[发明专利]一种基于超声衰减谱的混合固体颗粒粒径和浓度的测量方法

权利要求书

1.一种基于超声衰减谱原理测量液体或气体介质中两种混合固体颗粒平均粒径和浓度的方法，包括如下步骤：

1)测量在测量区中有两种类型固体颗粒A和B的情况下的实验测量超声波衰减谱α(f),其中f为超声波频率；

2)计算颗粒和声波作用的消声系数K_ext；

3)判断颗粒类型：是A颗粒或是B颗粒；

利用消声系数判断声子是被吸收还是被散射；

4)计算散射的声子散射出射角

5)利用步骤4)的结果继续计算理论超声衰减谱；

6)根据理论超声衰减谱以及实验测量超声衰减谱构造目标函数求解颗粒粒径和体积浓度；

其中步骤2)采用如下方式计算颗粒和声波作用的消声系数K_ext：

$Kext=-\frac{4\mathrm{\π}}{{\mathrm{\σk}}^2}\underset{n=0}{\overset{\mathrm{\∞}}{\Σ}}(2n+1)\mathrm{Re}\left(An\right)$

其中，k＝2πf/c为声波波数，σ＝πR²为颗粒投影面积，Re()为取实部运算，A_n为第n阶散射系数，通过Alex E.Hay和Douglas G.Mercer方法计算；对于A和B两种不同颗粒，由于其物性参数密度ρ、声速c、剪切模量μ不同，其消声系数也不相同，分别记为K_ext,A和K_ext,B；其中步骤6)采用如下方式：根据步骤5)计算的理论超声衰减谱和步骤1)获取的实验超声衰减谱构造目标函数：

$J=min\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}{\[{\mathrm{\α}}_m(f,R,Cv)-\mathrm{\α}(f_i,R,Cv)\]}^2$

其中，f_i为已知频率，R和C_v为待定参数；

通过对目标函数J进行求解，获得颗粒粒径R和体积浓度C_v。