一种固液两相混合物均匀性的超声在线检测方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种固液两相混合物均匀性的超声在线检测方法及系统，在待测混合物的相对两侧分别布置带有第一阻尼块的第一超声传感器和带有第二阻尼块的第二超声传感器；检测过程如下：(1)第一超声传感器和第二超声传感器均处于自发自收模式，接收各自发射出的超声波信号反射回来的回波信号；(2)对第一超声传感器和第二超声传感器接收到的超声波回波信号进行数据分析和处理，通过计算与标准信号的差异来判断待测混合物的均匀性。与现有技术相比，能够进行快速、定量、在线检测，能实现非接触式在线检测；检测过程中传感器不需要移动、调整位置，具有较好的稳定性和可靠性，适用于恶劣的工业环境；对人体无害，且不会产生附加的不利影响。
【专利说明】
一种固液两相混合物均匀性的超声在线检测方法及系统
技术领域
[0001 ]本发明属于工业混合物混合过程检测领域，更具体地，涉及一种固液两相混合物 均匀性的超声在线检测方法及系统。
【背景技术】
[0002] 固液两相混合物在建筑、食品、制药和航空航天等领域应用广泛，如药浆、混凝土、 固体推进剂等。对制药企业来说，药浆的均匀性好坏将直接影响到成品药的药效，部分有副 作用成分的均匀性更为重要。对于固体推进剂，均匀性直接影响固体推进剂的加工性能、力 学性能和燃烧性能，进而影响火箭或者导弹的推力稳定性。
[0003] 对固液两相混合物均匀性的检测，目前大多数是在固液两相混合物的不同部位取 样进行实验室化验分析，通过料浆的某项性能(如燃烧性能)或物理属性(如样品的密度)来 间接评判混合效果，时效性极差，也无法提供精确有效的信息，无法对固液两相混合物在制 备过程中产生的质量问题进行实时跟踪。近年来，在线检测技术得到广泛关注。在线检测技 术在待测固液两相混合物中加入红外/可见光、γ射线、电磁和激光等激励信号，通过捕捉 这类信号经过检测区域导致的变化进而表征待测固液两相混合物的特性。具有代表性的在 线非接触式检测技术包括光学检测技术、放射线衰减检测技术、近红外分析技术(NIR)、工 业层析成像检测（ΙΡΤ)和电容检测技术等。在工业生产中，有大量的固液两相混合物呈现光 不透明性，这使光学检测技术和近红外分析技术的应用受到限制。电容法具有安全可靠、成 本低、非侵入和响应快等优点，但电容传感器存在检测场灵敏度分布不均匀问题，也不适用 于具有导电性的固液两相混合物的检测。放射线因对人体有危害且使用不便等因素，一般 不用于普通的工业环境。工业层析成像(如电阻层析成像和电阻抗层析成像)技术能够获取 全面的断面信息，在过程监控和参数检测研究中得到了应用，但工业层析成像技术成本较 高、技术复杂且对检测环境要求严格，使其难以推广使用。
[0004] 由于缺乏合适的固液两相混合物均匀性在线检测技术，无法实时获得其均匀性信 息。当前为保证固液两相混合物的均匀性，业内普遍采用延长制备时间的方法来确保最终 固液两相混合物均匀，但这样做往往是大大降低了生产效率，而最后的固液两相混合物的 均匀性也得不到保证。同时随着连续生产技术的发展，固液两相混合物均匀性的在线检测 已成为其必不可少的环节。在现有生产工艺和未来新技术发展的大背景下，迫切需要固液 两相混合物的均匀性检测的新方法。
【发明内容】
[0005] 为了克服现有技术中固液两相混合物均匀性检测的缺陷，本发明提供一种固液两 相混合物均匀性的超声检测方法，实现固液两相混合物均匀性的快速、定量和在线检测。
[0006] 为了实现上述目的，本发明提供了一种固液两相混合物均匀性的超声检测方法， 该方法包括，在待测固液两相混合物的相对两侧分别布置带有第一阻尼块的第一超声传感 器和带有第二阻尼块的第二超声传感器，第一超声传感器和第二超声传感器相向布置;第 一阻尼块和第二阻尼块平行设置，且位于第一超声传感器和第二超声传感器之间；第一阻 尼块和第二阻尼块的声阻抗均大于待测固液两相混合物的声阻抗；
[0007] 检测过程如下：
[0008] (1)第一超声传感器发出的超声波依次穿过第一阻尼块、待测固液两相混合物，第 一阻尼块对应的待测固液两相混合物界面以及第二阻尼块对应的待测固液两相混合物界 面反射的超声波被第一超声传感器接收;第二超声传感器发出的超声波穿过第二阻尼块并 被第二阻尼块对应的待测固液两相混合物界面反射，然后被第二超声传感器接收；
[0009] (2)对第一超声传感器和第二超声传感器在步骤（1)中接收到的三个超声波信号 进行数据分析和处理，通过计算与标准信号的差异来判断待测固液两相混合物的均匀性。
[0010] 进一步地，步骤(2)中，记录第一超声传感器接收的由第一超声传感器发射后经第 一阻尼块对应的待测固液两相混合物界面反射回的第一个回波信号的最大幅值pn、第一超 声传感器接收的由第一超声传感器发射后经第二阻尼块对应的待测固液两相混合物界面 反射回的第一个回波信号最大幅值p r2、第二超声传感器接收的由第二超声传感器发射后经 第二阻尼块对应的待测固液两相混合物界面反射回的第一个回波信号的最大幅值p r3,共三 个回波信号；
[0011]检测上述三个回波信号在均匀混合状态下各自对应的幅值为％，其中k=l、2、3; 以上述三个回波信号在完全沉积时各自对应的幅值psk与i之间的绝对差值|-El为 标定值，并将IA* -II映射到[0 ·0，1 · 0]区间，如果I- %|>|/? - il，则令 I (&--&)/d -瓦D1= 1，由此得到待测固液两相混合物的均匀性表达式为
[0013] 其中，Homj代表第一超声传感器和第二超声传感器之间的检测区域内待测固液两 相混合物的均勾度，其范围是〇~1;当待测固液两相混合物完全沉积时，Homj = 0;当待测固 液两相混合物混合均勾时，Homj = 1。
[0014] 进一步地，第一超声传感器和第二超声传感器组成检测对，多个该检测对设于待 测固液两相混合物的不同位置，检测不同位置的均匀性，则待测固液两相混合物的均匀性 表达式为：
[0016]其中，Μ是总的检测对数量，j = 1、2、3、…、Μ，k= 1、2、3;第j对传感器的回波信号prk 表示为Puk;Hom为待测固液两相混合物的平均混合均匀度，其范围为0~1;当待测固液两相 混合物完全沉积时，Hom = 0;当待测固液两相混合物混合均勾时，Hom=l。
[0017] 进一步地，第一超声传感器与第一阻尼块通过耦合剂连接，第二超声传感器与第 二阻尼块通过耦合剂连接。
[0018]本发明还提供了一种固液两相混合物均匀性的超声在线检测系统，其包括:信号 采集系统、数据处理系统、在待测固液两相混合物的相对两侧分别布置的带有第一阻尼块 的第一超声传感器和带有第二阻尼块的第二超声传感器;第一超声传感器和第二超声传感 器相向布置;第一阻尼块和第二阻尼块平行设置，且位于第一超声传感器和第二超声传感 器之间;第一阻尼块和第二阻尼块的声阻抗均大于待测固液两相混合物的声阻抗；
[0019] 第一超声传感器用于发射超声波，并接收自身发出的超声波分别由第一阻尼块和 第二阻尼块对应的待测固液两相混合物的两个界面反射回的信号;第二超声传感器用于发 射超声波，并接收自身发出的超声波在第二阻尼块对应的待测固液两相混合物的界面反射 回的超声波信号；
[0020] 第一超声传感器和第二超声传感器接收到的超声波信号上传至信号采集系统，经 信号采集系统处理为数据信息后，上传至数据处理系统。
[0021 ]进一步地，信号采集系统包括信号采集模块，用于采集第一超声传感器接收的由 第一超声传感器发射后经第一阻尼块对应的待测固液两相混合物界面反射回的第一个回 波信号的最大幅值pn、第一超声传感器接收的由第一超声传感器发射后经第二阻尼块对应 的待测固液两相混合物界面反射回的第一个回波信号最大幅值p r2、第二超声传感器接收的 由第二超声传感器发射后经第二阻尼块对应的待测固液两相混合物界面反射回的第一个 回波信号的最大幅值Pr3，共三个回波信号；
[0022]信号采集模块还用于采集上述三个回波信号在均匀混合状态下各自对应的幅值 瓦7，以及用于采集上述三个回波信号在完全沉积时各自对应的幅值Psk，其中k= 1、2、3;信 号采集模块将采集到的上述信号转换成数据并上传给数据处理系统;数据处理系统包括数 据处理模块，用于将p Sk与:瓦^之间的绝对差值|凡?_ |作为标定值，并将1^ 1映射 至 ij [ ο. 0，1. 0 ]区间，如果 | -瓦；| > 1-瓦；|，则令 | 〇A - ；^) / (-巧）| = 1，由此 得到待测固液两相混合物的均匀性表达式为
[0024] 其中，Horn」代表第一超声传感器和第二超声传感器之间的检测区域内待测固液两 相混合物的均勾度，其范围是〇~1;当待测固液两相混合物完全沉积时，Homj = 0;当待测固 液两相混合物混合均勾时，Homj = 1。
[0025] 进一步地，第一超声传感器和第二超声传感器组成检测对，多个该检测对设于待 测固液两相混合物的不同位置，用于检测不同位置的均匀性;信号采集模块用于采集来自 多个该检测对的信号，并转换成数据上传给数据处理模块;数据处理模块用于处理得到的 数据并得出待测固液两相混合物的均匀性结果，待测固液两相混合物的均匀性的表达式 为：
[0027]其中，Μ是总的检测对数量，j = 1、2、3、…、Μ，k= 1、2、3;第j对传感器的回波信号prk 表示为Puk;Hom为待测固液两相混合物的平均混合均匀度，其范围为0~1;当待测固液两相 混合物完全沉积时，Hom = 0;当待测固液两相混合物混合均勾时，Hom=l。
[0028] 进一步地，第一超声传感器与第一阻尼块通过耦合剂连接，第二超声传感器与第 二阻尼块通过耦合剂连接。
[0029] 总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，检测方法及系统 简单，能够进行快速、定量、在线检测，同时检测对象广泛，能够穿透金属、塑料等材料，适合 阻光媒质的检测，能实现非接触式在线检测;检测过程中传感器不需要移动、调整位置，具 有较好的稳定性和可靠性，适用于恶劣的工业环境;易于实现、成本较低和响应快;对人体 无害，且不会对工业过程产生附加的不利影响。
【附图说明】
[0030] 图1是本发明第一实施例的检测系统示意图；
[0031] 图2是本发明第一实施例的检测原理图。
[0032] 在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
[0033] 1-第一超声传感器，2-第一阻尼块，3-第二阻尼块，4-第二超声传感器，5-第二脉 冲发生接收器，6-数据处理系统，7-信号采集系统，8-第一脉冲发生接收器
【具体实施方式】
[0034]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并 不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要 彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0035] 请参照图1，检测系统由第一超声传感器1、第一阻尼块2、第二阻尼块3、第二超声 传感器4、第二脉冲发生接收器5、数据处理系统6、信号采集系统7和第一脉冲发生接收器8 组成。第一脉冲发生接收器8和第二脉冲发生接收器5均处于发射-接收模式。第一超声传感 器1通过耦合剂与第一阻尼块2黏接在一起，第二超声传感器4通过耦合剂与第二阻尼块3黏 接在一起，第一阻尼块2、第二阻尼块3相互平行且位于第一超声传感器1和第二超声传感器 4之间，第一超声传感器1、第二超声传感器4相向布置。待测固液两相混合物置于第一阻尼 块2、第二阻尼块3之间。该布置方式为非侵入式的检测方式，可用于监控管道或者搅拌槽中 固液两相混合物均匀性，且不干扰混合过程。
[0036] 在选取第一阻尼块和第二阻尼块的制造材料时，应当使第一阻尼块和第二阻尼块 的声阻抗均大于待测固液两相混合物的声阻抗，通常可以选择有机玻璃等材料。
[0037] 检测的基本过程如下：
[0038] (1)第一脉冲发生接收器8按一定的重复频率(如100Hz)发射脉冲，经第一脉冲发 生接收器8的发射端T/R将电脉冲信号送入第一超声传感器1中，第一超声传感器1发出超声 波;第一超声传感器1发出的超声波依次穿过第一阻尼块2、待测固液两相混合物和第二阻 尼块3,第一阻尼块2对应的待测固液两相混合物界面以及第二阻尼块3对应的待测固液两 相混合物界面反射的超声波被第一超声传感器1接收；
[0039]第二脉冲发生接收器5按与第一脉冲发生接收器相同的频率发射脉冲，并通过同 步信号保证两个脉冲发生接收器的触发时间相同。经第二脉冲发生接收器5的发射端T/R将 电脉冲信号送入第二超声传感器4中，第二超声传感器4产生超声波;第二超声传感器4发出 的超声波经第二阻尼块对应的待测固液两相混合物界面反射，反射的超声波被第二超声传 感器4接收。
[0040] (2)第一超声传感器1、第二超声传感器4在步骤（1)中接收到的上述三个超声波信 号分别经第一脉冲发生接收器8、第二脉冲发生接收器5增益调节后送入信号采集系统6;信 号采集系统6包括信号采集模块，用于将信号进行数字化处理成为数据后，传输至数据处理 系统7,数据处理系统7包括数据处理模块，用于进行数据分析和处理。
[0041] 图2是本发明第一实施例的检测原理图，显示了超声信号在待测固液两相混合物 中的传播过程。首先将检测区域(两个超声传感器之间的待测固液两相混合物)按照浓度差 异划分为q层。图2中1、α、ζ和分别代表了厚度、超声衰减系数、声阻抗和待测固液两相混 合物的体积浓度，下标c、g分别代表了第一阻尼块2和第二阻尼块3，以1 = 1、2、一、(1)为固液 两相混合物的层号，L是检测区域的总厚度。
[0042] (1)记录的超声回波信号?^与固液两相混合物浓度的关系
[0043]超声回波信号由待测固液两相混合物的超声衰减系数和界面反射决定。第一超声 传感器1接收的由第一超声传感器1发射后经第一阻尼块2对应的待测固液两相混合物界面 反射回的第一个回波信号的最大幅值Prl (标量)为：
[0045] 其中，P(3为第一超声传感器1的发射波峰值，Ru为第一阻尼块2对应的第1层待测固 液两相混合物界面的反射系数，由于第一阻尼块2的声阻抗z。大于其对应侧的待测固液两 相混合物的声阻抗 Z1，即Zc>Zl。对于一个已经确定的检测系统，^和及，20^为常数，由上式 可知，随着Z1增大，prl单调地减小。由于第一阻尼块2对应的第1层待测固液两相混合物的浓 度豹与声阻抗21成正相关，因此结合上述公式可知fl与prl成反相关。
[0046] 同理可得，第二阻尼块3对应的第q层待测固液两相混合物％，和第二超声传感器4 接收的由第二超声传感器4发射后经第二阻尼块3对应的待测固液两相混合物界面反射回 的第一个回波信号的最大幅值p r3(标量)成反相关，随着增大，pr3单调地减小，图2中的 pe'是第二超声传感器4的发射波峰值。
[0047] 从以上分析可知，prdPpr3能够分别反映第一阻尼块2和第二阻尼块3各自对应相 临处的待测固液两相混合物的浓度。
[0048] (2)记录的超声回波信号pr2与固液两相混合物浓度的关系
[0049]第一超声传感器1接收的由第一超声传感器1发射后经第二阻尼块3对应的待测固 液两相混合物界面反射回的第一个回波信号最大幅值pr2(标量)为：
[0051 ]其中，Tcl表示超声波从第一阻尼块到达待测固液两相混合物时的透射系数;Tlc表 示超声波从待测固液两相混合物到达第一阻尼块时的透射系数;Τ1(1+υ表示超声波从第i层 待测固液两相混合物到达i+?层待测固液两相混合物时的透射系数，T( 1+m表示超声波从i+ 1层待测固液两相混合物到达i层待测固液两相混合物时的透射系数，Rqg为第二阻尼块3对 应的待测固液两相混合物界面的反射系数。在上式中，右边的第一项是常数，pr2主 要由待测固液两相混合物引起的衰减(右式中第二项)和界面反射(右式中第三项)决定。
[0052] 均匀固液两相混合物体积浓度朽与其超声衰减系数as的关系可以通过间接式脉 冲回波法获得。在一定浓度范围内，均匀固液两相混合物中衰减系数a s线性地决定于体积 浓度外。因此从实际应用的角度出发，当环境温度、颗粒粒径和脉冲频率等其他变量是常数 时，在一定浓度范围内，均匀固液两相混合物中的超声衰减系数a s与浓度於的关系可以定 性地表达为：
[0053] as = }ψχ + δ
[0054] 其中，系数δ和γ是与固液两相混合物浓度无关、但取决于颗粒粒径等因素的常 量。
[0055] 在浓度为外的均匀固液两相混合物中，超声信号在传输距离1后的信号衰减因子 为+说。对于非均匀固液两相混合物，固液两相混合物的衰减(此处暂时不考虑界面 反射)可以表达为局部衰减之和，因此： <i q
[0056] Ζ α,./,. = Z 0代./, + ?7,) = (;_ + d')L t-l, i-l
[0057] 其中，=#，歹为检测区域的平均体积浓度。因此，固液两相混合物的超 声衰减系数(此处暂时不考虑界面反射)主要决定于平均浓度尹，并与平均浓度庐成正比。 [0058]不均匀固液两相混合物中声阻抗的差异将引起信号的反射和透射，导致超声波能 量的衰减。待测固液两相混合物总的透射系数T sus可表达为：
[0000]由上式可知，当Zi+i/zi〈l时，Ti(i+i)*T(i+i)i项将随着Zi+i/zi的增大而增大；当Zi+i/zi >1时，Ti(i+1)*T(i+1)i项将随着Zi+1/ Zi的增大而减小；当Zi+1/Zi= 1时，Ti(i+1)*T(i+1)i项为最大值 1。这说明，T1(1+1)*T(1+m随着检测区内声阻差异(或浓度差异）的减小而增大。T sus随着固液 两相混合物逐渐均匀而不断增大，当检测区域内固液两相混合物达到完全均匀时，Tsus达到 最大值1。
[0061 ] 同理可得：
[0064] Zl/Zc〈l时，Tcl*TlcM着Z1 (或待测固液两相混合物浓度识1)增大而增大;Zq/Zg、Rqg随 着zq(或待测固液两相混合物浓度灼)增大而减小。因此，在混合过程中，Tcl*Tlc、R qg和Tsus均 随着待测固液两相混合物均匀性的提高而增大。综合以上分析可知，pr2包含了检测区域内 的平均浓度信息和浓度分布信息。
[0065] 固液两相混合物均匀性是衡量局部浓度与平均浓度差异的指标。根据上述分析可 知，回波信号的幅值与固液两相混合物浓度相关，因此，固液两相混合物的均匀性可以通过 回波信号幅值的差异进行表达。
[0066] 所以，可以在检测步骤⑵中，将前面记录的三个回波信号prk(k=l、2、3)与均匀混 合状态下各自对应的回波幅值? (^=1、2、3)的绝对差值之和用于反 映固液两相混合物浓度与均匀时浓度的差异，进而反映固液两相混合物的混合均匀性。
[0067] 但是，由于三个回波幅值prl、pr2和pr3有较大差异，需要进行归一化处理。记录上述 三个回波信号在完全沉积时各自对应的幅值Psk，以pSk与?之间的绝对差值| |为 标定值，将I心-I映射到[0 · 0，1 · 0 ]区间。如果IA - Ε |>| Α H，则令 1(? -瓦[)/(心-^?=1 因此，固液两相混合物的均匀性可表达为：
[0069] 其中，Homj代表第一超声传感器和第二超声传感器之间的检测区域内待测固液两 相混合物的均匀度，其范围是〇~1。对于一个完全沉积的混合系统，Horn」=0。通过混合，颗 粒分布均匀性不断提高，超声回波信号与均匀固液两相混合物回波信号幅值的差异逐渐减 小，Horn」逐渐增大。当固液两相混合物完全均匀时，Homj = 1。
[0070] 在第二实施例中（未图示），第一超声传感器和第二超声传感器组成检测对，多个 该检测对设于待测固液两相混合物的不同位置，检测不同位置的均匀性，采用多对超声传 感器同时进行检测，能够更加全面地衡量固液两相混合物均匀性。此时，Horn」代表第j对传 感器检测区域内固液两相混合物的均匀度，它的范围是〇~1，而多个传感器检测的最终均 匀件结果可以衷达为：
[0072]其中，Μ是总的检测对数量，j = 1、2、3、…、Μ，k= 1、2、3;第j对传感器的回波信号幅 值Prk表示为Prjk; Horn为待测固液两相混合物的平均混合均勾度，其范围为0~1 ;当待测固液 两相混合物完全沉积时，Hom = 0;当待测固液两相混合物混合均匀时，Hom= 1。
[0073]本领域的技术人员容易理解，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制 本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本 发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种固液两相混合物均匀性的超声在线检测方法，其特征在于，在待测固液两相混 合物的相对两侧分别布置带有第一阻尼块的第一超声传感器和带有第二阻尼块的第二超 声传感器，第一超声传感器和第二超声传感器相向布置;第一阻尼块和第二阻尼块平行设 置，且位于第一超声传感器和第二超声传感器之间；第一阻尼块和第二阻尼块的声阻抗均 大于待测固液两相混合物的声阻抗； 检测过程如下： (1) 第一超声传感器发出的超声波依次穿过第一阻尼块、待测固液两相混合物，第一阻 尼块对应的待测固液两相混合物界面以及第二阻尼块对应的待测固液两相混合物界面反 射的超声波被第一超声传感器接收;第二超声传感器发出的超声波穿过第二阻尼块并被第 二阻尼块对应的待测固液两相混合物界面反射，然后被第二超声传感器接收； (2) 对第一超声传感器和第二超声传感器在步骤（1)中接收到的三个超声波信号进行 数据分析和处理，通过计算与标准信号的差异来判断待测固液两相混合物的均匀性。2. 如权利要求1所述的超声在线检测方法，其特征在于:步骤(2)中，记录第一超声传感 器接收的由第一超声传感器发射后经第一阻尼块对应的待测固液两相混合物界面反射回 的第一个回波信号的最大幅值 Prl、第一超声传感器接收的由第一超声传感器发射后经第二 阻尼块对应的待测固液两相混合物界面反射回的第一个回波信号最大幅值p r2、第二超声传 感器接收的由第二超声传感器发射后经第二阻尼块对应的待测固液两相混合物界面反射 回的第一个回波信号的最大幅值p r3,共三个回波信号； 检测上述三个回波信号在均匀混合状态下各自对应的幅值为;^，其中k=l、2、3;以上述 三个回波信号在完全沉积时各自对应的幅值Psk与％之间的绝对差值I-I为标定值， 并将IEI 映射到[〇 · 〇，1 · 〇 ]区间，如果IA* - E |>| & -瓦71，则令I (? -[) / (A「副=1， 由此得到待测固液两相混合物的均匀性表达式为其中，Homj代表第一超声传感器和第二超声传感器之间的检测区域内待测固液两相混 合物的均勾度，其范围是〇~1;当待测固液两相混合物完全沉积时，Hornj = 0;当待测固液两 相混合物混合均勾时，Homj = 1。3. 如权利要求2所述的超声在线检测方法，其特征在于:第一超声传感器和第二超声传 感器组成检测对，多个该检测对设于待测固液两相混合物的不同位置，检测不同位置的均 匀性，则待测固液两相混合物的均匀性表达式为其中，M是总的检测对数量，j = 1、2、3、…、M，k = 1、2、3;第j对传感器的回波信号prk表示 为Puk;H〇m为待测固液两相混合物的平均混合均匀度，其范围为0~1;当待测固液两相混合 物完全沉积时，Hom = O;当待测固液两相混合物混合均勾时，Hom=I。4. 如权利要求1~3所述的超声在线检测方法，其特征在于：第一超声传感器与第一阻 尼块通过耦合剂连接，第二超声传感器与第二阻尼块通过耦合剂连接。5. -种固液两相混合物均匀性的超声在线检测系统，其特征在于，包括：信号采集系 统、数据处理系统、在待测固液两相混合物的相对两侧分别布置的带有第一阻尼块的第一 超声传感器和带有第二阻尼块的第二超声传感器;第一超声传感器和第二超声传感器相向 布置;第一阻尼块和第二阻尼块平行设置，且位于第一超声传感器和第二超声传感器之间； 第一阻尼块和第二阻尼块的声阻抗均大于待测固液两相混合物的声阻抗； 第一超声传感器用于发射超声波，并接收自身发出的超声波分别由第一阻尼块和第二 阻尼块对应的待测固液两相混合物的两个界面反射回的信号;第二超声传感器用于发射超 声波，并接收自身发出的超声波在第二阻尼块对应的待测固液两相混合物的界面反射回的 超声波信号； 第一超声传感器和第二超声传感器接收到的超声波信号上传至信号采集系统，经信号 采集系统处理为数据信息后，上传至数据处理系统。6. 如权利要求5所述的超声在线检测系统，其特征在于： 所述信号采集系统包括信号采集模块，用于采集第一超声传感器接收的由第一超声传 感器发射后经第一阻尼块对应的待测固液两相混合物界面反射回的第一个回波信号的最 大幅值pn、第一超声传感器接收的由第一超声传感器发射后经第二阻尼块对应的待测固液 两相混合物界面反射回的第一个回波信号最大幅值p r2、第二超声传感器接收的由第二超声 传感器发射后经第二阻尼块对应的待测固液两相混合物界面反射回的第一个回波信号的 最大幅值p r3,共三个回波信号;信号采集模块还用于采集上述三个回波信号在均匀混合状 态下各自对应的幅值瓦「，以及用于采集上述三个回波信号在完全沉积时各自对应的幅值 Psk，其中k=l、2、3;所述信号采集系统将采集到的上述信号转换成数据并上传给数据处理 系统； 所述数据处理系统包括数据处理模块，用于将Psk与&之间的绝对差值I i?# -%|作 为标定值，并将IA* -瓦Tl映射到[〇 · 〇，1 · 〇 ]区间，如果I A.a--巧M A -巧I，则令 I (仏-I) / (化-巧）|二1 .，.由此得到待测固液两相混合物的均匀性表达式为其中，Homj代表第一超声传感器和第二超声传感器之间的检测区域内待测固液两相混 合物的均勾度，其范围是0~1;当待测固液两相混合物完全沉积时，Hornj = 0;当待测固液两 相混合物混合均勾时，Homj = 1。7. 如权利要求6所述的超声在线检测系统，其特征在于:第一超声传感器和第二超声传 感器组成检测对，多个该检测对设于待测固液两相混合物的不同位置，用于检测不同位置 的均匀性;信号采集模块用于采集来自多个该检测对的信号，并转换成数据上传给数据处 理模块;数据处理模块用于处理得到的数据并得出待测固液两相混合物的均匀性结果，待 测固液两相混合物的均匀性的表达式为：其中，M是总的检测对数量，j = I、2、3、…、M，k = I、2、3;第j对传感器的回波信号prk表示 为Puk;H〇m为待测固液两相混合物的平均混合均匀度，其范围为O~1;当待测固液两相混合 物完全沉积时，Hom = O;当待测固液两相混合物混合均勾时，Hom=I。8.如权利要求5~7所述的超声在线检测系统，其特征在于：第一超声传感器与第一阻 尼块通过耦合剂连接，第二超声传感器与第二阻尼块通过耦合剂连接。
【文档编号】G01N29/02GK106018548SQ201610345221
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月23日
【发明人】詹小斌, 杨屹立, 李锡文, 梁建, 何宇, 沈宝君, 孙志斌, 史铁林
【申请人】华中科技大学