一种离散状态颗粒粒度分布的测量方法及装置，首先，布置一个发射平面驻波声波或者平面行波的声场；离散状态的颗粒系在声波作用下发生水平横向振动，对颗粒系的横向运动轨迹进行连续拍照，顺次记录图像；统计图像中该颗粒随时间t在声场中的振幅值x，获得该颗粒的实际振动曲线，将上述实际曲线与理论计算下、不同粒径颗粒在相同声场中的振动曲线相对比，取曲线近似度最高的颗粒粒径为该颗粒的粒径、直至颗粒系中所有颗粒的粒径确定完毕，获得颗粒系的粒度分布。本发明专利技术能够获得比光学图像法更低的粒度测量下限，实现了完全的非接触测量，测量精度高，自动化程度高，能进行快速且准确的测量。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及颗粒粒径测量技术，尤其涉及一种离散状态下颗粒粒度分布的测量方法及装置。
技术介绍
对分散状态颗粒的粒度大小和浓度进行测量，在涉及两相流动的动力、化工、医药、环保、水利、材料等领域中具有广泛应用背景。现有的测量方法包括筛分法、显微镜法、 全息照相法、电感应法、沉降法等，其基本原理是基于颗粒的光学图像进行成像和放大倍率的换算来获得颗粒的粒径和形貌特征。传统的测量方法具有以下各方面的缺陷I、筛分法测量时，需要测量装置与待测样品直接接触；电感应法测量时，样品需要悬浮于电解液中进行测量；沉降法测量时，需要将颗粒样品悬浮在液体介质中。以上三种测量方法在测量过程中，测量仪器或测量中使用的介质会与离散颗粒直接接触，可能会改变颗粒的形貌，影响测量数据的准确性。2、光学显微镜法和全息照相法测量时，通过光学成像和激光全息干涉图像来获得待检物质的外观和大小。但用于颗粒测量时，尤其是介质中悬浮颗粒的测量，对于测量要求比较高，而且全息干涉法从装置到图像处理过程均比较复杂；显微镜及光学图像法测量需要直接观察完整的颗粒形貌，因此对测量仪器的显微放大要求较高，当离散颗粒的粒径较小时，直接观察比较困难，虽然光学显微镜的理论观测下限可以到O. 5微米，但实际情况下，当粒径在I微米以下时，光学显微镜其实已经基本无法直接观察到了。3、此外，利用光学显微镜法和全息照相法测量时，虽然不需要用肉眼观察，但是直接对颗粒成像由于需要获得形貌特征，对成像要求比较高，所以用于颗粒动态测量时，准确的观察比较困难，出现误判的机率较大，往往不能获得较好的测量结果。4、现有的各种观测方法，在观察中需要大量的人工操作，自动化程度低。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于提供了一种能对离散状态的颗粒粒度分布进行非接触测量、并且测量颗粒的粒径小于I微米，无需对动态颗粒进行准确观察、自动化程度较高的测量方法及装置。本专利技术是通过以下技术方案实现的一种离散状态颗粒粒度分布的测量方法，其特征在于第一步，布置一个发射平面驻波声波或者平面行波的声场，声波的传播方向为水平方向；第二步，离散状态的颗粒系在自身重力或外力作用下从声场上方下落、进入声场， 在声波作用下发生水平横向振动，对颗粒系的横向运动轨迹进行连续拍照，顺次记录图第三步，在第一幅图像中选取一颗粒，设该颗粒开始下落时在该图像中的初始横向振幅值Xtl = O,将顺次记录的图像叠加,获得该颗粒随时间t在声场中的横向振动曲线；第四步，将上述实际曲线与理论计算下、不同粒径颗粒在相同声场中的振动曲线相对比，取曲线近似度最高的颗粒粒径为该颗粒的粒径；第五步，重述上述第三、四步，确定其它颗粒的粒径，直至颗粒系中所有颗粒的粒径确定完毕，获得颗粒系的粒度分布。其中，颗粒振幅的理论值通过求解下述公式获得d2 X上述公式中I、Fv为Stokes黏性力，按照如下公式代入权利要求1.一种离散状态颗粒粒度分布的测量方法，其特征在于第一步，布置一个发射平面驻波声波或者平面行波的声场，声波的传播方向为水平方向；第二步，离散状态的颗粒系在自身重力或外力作用下从声场上方下落、进入声场，在声波作用下发生水平横向振动，对颗粒系的横向运动轨迹进行连续拍照，顺次记录图像； 第三步，在第一幅图像中选取一颗粒，设该颗粒开始下落时在该图像中的初始横向振幅值Xci = 0,将顺次记录的图像叠加,获得该颗粒随时间t在声场中的横向振动曲线； 第四步，将上述实际曲线与理论计算下、不同粒径颗粒在相同声场中的振动曲线相对比，取曲线近似度最高的颗粒粒径为该颗粒的粒径；第五步，重述上述第三、四步，确定其它颗粒的粒径，直至颗粒系中所有颗粒的粒径确定完毕，获得颗粒系的粒度分布。2.根据权利要求I所述的离散状态颗粒粒度分布测量方法，其特征在于所述颗粒振幅的理论值通过求解下述公式获得d2 XF =——=F + Fx dt2 P v上述公式中1、Fv为Stokes黏性力，按照如下公式代入Fv = -3 u dp (Vx-U)其中为流体动力黏度，为常量， dp为颗粒粒径，t为时间，均为自变量，Vx为颗粒在水平方向上的即时运动速度，Vx = dx/dt ；2、Fp为声压对颗粒的作用力，按照如下公式代入■sH. Jld ,Fp = 7r(—)442对于平面行波，不同位置和时间的声压按照下式给出P (X, t) = p0+pmcos 对于驻波声场，不同位置和时间的声压按照下式给出Xp(x, 0 =尸。+ Pm sin(27T —) cos(2tt/0X其中PQ为连续介质静压力，计算中可约去，Pm为声压幅值，C为声速，f为声波频率，\为声波波长，均为常量。3、一种用于实现权利要求I所述离散状态颗粒粒度分布测量方法的装置，其特征在于长形的检测舱(5) —端布置声源发生器，一端覆盖活动的挡板，挡板内侧覆盖一层声波反射板或者一层吸音板(2),检测舱(5)顶板为透明顶板，顶部中心开设颗粒进料口，底板为可以打开的透明底板， 检测舱(5)上方布置向下照射的光源(3)，检测舱(5)下方布置光学摄像仪(4)，光学摄像仪(4)的镜头竖直向上正对检测舱(5)的中心，光学摄像仪(4)与计算机(7)信号连接。4.根据权利要求3所述的离散状态颗粒粒度分布测量装置，其特征在于所述颗粒进料口上配置文丘里喷嘴(8)。5.根据权利要求3所述的离散状态颗粒粒度分布测量装置，其特征在于所述光学摄像仪的摄像频率大于3000幅/秒。6.根据权利要求3所述的离散状态颗粒粒度分布测量装置，其特征在于所述声源发生器为换能器(I)。7.根据权利要求3所述的离散状态颗粒粒度分布测量装置，其特征在于设由检测舱 (5)中心到所述光学摄像仪的工作距离为WD，光学摄像仪(4)的C⑶晶片线性尺寸为(XD， 光学摄像仪(5)的视场范围为FOV，FOV大于等于颗粒在声场中横向振动的理论最大幅值，则光学摄像仪镜头的焦距FL可通过如下公式选定8.根据权利要求3所述的离散状态颗粒粒度分布测量装置，其特征在于所述声源发生器的声源发射功率可调。全文摘要一种离散状态颗粒粒度分布的测量方法及装置，首先，布置一个发射平面驻波声波或者平面行波的声场；离散状态的颗粒系在声波作用下发生水平横向振动，对颗粒系的横向运动轨迹进行连续拍照，顺次记录图像；统计图像中该颗粒随时间t在声场中的振幅值x，获得该颗粒的实际振动曲线，将上述实际曲线与理论计算下、不同粒径颗粒在相同声场中的振动曲线相对比，取曲线近似度最高的颗粒粒径为该颗粒的粒径、直至颗粒系中所有颗粒的粒径确定完毕，获得颗粒系的粒度分布。本专利技术能够获得比光学图像法更低的粒度测量下限，实现了完全的非接触测量，测量精度高，自动化程度高，能进行快速且准确的测量。文档编号G01N15/02GK102590054SQ20121005915公开日2012年7月18日 申请日期2012年3月8日 优先权日2012年3月8日专利技术者苏明旭, 蔡小舒 申请人:上海理工大学本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：苏明旭，蔡小舒，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：
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