8.3.3　 超声频率与云雾浓度测试

8.3.3　 超声频率与云雾浓度测试

双频复合检测方法采用两种频率的超声进行浓度检测，因此需要对超声频率进行优化选择和配置，根据燃料颗粒粒径、浓度范围及其他理化特性选择最优超声频率，并充分考虑超声换能器的可获得性。

云雾抛撒过程中，固相颗粒粒径变化范围为[0μm，300μm]，燃料浓度分布变化范围为[50g/m3，1000g/m3]。按照上述边界条件，对频率范围为20～300kHz的声波进行衰减系数仿真分析，可以得到粒径与浓度关系曲线，如图8-6所示。

图8-6　云雾超声衰减铝粉粒径与浓度关系曲线

（a）燃料浓度250g/m3；（b）燃料浓度500g/m3

图8-6　云雾超声衰减铝粉粒径与浓度关系曲线（续）

（c）燃料浓度750g/m3；（d）燃料浓度1000g/m3

由计算结果可知：

（1）在同一浓度条件下，高频超声的衰减趋势对于粒径较为敏感，粒径越大高频超声的衰减越显著；低频超声对于粒径不敏感，在粒径边界条件内的衰减变化不显著。

（2）在同一粒径条件下，高频超声的衰减趋势对于浓度不敏感，在浓度边界条件内的衰减基本一致；低频超声的衰减对于浓度较为敏感，浓度越大低频超声的衰减越显著。

综合上述结论可知，高频超声对粒径敏感，低频超声对于浓度敏感，且越靠近设定的频率边界，这种敏感就越显著，因此使用上下两个边界频率的声波可以同时获得良好的粒径敏感度和浓度敏感度，即理论上可以选择20kHz和300kHz频率的超声作为最优的测试频率。经过初步的工程测试发现，20kHz超声波极易受到环境声波的干扰，300kHz的超声换能器在体积、功耗等方面均难以满足实际的需求，因此最终实际选用了40kHz和200kHz的超声作为测试基频。