[发明专利]一种基于超声脉动原理测量颗粒粒径和浓度的方法

摘要

本发明涉及一种基于超声脉动原理测量颗粒粒径和浓度的方法，入射超声波由于受到颗粒介质的散射和吸收，透射声波强度会衰减，采用聚焦超声波并且将测量区布置在超声波聚焦声束段，当颗粒粒径与超声波聚焦声束直径之比控制在0.1-20范围内，通过其中的颗粒的数目和粒径随时间变化，透射声强也会随时间起伏变化，产生声脉动效果，这种超声信号的随机脉动与在测量瞬间处于超声波聚焦声束测量区中的颗粒粒径和数目有关，测出透射超声波强度的随机变化序列并进行统计分析，就可以应用超声脉动理论求得颗粒的平均粒径和浓度。此方法可实现在线测量，可用于实验室科学研究，特别适用于工业现场的应用。

主权项

一种基于超声脉动原理测量颗粒粒径和浓度的方法，其特征在于，具体包括如下步骤：1）、如图1 所示，用一焦距为F超声波聚焦换能器，激发出一束连续波，在距离其焦距F的位置能量聚焦到最大，焦距处的聚焦声束直径，聚焦段处的截面积为，超声波的发射和接收超声换能器距离为L,颗粒平均粒径为，颗粒的体积浓度为，超声波接收换能器记录其入射超声波强度信号为E₀，当有颗粒通过时，在一段时间范围内记录由超声波接收换能器测量随时间脉动的透过的超声波强度信号E（t），由式获得透过超声波强度信号与入射超声波强度的比值，即声透比；2）、接收超声换能器获得颗粒通过测量区时的信号，测量区为聚焦点前后2mm的声束通过区域，经处理得到的声透比脉动信号和代入的表达式即可以获得实验测量值，其中声透比的期望值：声透比平方期望值：；3）、根据公式，经过数值计算得到特征函数，为积分变量，是第一类贝塞尔函数，是声强在超声波聚焦声束段的分布因子，其值为；4）、根据步骤3）得出的数值计算结果作与的函数曲线，将步骤2）所得实验测量值放入函数曲线上去查找对应的值；5）、根据，已知超声波聚焦声束直径即可求出颗粒粒径，进一步根据公式(5)可得颗粒的体积浓度。