Page 224 - 《应用声学》2023年第4期

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如今，世界正在经历第四次工业革命，将数据
5 超声波浓度测量技术展望 和数字技术融入制造系统，需要合适的在线传感器
监控关键参数，以提高生产力和效率，来实现工业
本文概述了不同测量固液悬浮体浓度的方式，
4.0 的优势。就目前来看，超声波浓度在线检测技术
并重点介绍了用于浓度测量的超声波方法，详细阐
无论在经济角度，还是结合机器学习的智能化监测
述了超声波浓度传感器的测量原理。因为用于监控
方面，在未来对整个工业过程进行宏观控制、总体
浆体浓度的在线超声波浓度传感器拥有非侵入、环
优化都具有一定的优势。相信在不久的将来，这项
保、廉价等优势，正在成为监视整个浆体制造、混合、
技术能在工业生产中大规模应用，减少不必要的消
沉降过程中最重要的环节之一。但是目前来看，在
耗，提升工业效益。
线超声波浓度传感器还无法大规模应用到工业生
产监测当中，主要需要突破两点技术难关。
浓度范围受限制：过去的超声波浓度测量装置 参 考 文 献
仅仅局限于浓度较小的悬浮液之中，目前已经有学
者通过改进超声衰减模型，提升超声波硬件设备水 [1] 黄昌蓉, 唐浩, 宋子峰, 等. MLCC 在 5G 领域的应用及发展
趋势 [J]. 电子元件与材料, 2018, 37(9): 1–4.
平，相比于过去实现了较高浓度的测量，但其测量浓
Huang Changrong, Tang Hao, Song Zifeng, et al. Develop-
度还远远达不到主流工业生产的悬浮液的浓度，能 ment tendency and applications of MLCCs in 5G field[J].
够测量的悬浮液种类较少，离大规模应用还有一定 Electronic Components and Materials, 2018, 37(9): 1–4.
[2] 刘伟峰. 高效分散处理的 MLCC 陶瓷浆料性能分析 [J]. 电子
差距。
工艺技术, 2021, 42(6): 353–356.
无法分析浆料整体状态：仅凭当前超声技术难 Liu Weifeng. Performance analysis of MLCC ceramic
以从宏观角度探测整个悬浮液的浓度状况，虽然国 slurry with high efficiency dispersion performance anal-
内外学者对此不断进行研究，但其浓度测量范围远 ysis of MLCC ceramic slurry with high efficiency disper-
sion processing[J]. Electronics Process Technology, 2021,
未达到工业生产悬浮液浓度水平。目前主流的设备
42(6): 353–356.
只能通过定点插入或是外夹的方式检测该高度下 [3] Tsetsekou A, Agrafiotis C, Milias A. Optimization of the
的浓度，通过该高度下的悬浮液浆料浓度去了解整 rheological properties of alumina slurries for ceramic pro-
cessing applications Part I: slip-casting[J]. Journal of the
个悬浮液浆液的状态。然而由于悬浮液的特殊性质，
European Ceramic Society, 2001, 21(3): 363–373.
随着时间延长，均匀状态下的浆料在陈化过程中会 [4] Hernández V I, García-Gutiérrez D I, Aguilar-Garib J A,
发生颗粒沉降，而不同粉体颗粒之间由于质量、体 et al. Characterization of precipitates formed in X7R 0603
积、表面积及团聚程度等参数的差异，必然导致其 BME-MLCC during sintering[J]. Ceramics International,
2021, 47(1): 310–319.
沉降速率的差异，最终导致悬浮液浆料的浓度沿着 [5] Hsu Y S, Cai J F. Densimetric monitoring technique
高度轴不断地处于变化中。 for suspended-sediment concentrations[J]. Journal of Hy-
在固液悬浮液体系中，声信号受介质的组分、 draulic Engineering, 2010, 136(1): 67–73.
[6] 侯怀书, 苏明旭, 蔡小舒. 高密度超细颗粒高浓度悬浊液超声
粒径、温度等各种因素的影响。目前还没有一种技
衰减的数值模拟分析 [J]. 应用声学, 2010, 29(2): 154–160.
术可以测量所有这些参数，要处理这两点关键性的 Hou Huaishu, Su Mingxu, Cai Xiaoshu. Numerical analy-
问题，仅靠当前超声技术无法解决。所以从宏观出 sis of ultrasonic attenuation in high concentration suspen-
发，引入额外测量技术来补全参数，建立多点位、多 sions of superfine particles with high density[J]. Journal
of Applied Acoustics, 2010, 29(2): 154–160.
数据分析悬浮液浆料整体状态。多传感器数据融合
[7] Yidan X, Dailiang X, Yali A, et al. Application of focused
很可能成为未来过程监控的重要方法。通过将不同 ultrasonic sensors for suspension measurement of solid-
种类、不同位置的多个传感器的测量数据组合，以 liquid two-phase flow[C]//Proceedings of the 2017 IEEE
International Instrumentation and Measurement Technol-
改进过程分析，而不是通过单个传感器输出来实现。
ogy Conference (I2MTC), F 22–25 May 2017, 2017.
此外，在构建数据处理算法方面可以进行额外的改 [8] 杜娜, 苏明旭. 有黏条件气泡声散射特性和衰减谱数值研
进，将现有浓度测量技术结合深度学习神经网络，对 究 [J]. 应用声学, 2019, 38(6): 980–985.
工业悬浮液浓度状态的变化趋势进行预测判定，从 Du Na, Su Mingxu. Numerical investigation on acoustic
scattering property and attenuation spectrum of air bub-
而推动在线质量控制和各种先进控制策略的实施，
bles with viscosity[J]. Journal of Applied Acoustics, 2019,
使生产过程控制得更加理想。 38(6): 980–985.