8.2.2　 双频超声衰减浓度检测基本原理

8.2.2　 双频超声衰减浓度检测基本原理

超声浓度检测装置主要包括超声波发射器和超声波接收器。当被测介质在超声波的传播区域中，会有一部分能量转化成热能或者被传输介质吸收，从而造成声波信号强度不断减弱，即发生了声波衰减现象，如图8-2所示。

图8-2　基于声波衰减的介质浓度检测方法示意图

在声源频率、强度和传播距离为定值的系统中，声波衰减系数仅与包含浓度信息在内的传播介质特性相关，因此可以通过测量特定声波在待测云雾中的衰减，并根据一定的衰减—浓度关系模型解算出待测云雾的浓度信息，这就是基于声波衰减进行介质浓度检测方法的理论依据。

根据上述检测原理可设计声波衰减检测浓度的系统，如图8-3所示。

图8-3　基于声衰减原理的浓度检测系统简图

基于声波衰减的浓度测量系统主要由声波发生、声波接收和浓度解算部分构成。假设采用上述系统进行了测试，发射声强为P0，接收声强为P，则有声波衰减系数α，且满足

假设已知介质对于该频率声波的浓度衰减模型为

其中，C为混合物浓度。

通常认为声源处声强P0无法准确测量，针对这一问题，提出采用比例计算方法获得任意浓度条件下的声波衰减系数。采用同一测量装置在不同传播介质中进行测量，将获得不同的观测声强，设有介质a和介质b，则得到测量值如下：

由于采用了相同的测量装置，满足xa=xb=x，Pa0=Pb0=P0，则有

选取空气（即混合物浓度为0）为对比测试体，可以提前测得声波传播x距离后的准确声强Pa和标准衰减系数xa，此时有