一種超聲粒徑分析儀制造技術

本發明專利技術公開了一種超聲粒徑分析儀，包括硬件部分和軟件部分，所述硬件部分包括相互獨立的超聲波發射接收器和超聲探測裝置，以及示波器和計算機；所述軟件部分包括多種超聲模型、五種全局優化的算法和專家咨詢模式。超聲脈沖信號由超聲波發射接收器產生，通過不同的超聲探測裝置將超聲波發射到懸浮液中，超聲波與懸浮液中顆粒相互作用后其振幅衰減，在不同的頻率，根據顆粒的大小和體積分數，振幅衰減將會有所不同，通過收集這些衰減信號交由計算機處理后得到所需顆粒的粒徑分布和體積分數。本發明專利技術是一種無損測量，快速、可靠，無需對樣品進行稀釋，尤其適用于高濃度、不透明的樣品。

【技術實現步驟摘要】
一種超聲粒徑分析儀
本專利技術涉及顆粒粒徑測量的
，尤其是指一種超聲粒徑分析儀。
技術介紹
在許多工業部門中與細微顆粒密切相關的技術問題有待解決:如涂料中的顏色顆粒，其粒度對涂料的著色力，遮蓋力，成膜能力及穩定性有著很大的影響等等。顆粒粒徑的測量是其中最基本的也是最重要的一個方面。除此之外，對顆粒濃度的測量也很重要。 目前常用的顆粒粒徑測量的方法有:篩選法、顯微鏡法、全息照相法、電感應法、沉降法和光散射法。上述測量方法中多數都需要取樣進行測量，雖然光散射法可以用于在線測量并具有測量速度快，容易進行數據處理等優點。但是另一方面由于光的穿透性弱，采用光散射法測量需要控制測量的條件，尤其是被測顆粒的濃度。利用超聲對顆粒進行測量，不但具有光散射法的種種優點，而且由于聲波可以穿透大多數物質，可以在有色甚至是不透明的物質內進行傳播，因此超聲測量是一種無需稀釋、快速、可靠的在線顆粒粒徑分布測量技術。 人耳可聽見的聲波頻率從20Hz到20KHz。低于20Hz的聲波被稱為次聲波，高于20KHz的聲波稱為超聲。超聲在原理上的特征與可聽見的聲波相類似。它是一種機械振動波。當超聲在傳播的過程中遇到顆粒其能量會有損失，稱為衰減。主要原因有:吸收損失，散射，粘性損失，熱損失和電聲損失等。不同的損失機理可以通過定義一個總的衰減系數αI來作為各種裳減的總和: α τ = a visc+ a therm+ α intr+ α sca 而總的衰減系數S可以通過測量，計算得到: α T = -1/1 ln(p/p0) 其中I是超聲傳播的距離，P0是初始的超聲振幅，P是傳播I距離后的超聲振幅。而衰減系數ατ與顆粒大小和濃度的關系，已有許多模型針對不同的條件進行了描述。其中代表性的模型有:ECAH 模型(Epstein and Carhart 1953 ;Allegra and Hawley 1972)，Foldy 模型(Foldy 1945) ；Waterman and Truell 模型(Waterman and Truell 1961),Lloyd and Berry 模型(Lloyd and Berry 1967), Harker and Temple 模型(Harker andTemple 1988 ；Harker, Schofield et al.1991), Evans and Attenborough 模型(Evans andAttenborough 1997),核殼模型(Povey 1997 ；Challis, Povey et al.2005), Dukhin andGoetz 模型(Dukhin and Goetz 1996 ；Dukhin and Goetz 2002), Urick模型(Urick 1947)和 Urick and Ament 模型(Urick and Ament 1949)。 有關利用超聲來測量在懸浮液中顆粒粒徑分布的專利(和設備)國外已經有很多報道了。第一篇有關應用超聲來測量顆粒粒徑分布的專利是由安德森和卡斯曼等人在1973年提出的。專利包括了使用兩個不同頻率的超聲波束的技術。從那以后，出現了很多與超聲相關的專利，其中包括Andersson, Kahara et al.(1983), (Riebel1987),Alba (1991),Dukhin and Goetz (2000) ；Dukhin and Goetz (2002)和Prakash, Shukla et al.(2012)。其中大多數專利在運用衰減普來測量粒徑分布是和Shukla等(2012)人的方法非常相似，都采用了脈沖信號。不同的是對于信號的處理方法。而且在以上所有的專利中，利用超聲來測量粒徑分布都有如下的不足: 1、現有的超聲硬件通常沒有利用超聲無損探測的優勢并且通常需要采樣或者增加很長的流程來測量。 2、缺乏一種模型來正確描述在不同的材料,聲音頻率和分散相濃度中超聲的相互作用，現有的模型要么僅適用于長波段的情況，或者在低濃度的情況。 3、衰減譜的反演涉及到有多個高度非線性本地解的優化問題的求解，這類問題往往沒有普通解。 4、在利用超聲數據來獲得顆粒粒徑分布中的“不明確”問題，這是因為幾種不同的顆粒粒徑分布會得到相同的超聲衰減譜，這一點已被廣泛的報導過，這使得在某些應用中，幾乎不可能得到真正的粒徑分布。 此外，當超聲波信號經過懸浮液時，信號會被其中的顆粒散射和反射，信號的強度也會隨之被削弱。削弱的強度和超聲波的波長，振幅及顆粒大小有關。通過快速傅里葉分析最終接收到的超聲信號從而得到顆粒的粒徑分布及體積百分比。由于超聲信號處理技術門檻很高，目前只有少數國外產品(馬爾文ultrasizer)。但是它的缺點很明顯。超聲波發射接收器和超聲探測裝置是一體的造成儀器過大從而只能離線測量或者需要外接管路進行在線測量。
技術實現思路
本專利技術的目的在于克服現有技術的不足與缺陷，提供一種高效、可靠、性能優越的超聲粒徑分析儀，無需對樣品進行稀釋，尤其適用于高濃度、不透明的樣品。 為實現上述目的，本專利技術所提供的技術方案為:一種超聲粒徑分析儀，包括硬件部分和軟件部分: 所述硬件部分包括相互獨立的超聲波發射接收器和超聲探測裝置，以及用于實時監測發射和接收的超聲波信號的示波器和用于數據處理的計算機，其中，所述超聲探測裝置采用反射模式或透射模式，可根據需要浸入樣品中進行測量或直接加在現有管道中測量; 所述軟件部分為采用微軟C#語言編寫的GUI WPF應用軟件，用于實時處理傳到計算機中的數據，并給出超聲波衰減譜、顆粒粒徑分布和分散相的體積分數；它包括多種超聲模型，用于描述在不同的材料、超聲頻率和分散相濃度中超聲的相互作用，供操作者根據不同的應用條件選擇模型來得到粒徑分布；五種全局優化的算法，分別是隨機復雜優化算法、遺傳算法、細菌蟲群優化算法、電磁優化算法和進化優化算法；專家咨詢模式，根據懸浮液的特點、濃度和波長范圍或顆粒粒徑來選擇最優的超聲模型和優化算法，同時建議預測顆粒大小和濃度是否準確，從而得到正確的顆粒粒徑分布。 所述超聲探測裝置為反射式超聲探頭，包括有探尋管、超聲脈沖發射接收傳感器以及帶超聲反射鏡面的傳感器支架，其中，所述超聲脈沖發射接收傳感器裝于傳感器支架上，其一端與探尋管連接，其另一端朝向超聲反射鏡面，且所述超聲脈沖發射接收傳感器和超聲反射鏡面的距離可調，超聲脈沖信號經由探尋管和超聲脈沖發射接收傳感器與樣品相互作用后，遇到超聲反射鏡面返回再和樣品作用并被超聲脈沖發射接收傳感器接收、傳遞。 所述超聲探測裝置為透射式超聲探頭，包括有探尋管、超聲脈沖發射傳感器、超聲脈沖接收傳感器和傳感器支架，其中，所述超聲脈沖發射傳感器和超聲脈沖接收傳感器分別裝于傳感器支架上，并相向對置，且它們之間的距離可調，所述超聲脈沖發射傳感器與探尋管連接，超聲脈沖信號經由探尋管和超聲脈沖發射傳感器與樣品相互作用，透射過的信號由超聲脈沖接收傳感器接收、傳遞。 所述超聲探測裝置為采用透射模式的流體探測單元，包括有樣品流動單元、超聲脈沖發射傳感器和超聲脈沖接收傳感器，其中，所述樣品流動單元內設有供流動本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種超聲粒徑分析儀，包括硬件部分和軟件部分，其特征在于：所述硬件部分包括相互獨立的超聲波發射接收器和超聲探測裝置，以及用于實時監測發射和接收的超聲波信號的示波器和用于數據處理的計算機，其中，所述超聲探測裝置采用反射模式或透射模式，可根據需要浸入樣品中進行測量或直接加在現有管道中測量；所述軟件部分為采用微軟C#語言編寫的GUI?WPF應用軟件，用于實時處理傳到計算機中的數據，并給出超聲波衰減譜、顆粒粒徑分布和分散相的體積分數；它包括多種超聲模型，用于描述在不同的材料、超聲頻率和分散相濃度中超聲的相互作用，供操作者根據不同的應用條件選擇模型來得到粒徑分布；五種全局優化的算法，分別是隨機復雜優化算法、遺傳算法、細菌蟲群優化算法、電磁優化算法和進化優化算法；專家咨詢模式，根據懸浮液的特點、濃度和波長范圍或顆粒粒徑來選擇最優的超聲模型和優化算法，同時建議預測顆粒大小和濃度是否準確，從而得到正確的顆粒粒徑分布。

【技術特征摘要】
1.一種超聲粒徑分析儀，包括硬件部分和軟件部分，其特征在于: 所述硬件部分包括相互獨立的超聲波發射接收器和超聲探測裝置，以及用于實時監測發射和接收的超聲波信號的示波器和用于數據處理的計算機，其中，所述超聲探測裝置采用反射模式或透射模式，可根據需要浸入樣品中進行測量或直接加在現有管道中測量； 所述軟件部分為采用微軟C#語言編寫的GUI WPF應用軟件，用于實時處理傳到計算機中的數據，并給出超聲波衰減譜、顆粒粒徑分布和分散相的體積分數；它包括多種超聲模型，用于描述在不同的材料、超聲頻率和分散相濃度中超聲的相互作用，供操作者根據不同的應用條件選擇模型來得到粒徑分布；五種全局優化的算法，分別是隨機復雜優化算法、遺傳算法、細菌蟲群優化算法、電磁優化算法和進化優化算法；專家咨詢模式，根據懸浮液的特點、濃度和波長范圍或顆粒粒徑來選擇最優的超聲模型和優化算法，同時建議預測顆粒大小和濃度是否準確，從而得到正確的顆粒粒徑分布。2.根據權利要求1所述的一種超聲粒徑分析儀，其特征在于:所述超聲探測裝置為反射式超聲探頭，包括有探尋管(101)、超聲脈沖發射接收傳感器(102)以及帶超聲反射鏡面(103)的傳感器支架(104)，其中，所述超聲脈沖發射接收傳感器(102)裝于傳感器支架(104)上，其一端與探尋管(101)連接，其另一端朝向超聲反射鏡面(103)，且所述超聲脈沖發射接收傳感器(102)和超聲反射鏡面(103)的距離可調，超聲脈沖信號經由探尋管(101)和超聲脈沖發射接收傳感器(102)與樣品相互作用后，遇到超聲反射鏡面(103)返回再和樣品作用并被超聲脈沖發射接收傳感器(102)接收、傳遞。3.根據權利要求1所述...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王學重，阿基諾拉佛羅拉，
申請(專利權)人：王學重，
類型：發明
國別省市：廣東;44