1.6.4 超声衰减浓度检测法
现有粉尘浓度检测装置中光学管路易堵塞、光学窗口易污染，需要对传感器进行频繁维护；静电感应传感器根据粉尘的静电特性，在不同浓度下的电荷量解算浓度，未能实现浓度特征信息的提取，由于静电效应，外界静电会对传感器探测产生干扰，且静电累积不能实时释放，对于云爆燃料抛撒浓度的高动态性，实现云雾浓度的实时测量存在困难。
超声波在含颗粒的气固两相流中传播时，会产生能量的衰减和相位变化，其中能量衰减主要表现为声散射、黏性损失和热损失。超声波在两种不同的介质中传播时，声能会损耗，即为声衰减。与其他的多相物浓度检测方法相比，超声衰减检测法具有以下显著特点：
（1）无损检测，不易受混杂污染物影响，硬件简单，节省时间，性价比高。
（2）测量粒径范围大，单一探测器的测粒范围为5～1 000 μm，有较宽的波带范围，保证测量数据有效，较易区分声散射和声吸收的影响。
（3）可消除声吸收的影响，进行多种分散介质混合检测。
根据超声能量衰减和相位变化表征粉尘浓度，具有嵌入式、非接触式、灵敏度高、功耗低等优点。针对云爆燃料动态探测，建立多超声粉尘浓度检测机制，建立多尺度粒径（微米级、纳米级）、颗粒团聚行为与超声衰减的映射模型，构建超声波脉冲信号感知、浓度信号处理、功耗、微型化的集成系统，从检测机理、模型构建及技术手段上进行研究与突破，实现微纳尺度、非接触、多频谱超声融合的云雾瞬态浓度在线监测，力争形成重要科学仪器平台。超声衰减检测浓度的系统方案如图1-16所示。对动态云雾浓度分布与超声能量衰减的非接触定量分析，为二次型云爆弹最优爆轰性能提供了理论和工程应用支撑。
图1-16 超声衰减检测浓度的系统方案
鉴于超声的优良特性，自19世纪初以来，两相流动态特性参数的声波理论模型得到了显著发展，Allegra和Hawley对超声衰减特性进行了深入研究，解决了超声波在两种不同颗粒介质中传播产生衰减及声速检测的问题，形成了基于EACH模型的多相物声波衰减基础模型。至今超声多相流检测在模型优化、实验方法、测量技术上形成了较为完善的体系，在气固颗粒离散相、气液流体连续相等多相混合物检测领域广泛应用，如图1-17所示。与颗粒测量相关的声学研究进展如表1-2所示。
图1-17 国外超声多相流超声检测发展
表1-2 与颗粒测量相关的声学部分研究
续表
