專利名稱：顆粒粒度、濃度和密度測量方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超聲測量技術(shù)，特別是涉及一種利用反射式超聲信號對兩相流(懸 濁液或乳濁液)中處于離散狀態(tài)顆粒的粒度、濃度以及混合物密度進(jìn)行同時(shí)測量的 方法及其裝置的技術(shù)。
背景技術(shù)：
對兩相流中分散狀顆粒粒度和濃度進(jìn)行測量，在涉及兩相流動的能源、化工、 醫(yī)藥、環(huán)境、水利、材料等領(lǐng)域中具有廣泛應(yīng)用背景。現(xiàn)有顆粒測量方法如篩分法、 顯微鏡法、全息法、電感應(yīng)法、沉降法和光散射法等，通常很難實(shí)現(xiàn)高濃度條件下 的快速，非接觸在線測量。
超聲波具有寬的頻帶范圍，強(qiáng)的穿透能力，可在有色甚至不透明的物質(zhì)中傳播 并具有測量速度快，容易實(shí)現(xiàn)測量和數(shù)據(jù)處理的自動化等優(yōu)點(diǎn)，超聲波傳感器價(jià)格 低且耐污損。
由于超聲在顆粒系中的傳播規(guī)律與顆粒物的粒度和濃度密切相關(guān)，可用作顆粒
粒度和濃度測量。現(xiàn)有的超聲顆粒濃度測量方法，多采用經(jīng)驗(yàn)公式或事先標(biāo)定，未
能很好考慮多分散分布狀態(tài)的顆粒物的粒度差異對聲衰減、聲速譜影響，嚴(yán)格的聲
學(xué)理論模型已表明顆粒尺寸大小及分布差異對聲衰減、聲速影響很大，忽略該影響
導(dǎo)致測量方法通用性差，難以確保結(jié)果準(zhǔn)確，也不能獲得顆粒的粒度分布。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于 反射式超聲信號測量和分析的，通用性強(qiáng)，測量結(jié)果準(zhǔn)確的顆粒粒度、濃度和密度 測量方法及其裝置。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所提供的一種顆粒粒度、濃度和密度測量方法， 包括以下步驟
1) 采集直接反射波和透射回波由收/發(fā)換能器發(fā)射的單個(gè)窄脈沖超聲波反 射后所述收/發(fā)換能器獲得直接反射波和透射回波信號；
2) 獲得反射系數(shù)和聲學(xué)特征阻抗在數(shù)據(jù)處理的計(jì)算機(jī)中對時(shí)域信號作快速 傅立葉變換得超聲幅值和相位譜，由公式
<formula>formula see original document page 6</formula>
計(jì)算獲得反射系數(shù)和聲學(xué)特征阻抗;
3) 獲得衰減系數(shù)和聲速在數(shù)據(jù)處理的計(jì)算機(jī)中由快速傅立葉變換得直接反 射波和透射回波的幅值譜并修正了聲反射，透射和擴(kuò)散損失后得聲衰減譜；由直接 反射波和透射回波的時(shí)差可測聲速<formula>formula see original document page 6</formula>
4) 計(jì)算顆粒和連續(xù)介質(zhì)的兩相混合物(以下簡稱混合物)等效密度，在數(shù)據(jù)處 理的計(jì)算機(jī)中由公式
A = A /C能直接計(jì)算混合物等效密度；
5) 計(jì)算顆粒濃度，在數(shù)據(jù)處理的計(jì)算機(jī)中由公式 — 廣p, )]/[A (A - A )]能直接計(jì)算顆粒濃度；
6) 計(jì)算顆粒粒度在數(shù)據(jù)處理的計(jì)算機(jī)中按照高濃度顆粒兩相體系中復(fù)波數(shù)
公
式:<formula>formula see original document page 6</formula>
式中-為顆粒濃度，i 為顆粒半徑，《為絕熱壓縮系數(shù)，S是濃度，粒度和
物性的函數(shù)。聲衰減系數(shù)和聲速可按，衰減系數(shù) or = — Im(yf)
聲速 c = / Re(K)
為求解顆粒粒度分布，按照上面計(jì)算的理論聲衰減系數(shù)(a^吣(/))與實(shí)驗(yàn)測量信號 換算得的聲衰減系數(shù)a,(/)^n[M^(/)/A^(/)]/丄—A構(gòu)造誤差函數(shù)，
<formula>formula see original document page 7</formula>
然后按照優(yōu)化方法進(jìn)行優(yōu)化求解得顆粒粒度分布。
進(jìn)一步的，所述步驟6)中，所述優(yōu)化方法包括DFP優(yōu)化方法、最優(yōu)正則化方 法、最速下降法和模擬退火法。
進(jìn)一步的，所述步驟6)中優(yōu)化方法進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，將顆粒粒度分布采用一個(gè) 函數(shù)或一組函數(shù)形式進(jìn)行描述，如Rosin-Ramma函數(shù)或正態(tài)分布函數(shù)；之后可構(gòu)造 不同目標(biāo)函數(shù)并按照最優(yōu)化的理論中的優(yōu)化方法確定分布函數(shù)中待定參數(shù)，可完全 求解得顆粒粒度的分布。
進(jìn)一步的，所述步驟6)中優(yōu)化方法進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算時(shí)，采用罰函數(shù)手段，以避 免出現(xiàn)非物理解情況(如參數(shù)為負(fù)數(shù))。
進(jìn)一步的，所述步驟6)中優(yōu)化方法進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算時(shí)，在獲得求解參數(shù)后，帶 入顆粒粒度分布參數(shù)函數(shù)計(jì)算顆粒粒度的頻率分布和累計(jì)分布。
本發(fā)明所提供的一種顆粒粒度、濃度和密度測量裝置，包括進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的計(jì) 算機(jī)(帶分析軟件)，連接計(jì)算機(jī)的信號處理電路，連接信號處理電路的脈沖波發(fā)射 /接收電路，連接脈沖波發(fā)射/接收電路的寬帶換能器，寬帶換能器設(shè)于緩沖板外側(cè)； 裝置由計(jì)算機(jī)控制，發(fā)射電路發(fā)出脈沖電信號，經(jīng)觸發(fā)換能器，聲波部分被緩沖板 反射回來由換能器接收設(shè)為直接反射波，另一部分透射后在待測顆粒兩相流中傳播 并被反射板反射再由換能器接收設(shè)為透射回波，并經(jīng)過信號處理電路傳輸給計(jì)算機(jī)
處理將信號作快速傅立葉變換獲得超聲幅值相位譜，換算得反射系數(shù)，聲特性阻 抗，聲衰減系數(shù)和聲速；由測量值可計(jì)算得混合物密度(/^-Z"C)，由已知的顆粒
物和連續(xù)介質(zhì)密度計(jì)算得濃度值- = [^0^—再由換能器測量 直接反射波和透射回波作頻譜分析并考慮反射修正得到的聲衰減譜和理論聲衰減譜 的誤差作為目標(biāo)函數(shù)
按照優(yōu)化方法進(jìn)行優(yōu)化，計(jì)算得顆粒粒度分布；
計(jì)算機(jī)設(shè)有用于直接顯示測量結(jié)果的曲線和數(shù)據(jù)的屏幕。
進(jìn)一步的，所述信號處理電路設(shè)有高速A/D轉(zhuǎn)換單元和信號放大單元。
進(jìn)一步的，所述寬帶換能器為自發(fā)自收寬帶換能器。
進(jìn)一步的，所述計(jì)算機(jī)設(shè)有用于保存測量結(jié)果的硬盤；供以后分析使用。 進(jìn)一步的，所述緩沖板和反射板為管道中相對的二側(cè)壁。
進(jìn)一步的，所述緩沖板設(shè)于寬帶探頭凹槽的一側(cè)，所述反射板設(shè)于寬帶探頭凹
槽對面的另一側(cè)；寬帶探頭以法蘭形式和管道連接或插入管道中作在線檢測。
利用本發(fā)明提供的顆粒粒度、濃度和密度測量方法及其裝置，由于采用基于
反射式超聲信號測量和分析的計(jì)算模式，可以對懸濁液或乳劑形式的顆粒物樣品進(jìn)
行顆粒粒度、濃度和等效密度的檢測，避難了多分散分布狀態(tài)的顆粒物的粒度差異
對聲衰減、聲速譜影響，提高了測量方法通用性，確保了測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，同時(shí)
可以用作含顆粒物液液，液固兩相流的在線測量。


圖l是本發(fā)明實(shí)施例的顆粒粒度、濃度和密度測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖2是本發(fā)明實(shí)施例的顆粒粒度、濃度和密度測量過程中的多次反射信號的示
意圖3是本發(fā)明實(shí)施例的顆粒粒度、濃度和密度測量探頭的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合

對本發(fā)明的實(shí)施例作進(jìn)一步詳細(xì)描述，但本實(shí)施例并不用于 限制本發(fā)明，凡是采用本發(fā)明的相似方法、結(jié)構(gòu)及其相似變化，均應(yīng)列入本發(fā)明的 保護(hù)范圍。
本發(fā)明實(shí)施例的顆粒粒度、濃度和密度測量(方法)工作原理 ①反射系數(shù)和聲學(xué)特征阻抗測量通過比較待測樣品和標(biāo)定物質(zhì)的反射信號，
當(dāng)分別測量區(qū)放置樣品或者標(biāo)定物質(zhì)，在緩沖板和測量區(qū)界面間有不同反射系數(shù)。
將而這相比，有如下關(guān)系
其中，A和A分別為對樣品和標(biāo)定物質(zhì)(如純水)進(jìn)行測試時(shí)的反射系數(shù)，厲和 處為對應(yīng)超聲信號的幅度；進(jìn)一步換算出兩相介質(zhì)聲學(xué)特征阻抗
<formula>formula see original document page 9</formula>
其中Z,表示顆粒和連續(xù)介質(zhì)的兩相體混合物(以下簡稱混合物)的聲學(xué)特征阻 抗，Za表示壁面的聲學(xué)特征阻抗。按
<formula>formula see original document page 9</formula>
即可通過測量聲速直接計(jì)算混合物等效密度，利用已知的顆粒和連續(xù)相密度， 可以求解濃度
<formula>formula see original document page 9</formula>
上式中下標(biāo)P指顆粒，7指連續(xù)介質(zhì)(通常為液體)。由于聲阻抗法可直接測得 濃度，降低聲衰減譜求解粒度困難。同時(shí)反射系數(shù)可修正聲衰減計(jì)算中界面反射和 透射損失。
② 衰減系數(shù)和聲速測量如圖1所示，換能器4發(fā)出聲波部分被緩沖板5反射， 部分透過緩沖板在介質(zhì)6中傳播并由對面反射板7反射，再次通過介質(zhì)6和緩沖板 5并被換能器4接收，這樣即可得到直接反射波A和透射回波B (如圖2所示)，由 快速傅立葉變換技術(shù)得直接反射波A和透射回波B的幅值譜并修正了聲反射，透射 和擴(kuò)散損失后得聲衰減譜
","/) =+in(^4^)-"c;
Z Ms(/)
其中M^(/)為直接反射波幅值，A^(/)為透射回波幅值，L為聲程，而^為考慮聲 反射，擴(kuò)散效果的超聲衰減修正系數(shù)，可標(biāo)定獲取。同時(shí)，由直接反射波A和透射 回波B的時(shí)差可測聲速
其中AL為聲程差，而At為2波形記錄時(shí)間差。
③ 采用寬帶換能器，對時(shí)域信號作快速傅立葉變換得超聲幅值相位譜，以中心 頻率lOMHz寬帶換能器為例，其在-6dB內(nèi)衰減包含頻率范圍約5 15MHz，為反演 提供了豐富的頻譜信息。
④ 按照聲波動理論，高濃度顆粒兩相體系中復(fù)波數(shù)公式
一 =x 州
式中角頻率w-2;r/， 0為顆粒濃度，《為絕熱壓縮系數(shù)，S是濃度，粒度 和物性的函數(shù)。聲衰減系數(shù)和聲速可按，衰減系數(shù)a--Im(A:)，聲速c二w/Re(0， 由復(fù)波數(shù)/f給出。通過上述公式，可以計(jì)算不同超聲頻率，顆粒粒度和濃度時(shí)的超 聲衰減系數(shù)(聲速)。
⑤ 為求解顆粒粒度分布，按照上面計(jì)算的理論聲衰減系數(shù)(a^。J/))與實(shí)驗(yàn)測 量信號換算得的聲衰減系數(shù) 柳(/)dn[A^(/)/il^(/)]/丄-^構(gòu)造誤差函數(shù)，<formula>formula see original document page 11</formula>

這樣，可以按照最優(yōu)化理論進(jìn)行優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)；為計(jì)算顆粒粒度分布，需要將顆粒 粒度分布采用某一或一組函數(shù)形式進(jìn)行描述，可采用Rosin-Ramma函數(shù)，正態(tài)分布， 對數(shù)正態(tài)分布等；上述3種函數(shù)分布均包含一個(gè)名義尺寸參數(shù)和分布寬度參數(shù)，在 優(yōu)化時(shí)稱待定參數(shù)。在進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，事先人為設(shè)定初始參數(shù)，這樣可計(jì)算出理論超 聲衰減和初始目標(biāo)函數(shù)，按照最優(yōu)化的理論中的Davidon-Fletcher-Powell (DFP)方 法，可以在初始參數(shù)附近唯一的確定局部最優(yōu)解，為獲得全局最優(yōu)求解，應(yīng)重新設(shè) 定初始值并最終選擇目標(biāo)函數(shù)最小的結(jié)果即為最終求解結(jié)果。同時(shí)，為避免出現(xiàn)非 物理解情況(如參數(shù)為負(fù)數(shù))，可以采用罰函數(shù)手段。在獲得求解參數(shù)后，帶入顆粒 粒度分布參數(shù)函數(shù)計(jì)算顆粒粒度的頻率分布和累計(jì)分布；本發(fā)明除了采用DFP (Davidon-Fletcher-Powell)方法之外，還可用最優(yōu)正則化方法、最速下降法 (Steepest Descent method)禾口模擬退火法(Simulated Annealing method)等優(yōu) 化方法。
本發(fā)明實(shí)施例的顆粒粒度、濃度和密度測量方法，包括以下步驟
1) 采集直接反射波和透射回波由收/發(fā)換能器發(fā)射的單個(gè)窄脈沖超聲波 反射后所述收/發(fā)換能器獲得直接反射波和透射回波信號；
2) 獲得反射系數(shù)和聲學(xué)特征阻抗在數(shù)據(jù)處理的計(jì)算機(jī)中對時(shí)域信號作快 速傅立葉變換得超聲幅值相位譜，由公式
<formula>formula see original document page 11</formula>
計(jì)算獲得反射系數(shù)和聲學(xué)特征阻抗；
3) 獲得衰減系數(shù)和聲速在數(shù)據(jù)處理的計(jì)算機(jī)中由快速傅立葉變換技術(shù)得 直接反射波A和透射回波B的幅值譜并修正了聲反射，透射和擴(kuò)散損失后得聲衰減 譜，(該修正可以通過2)中反射系數(shù)結(jié)果或用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)標(biāo)定)，由于采用二次不同
超聲波比值，消除了換能器超聲發(fā)射功率不同的影響；即如
"歸(/)斗n(^4S)-"c; 丄 Ms(/)
其中MJ/)為直接反射波幅值，A^(/)為透射回波幅值，L為聲程，而^為考慮聲 反射，擴(kuò)散效果的超聲衰減修正系數(shù)，可采用超聲吸收特性已知的介質(zhì)(例如水)進(jìn) 行標(biāo)定。同時(shí)，由直接反射波A和透射回波B的時(shí)差可測聲速 c = AL/Af = AL/(/s —
其中AL為聲程差，而At為2波形記錄時(shí)間差。
4) 計(jì)算顆粒和連續(xù)介質(zhì)構(gòu)成的混合物(如懸濁液)等效密度在數(shù)據(jù)處理的 計(jì)算機(jī)中由公式
A=Z"c，能直接計(jì)算混合物等效密度，其中Z,指混合物的阻抗，通過測量
標(biāo)定物質(zhì)和待測混合物中的超聲波信號和反射系數(shù)后，按Z, =ZA
換算得(該
計(jì)算結(jié)果不受顆粒粒度的影響，且可以直接用在液液兩相流中)。
5) 計(jì)算顆粒濃度在數(shù)據(jù)處理的計(jì)算機(jī)中由公式
0 = [Pp (A — A )]/[ A _ A )]能直接計(jì)算顆粒濃度，其中混合物等效密度 A由上一步得(計(jì)算結(jié)果不受顆粒粒度的影響，公式也可以直接用在液液兩相流濃 度計(jì)算中)；
如果僅僅完成混合物等效密度和濃度計(jì)算，可以采用單一頻率的超聲換能器即可。
6) 計(jì)算顆粒粒度在數(shù)據(jù)處理的計(jì)算機(jī)中按照聲波動理論，高濃度顆粒兩 相體系中復(fù)波數(shù)公式(公式中濃度已經(jīng)由前面獲得，可以作為已知量，減少了顆粒 粒度求解中的未知數(shù)個(gè)數(shù))
一 =* x 州 —"0)2+/ [S + -(l-州
式中-為顆粒濃度，及為顆粒半徑，《為絕熱壓縮系數(shù)，5"是濃度，粒度和 物性的函數(shù)。聲衰減系數(shù)和聲速可按，衰減系數(shù)"=-Im(/tO 聲速c = w/Re(/f)
為求解顆粒粒度分布，按照上面計(jì)算的理論聲衰減系數(shù)(a^。"/))與實(shí)驗(yàn)測量信號 換算得的聲衰減系數(shù)a自(/)4n[Mj(/)/Ms(/)]/丄-"e構(gòu)造誤差函數(shù)，
這樣，可以按照最優(yōu)化理論進(jìn)行優(yōu)化。為計(jì)算顆粒粒度分布，需要將顆粒粒度分布 采用某一或一組函數(shù)形式進(jìn)行描述，可采用Rosin-Ramma函數(shù)，正態(tài)分布，對數(shù)正 態(tài)分布等；上述3種函數(shù)分布均包含一個(gè)名義尺寸參數(shù)和分布寬度參數(shù)，此參數(shù)在 優(yōu)化時(shí)稱待定參數(shù)，如得以確定，即可完全獲得顆粒粒度的分布狀況。在進(jìn)行優(yōu)化 時(shí)，事先人為設(shè)定初始參數(shù)，這樣可計(jì)算出理論超聲衰減和初始目標(biāo)函數(shù)，按照最 優(yōu)化的理論中的Davidon-Fletcher-Powell(DFP)方法，可以在初始參數(shù)附近唯一的 確定局部最優(yōu)解，為獲得全局最優(yōu)求解，應(yīng)重新設(shè)定初始值并最終選擇目標(biāo)函數(shù)最 小的結(jié)果極為最終求解結(jié)果。同時(shí)，為避免出現(xiàn)非物理解情況(如參數(shù)為負(fù)數(shù))，可 以采用罰函數(shù)手段。在獲得求解參數(shù)后，帶入顆粒粒度分布參數(shù)函數(shù)計(jì)算顆粒粒度 的頻率分布和累計(jì)分布；本發(fā)明除了采用DFP (Davidon-Fletcher-Powell)方法之 外，還可用最優(yōu)正則化方法、最速下降法(Ste印est Descent method)和模擬退火 法(Simulated Annealing method)等優(yōu)化方法。
如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例所提供的一種顆粒粒度、濃度和密度測量裝置，包 括進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的計(jì)算機(jī)1，連接計(jì)算機(jī)1的設(shè)有高速A/D轉(zhuǎn)換單元和信號放大單 元的信號處理電路2，連接信號處理電路2的脈沖波發(fā)射/接收電路3，連接脈沖波 發(fā)射/接收電路的換能器4，(寬帶)換能器4設(shè)于管道壁緩沖板5的外側(cè)；裝置由
計(jì)算機(jī)1控制，發(fā)射電路3發(fā)出脈沖電信號，經(jīng)觸發(fā)換能器4，聲波部分被緩沖板5 反射回來記為直接反射波A，另一部分透射后在待測顆粒兩相流6中傳播并被反射 板7反射再由換能器4接收記為透射回波B，并經(jīng)過信號放大單元、高速A/D轉(zhuǎn)換 單元傳輸給計(jì)算機(jī)l處理，信號為如圖2所示波形，分析后換算得反射系數(shù)，聲特 性阻抗，聲衰減系數(shù)和聲速。由測量值可算得混合物密度A-Z,/c，由已知的顆粒 物和連續(xù)介質(zhì)密度按公式- = (a — a)]/[a (pp _)]計(jì)算得濃度值。再由換能 器測量直接反射波A和透射回波B作頻譜分析并考慮反射修正得到的聲衰減譜和理
論聲衰減譜的誤差作為目標(biāo)函數(shù)
"1 "'/ eo/7"
采用Davidon-Fletcher-Powell(DFP)方法進(jìn)行優(yōu)化，計(jì)算得顆粒粒度分布；本發(fā)明 除了采用DFP (Davidon-Fletcher-Powell)方法之外，還可用最優(yōu)正則化方法、最 速下降法(Steepest Descent method)禾口模擬退火法(Simulated Annealing method) 等優(yōu)化方法。
如圖3所示，本發(fā)明另一實(shí)施例采用寬帶探頭，將測量部件做成探頭形式，在 探頭凹槽的一側(cè)設(shè)保護(hù)緩沖板10，保護(hù)緩沖板10外側(cè)設(shè)寬帶換能器9，并由電纜線 8連接脈沖波發(fā)射/接收電路；在探頭凹槽對面的另一側(cè)設(shè)反射板ll;寬帶探頭以法 蘭形式和管道連接或插入管道中作在線檢測，對時(shí)域信號作快速傅立葉變換得超聲 幅值相位譜，為反演提供了豐富的頻譜信息。
用本裝置可以對樣品池或在線管道內(nèi)顆粒兩相介質(zhì)的粒度和分布、濃度進(jìn)行測 量。在線管道測量時(shí)裝置通過法蘭連接，亦可直接附著在管道外壁上。測量結(jié)果以 曲線和數(shù)據(jù)的形式直接顯示在計(jì)算機(jī)屏幕上，同時(shí)保存在硬盤上供以后分析使用。
本發(fā)明所述計(jì)算機(jī)包括單板機(jī)、單片機(jī)、可編程微處理器和DSP (數(shù)字處理芯 片等。
權(quán)利要求
1、一種顆粒粒度、濃度和密度測量方法，其特征是，包括以下步驟1) 采集直接反射波和透射回波由收/發(fā)換能器發(fā)射的單個(gè)窄脈沖超聲波反射后所述收/發(fā)換能器獲得直接反射波和透射回波信號；2) 獲得反射系數(shù)和聲學(xué)特征阻抗在數(shù)據(jù)處理的計(jì)算機(jī)中對時(shí)域信號作快速傅立葉變換得超聲幅值和相位譜，由公式
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的顆粒粒度、濃度和密度測量方法，其特征在于，所 述步驟6)中優(yōu)化方法進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，將顆粒粒度分布采用一個(gè)函數(shù)或一組函數(shù)形 式進(jìn)行描述；之后構(gòu)造不同目標(biāo)函數(shù)并按照最優(yōu)化的理論中的優(yōu)化方法確定分布函 數(shù)中待定參數(shù)，能完全求解得顆粒粒度的分布。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的顆粒粒度、濃度和密度測量方法，其特征在于，所 述步驟6)中優(yōu)化方法進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算時(shí)，采用罰函數(shù)手段。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的顆粒粒度、濃度和密度測量方法，其特征在于，所 述步驟6)中優(yōu)化方法進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算時(shí)，在獲得求解參數(shù)后，帶入顆粒粒度分布參 數(shù)函數(shù)計(jì)算顆粒粒度的頻率分布和累計(jì)分布。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任何一項(xiàng)所述的顆粒粒度、濃度和密度測量方法， 其特征在于，所述步驟6)中，所述優(yōu)化方法包括DFP優(yōu)化方法、最優(yōu)正則化方法、 最速下降法和模擬退火法。
6、 一種顆粒粒度、濃度和密度測量裝置，其特征在于，包括進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的計(jì) 算機(jī)，連接計(jì)算機(jī)的信號處理電路，連接信號處理電路的脈沖波發(fā)射/接收電路，連 接脈沖波發(fā)射/接收電路的寬帶換能器，寬帶換能器設(shè)于緩沖板外側(cè)；所述裝置由計(jì) 算機(jī)控制，發(fā)射電路發(fā)出脈沖電信號，經(jīng)觸發(fā)換能器，反射回來的直接反射波和透 射回波經(jīng)過信號處理電路傳輸給計(jì)算機(jī)處理將信號作快速傅立葉變換獲得超聲幅 值相位譜，換算得反射系數(shù)，聲特性阻抗，聲衰減系數(shù)和聲速；由測量值能計(jì)算得 混合物密度(A=4/c )，由已知的顆粒物和連續(xù)介質(zhì)密度計(jì)算得濃度值—再由換能器測量直接反射波和透射回波作頻譜分 析并考慮反射修正得到的聲衰減譜和理論聲衰減譜的誤差作為目標(biāo)函數(shù)<formula>formula see original document page 4</formula>按照優(yōu)化方法進(jìn)行優(yōu)化，計(jì)算得顆粒粒度分布； 計(jì)算機(jī)設(shè)有用于直接顯示測量結(jié)果的曲線和數(shù)據(jù)的屏幕。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的顆粒粒度、濃度和密度測量裝置，其特征在于，所述 信號處理電路設(shè)有高速A/D轉(zhuǎn)換單元和信號放大單元。
8、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的顆粒粒度、濃度和密度測量裝置，其特征在于，所述 寬帶換能器為自發(fā)自收寬帶換能器。
9、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的顆粒粒度、濃度和密度測量裝置，其特征在于，所述 計(jì)算機(jī)設(shè)有用于保存測量結(jié)果的硬盤。
10、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的顆粒粒度、濃度和密度測量裝置，其特征在于，所 述緩沖板和反射板為管道中相對的二側(cè)壁。
11、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的顆粒粒度、濃度和密度測量裝置，其特征在于，所 述緩沖板設(shè)于寬帶探頭凹槽的一側(cè)，所述反射板設(shè)于寬帶探頭凹槽對面的另一側(cè)； 寬帶探頭以法蘭形式和管道連接或插入管道中作在線檢測。
全文摘要
一種顆粒粒度、濃度和密度測量方法及其裝置，涉及超聲測量技術(shù)領(lǐng)域；所要解決的是提高超聲測量通用性和準(zhǔn)確性的技術(shù)問題；該測量裝置包括依次連接的計(jì)算機(jī)、信號處理電路、脈沖波發(fā)射/接收電路、寬帶換能器，寬帶換能器設(shè)于緩沖板外側(cè)；所述計(jì)算機(jī)處理程序?qū)⑿盘栕骺焖俑盗⑷~變換獲得超聲幅值相位譜，換算得反射系數(shù)，聲特性阻抗，聲衰減系數(shù)和聲速；由測量值能計(jì)算得混合物密度，由已知的顆粒物和連續(xù)介質(zhì)密度計(jì)算得濃度值；再由直接反射波和透射回波作頻譜分析得到的聲衰減譜和理論聲衰減譜的誤差作為目標(biāo)函數(shù)，按照優(yōu)化方法進(jìn)行優(yōu)化，計(jì)算得顆粒粒度分布；本發(fā)明具有基于反射式超聲信號測量和分析的，通用性強(qiáng)，測量結(jié)果準(zhǔn)確的特點(diǎn)。
文檔編號G01N15/00GK101169363SQ20071004652
公開日2008年4月30日 申請日期2007年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月27日
發(fā)明者蘇明旭, 蔡小舒, 薛明華 申請人:上海理工大學(xué)