(f)＝ln[M_A(f)/M_B(f)]/L-α_c构造误差函数，$E=\sqrt{\frac{\underset{i=1}{\overset{N_f}{\Sigma }}{\left(\frac{{\alpha }_{\mathrm{meas}}\left(f_i\right)-{\alpha }_{\mathrm{theory}}\left(f_i\right)}{{\alpha }_{\mathrm{theory},i}}\right)}^2}{N_f}};$然后按照优化方法进行优化求解得颗粒粒度分布。