[发明专利]一种颗粒粒度和浓度测量方法及其装置

摘要

一种颗粒粒度和浓度测量方法及其装置，涉及超声测量技术领域；所要解决的是颗粒粒度和浓度测量技术问题；该测量装置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，连接脉冲波发射和接收电路的宽带发射/接收换能器组件；数据处理程序将测量信号与所设标准物质进行对比；实测的声衰减谱与按照声散射公式计算理论声衰减谱一起，构建矩阵和线性方程组并求解；用双频率衰减比值法实现对平均粒度的计算，以优化方法计算粒度分布，并根据颗粒粒度反算出颗粒浓度。本发明具有能实现完全的非接触测量的，基于超声散射衰减谱分析的，能降低测量误差的，能在线测量高浓度和高衰减的特点。

主权项

1.一种颗粒粒度和浓度测量方法，其特征在于，包括以下步骤：1)反射法或穿透法测量样品和标定物质：由超高频窄脉冲电信号触发宽带收/发换能器发射单个窄脉冲信号，反射后所述收/发换能器采集超声反射信号，经信号处理电路对采集的超声反射信号进行放大、模数转换获得测量数据；2)计算超声衰减谱，在数据处理的计算机中计算超声波通过颗粒两相体系后的理论预测衰减谱；${\alpha }_{\mathrm{theory}}\left(f\right)=\frac{3\phi }{{2k}^2{R}^3}\underset{n=0}{\overset{\infty }{\Sigma }}(2n+1){\left|A_n\right|}^2$ 其中φ为颗粒浓度，R为颗粒半径，k为连续介质波数，An为n阶声散射系数；${\alpha }_{\mathrm{meas}}\left(f\right)=\frac{1}{L}\ln \left(\frac{M_c\left(f\right)}{M_s\left(f\right)}\right)-{\alpha }_c;$ 其中Mc和Ms分别为标定物质和样品信号作傅立叶变换后幅值，L为声程，而αc 为考虑声反射，扩散效果的超声衰减修正系数；3)采用双频超声衰减比值法在数据处理的计算机中计算平均粒度；即由步骤2)中理论公式计算并绘制不同颗粒半径R对应于二个不同频率f1和f2下超声衰减系数比值曲线，同时将此二种频率下测得超声衰减系数，换算成比值，过该比值作一与横坐标之平行线后，其与前面绘制曲线交点处横坐标值即对应了平均粒度(以半径表示)的求解结果；4)计算颗粒粒度分布：在数据处理的计算机中利用上述衰减谱的理论预测计算式能构造矩阵T，矩阵的元素为不同超声频率和颗粒粒度下的超声衰减系数，同时利用实验测量的宽带超声衰减谱构成一个向量gmeas，将问题归结为线性方程组Tx＝gmeas求解，对于该线性方程组按照优化方法求解：得到颗粒粒度分布；5)根据粒度分布反算出颗粒的浓度：在数据处理的计算机中，按公式：$R_{32}=\frac{{\int }_{R_{\min }}^{R_{\max }}{R}^3\mathrm{dN}}{{\int }_{R_{\min }}^{R_{\max }}{R}^2\mathrm{dN}}=\frac{\Sigma {\mathrm{NR}}^3}{{\mathrm{\Sigma NR}}^2}$ 求得平均粒度，N为对应粒度R的颗粒粒度分布，将R32和测得超声衰减系数回代至上述声衰减预测公式，即能求出唯一的颗粒体积浓度。