[发明专利]一种多频段超声波悬浊液浓度和粒径检测系统

说明书

本发明提供一种多频段超声波悬浊液浓度和粒径检测系统，包括：超声波发射模块、回波处理模块与高速采集模块、PCI通信模块、磁力搅拌装置、PC上位机以及数据处理模块；换能器固定在换能器固定支架上的玻璃管内，微控制器控制换能器驱动模块发射多路不同频率的超声波，检测被磁力搅拌装置搅动的悬浊液，超声波回波信号经所述回波处理模块后被FPGA控制的高速采集模块采集，采集的信号通过PCI通信模块发送到PC上位机，数据处理模块对浓度和粒径进行分析，得到检测结果。本发明利用悬浊液浓度和粒径的检测系统，快速完成浓度和粒径的检测，通过低干扰的磁力搅拌装置，降低检测过程中外部对声衰减参数的干扰，并在相应的多参数融合等算法的协调下实现精准测量。

技术领域

本发明涉及浓度和粒径测量设备技术领域，具体而言，尤其涉及一种多频段超声波悬浊液浓度和粒径检测系统。

背景技术

在工业过程中，固液两相流参数如浓度或粒径的检测对一些生产过程效率和产量的提高至关重要。检测的方法大致分为超声波法、密度法和光谱法，密度法和光谱法受限于环境质量和计算复杂度，不能广泛的被使用，而超声波法由于抗干扰强、适用性好等优势被广泛使用。超声波法检测悬浊液是向待测液体发射超声波，通过回波的声衰减参数来确定浓度，不同浓度和粒径下的参数是不同的，但是在实际检测过程中，由于硬件电路的误差会导致声衰减参数变化，影响检测精度，在单一频率探头下使用浓度与声衰减模型，也会出现情况考虑不全、结果不够精确的情况，同时在测试时，悬浊液会发生下沉现象，声衰减参数显著下降，必然会使浓度和粒径检测存在误差，从而导致测试结果误差过大。

另一方面，很多悬浊液检测方法是对固定的固液两相流成分进行检测，无法对大部分悬浊液进行估计，因此如何做到实时性、准确性、普遍性成为了悬浊液浓度和粒径检测的一个难题。经对现有技术的文献检索发现，中国专利公开号CN103792169A，公开日期为2014.05.14，专利名称为一种煤粉悬浊液浓度的检测方法，该专利快速测定煤粉的浓度，不足之处是无法受工业环境影响巨大，且检测种类单一。

发明内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种多频段超声波悬浊液浓度和粒径检测系统。本发明主要利用悬浊液浓度和粒径的检测系统，快速完成浓度和粒径的检测，同时通过一种低干扰的磁力搅拌装置，降低检测过程中外部对声衰减参数的干扰，并在相应的多参数融合等算法的协调下实现精准测量。

本发明采用的技术手段如下：

一种多频段超声波悬浊液浓度和粒径检测系统，包括：超声波发射模块、回波处理模块与高速采集模块、PCI通信模块、磁力搅拌装置、PC上位机以及数据处理模块；换能器固定在换能器固定支架上的玻璃管内，微控制器控制换能器驱动模块发射多路不同频率的超声波，检测被所述磁力搅拌装置搅动的悬浊液，超声波回波信号经所述回波处理模块后被FPGA控制的高速采集模块采集，采集的信号通过PCI通信模块发送到PC上位机，所述数据处理模块对浓度和粒径进行分析，得到浓度和粒径检测结果。

进一步地，所述磁力搅拌装置包括：磁力搅拌器、多探头非接触式水槽；

所述磁力搅拌器主要由直流减速电机、外磁铁和带磁性的搅拌子组成；

所述多探头非接触式水槽主要由上有机玻璃水槽、下有机玻璃水槽和有机玻璃圆管组成；所述上有机玻璃水槽的外壁黏贴多个有机玻璃圆管，所述下有机玻璃水槽底部放置所述直流减速电机，所述外磁铁安装在直流减速电机的电机轴上，所述带磁性的搅拌子设置在上有机玻璃水槽底部，且位于所述直流减速电机正上方。

进一步地，所述回波处理模块包括限幅电路、前置放大电路、二阶带通滤波电路；所述高速采集模块包括AD高速采集模块、高速数据缓存模块；所述限幅电路、前置放大电路、二阶带通滤波电路、AD高速采集模块以及高速数据缓存模块依次连接。

进一步地，所述数据处理模块采用声速、声衰减和浓度的三维参数融合后的曲面拟和函数对浓度进行检测，其函数表达式如下：