CN219675910U - 一种利用超声波检测固含量的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种利用超声波检测固含量的装置，属于固含量检测技术领域，该利用超声波检测固含量的装置包括探头，探头的表面一侧开设有凹槽，凹槽的顶部设置有超声波换能器，凹槽上方还设置有温度传感器；凹槽的底部设置有安装槽，安装槽内安装有可更换的反射板，反射板的顶面为抛光镜面、底面为粗糙面；探头内置有运算电路，运算电路包括转换模块、计时模块、信号处理模块和传输模块；计时模块与超声波换能器电连接，用于计时；转换模块与计时模块、温度传感器电连接，用于模数转换；信号处理模块与转换模块电连接；传输模块与信号处理模块电连接，用于信号的传输；本实用新型有利于解决固含量检测精度不高的问题。
Description
技术领域
本实用新型属于固含量检测技术领域，具体而言，涉及一种利用超声波检测固含量的装置。
背景技术
固体含量的准确测量对于许多工业制造环节的监测、控制和放大有着非常重要的意义。超声波谱是最常用的快速测量固体浓度的方法，其原理是利用超声的衰减谱，利用换能器接收通过测量区域的超声波，经过获得的信号频谱分析获得衰减谱，再根据相应的理论即可以从得到的衰减谱中得到浓度的值。超声在测量高浓度的样品时，不需要稀释，最大可能的保持样品的原始状态，避免了因稀释而改变样品的原貌，如稀释导致团聚相分离或者污染样品，从而使测量的结果更加接近实际情况。
但目前超声波谱法测固含量存在以下问题：超声衰减波谱在固含量较高的体系中衰减很快，需要不断提高信号的强度来维持接收信号，从而导致信号处理的困难，存在固含量检测精度不高的问题。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型提出一种利用超声波检测固含量的装置，可以解决固含量检测精度不高的问题。
本实用新型是这样实现的：
本实用新型提供一种利用超声波检测固含量的装置，其中，包括探头，所述探头的表面一侧开设有凹槽，所述凹槽的顶部设置有用于向溶液样品发射和接收超声波的超声波换能器，所述凹槽上方还设置有温度传感器；所述凹槽的底部设置有安装槽，所述安装槽内安装有可更换的反射板，所述反射板的顶面为抛光镜面，用于反射超声波，所述反射板的底面为粗糙面，用于对穿过所述反射板的超声波进行漫反射；所述探头内置有运算电路，所述运算电路包括转换模块、计时模块、信号处理模块和传输模块；所述计时模块与所述超声波换能器电连接，用于对所述超声波换能器发射和接收超声波的过程进行计时；所述转换模块与所述计时模块、所述温度传感器电连接，用于模数转换；所述信号处理模块与所述转换模块电连接；所述传输模块与所述信号处理模块电连接，用于信号的传输。
超声波换能器发射的超声波穿过溶液样品后到达反射板，其中大部分的超声波经反射板反射后再穿过溶液样品被超声波换能器接收，小部分的超声波会透过反射板的顶面到达反射板的底面，由于底面的粗糙设计，使得超声波信号向四周不同方向漫反射，减小其对正面反射回去的超声波信号的影响，从而可以提高信号的精度；通过设置反射板，反射板的顶面越光滑，其反射的超声波信号就越强；反射板的底面粗糙，可以使得超声波进行漫反射从而减少甚至消除其对反射信号的干扰；由于反射板的顶面为光滑面，在进行高浓度的结晶体含量测量、矿浆浓度测量或浆料浓度测量时，易受到磨损或划伤进而降低其光滑度，从而影响超声波的反射效果，通过设置反射板为可更换的，在使用后及时更换，可以避免由于反射板磨损导致反射的超声波信号减弱，有助于提高检测精度；该利用超声波检测固含量的装置的整体结构简单，易于操作，可实现在线测量，适合用于实验室和生产中对固体浓度测量要求。
在上述技术方案的基础上，本实用新型的一种利用超声波检测固含量的装置还可以做如下改进:
其中，所述安装槽包括设置于所述凹槽底部且相互平行的两根卡接杆，两根所述卡接杆相对的一侧壁上开设有用于装配所述反射板的滑槽。
采用上述改进方案的有益效果为：通过设置卡接杆与反射板之间通过滑槽和滑块插接滑动连接，结构简单，操作简便，便于进行反射板的更换。
进一步的，所述反射板两侧壁上分别设置有与所述滑槽的形状相适配的滑块，所述滑块滑动连接在所述滑槽内。
进一步的，所述滑槽的形状为方形、三角形、弧形中的一种。
进一步的，所述反射板的底面设置有三角线槽、波浪线槽和十字线槽结构中的一种。
采用上述改进方案的有益效果为：通过在反射板的底面上设置三角线槽、波浪线槽、十字线槽等结构，使得温度传感器的底面粗糙度增大，可以使得超声波进行漫反射从而减少甚至消除其对反射信号的干扰。
其中，所述超声波换能器包括超声波发射和接收装置，所述超声波换能器能够在水或者其他溶液中直接使用。
进一步的，所述超声波换能器的外侧四周设置有防护罩，所述防护罩通过密封圈和螺纹压圈与所述凹槽的顶壁密封固定连接。
进一步的，所述防护罩的材质为石英玻璃。
采用上述改进方案的有益效果为：通过设置防护罩，玻璃材质透声效果较好，对超声波的传播影响较小，装置使用在高浓度的结晶体含量测量、矿浆浓度测量或浆料浓度测量时，防护罩可以对超声波换能器起到较好的防护作用，大幅减少超声波换能器的磨损，提高超声波换能器的使用寿命。
其中，所述探头的外侧具有防水外壳，所述防水外壳采用耐腐蚀金属材料制成。
进一步的，所述耐腐蚀金属为不锈钢、哈氏合金、铌钽合金、钛合金和锆合金中的一种。
采用上述改进方案的有益效果为：通过设置的防水外壳使得探头能够在水中或其他液体中直接使用。
与现有技术相比较，本实用新型提供的一种利用超声波检测固含量的装置的有益效果是：通过设置的反射板，反射板的顶面越光滑，其反射的超声波信号就越强；反射板的底面粗糙，可以有效散射超声波从而避免二次反射信号对反射板反射的信号进行干扰；由于反射板的顶面为光滑面，在进行高浓度的结晶体含量测量、矿浆浓度测量或浆料浓度测量时，易受到磨损或划伤进而降低其光滑度，从而影响超声波的反射效果，通过设置反射板为可更换的，在使用后及时更换，可以避免由于反射板磨损导致反射的超声波信号减弱，有助于提高检测精度；该利用超声波检测固含量的装置的整体结构简单，易于操作，可实现在线测量，适合用于实验室和生产中对固体浓度测量要求。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对本实用新型实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型提出的一种利用超声波检测固含量的装置示意图；
图2为本实用新型提出的一种利用超声波检测固含量的装置中安装槽的示意图；
图3为本实用新型提出的一种利用超声波检测固含量的装置中反射板的示意图；
图4为本实用新型提出的一种利用超声波检测固含量的装置的电连接示意图；
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、探头；10、超声波换能器；101、防护罩；11、凹槽；12、温度传感器；13、安装槽；131、卡接杆；132、滑槽；14、反射板；141、滑块；20、转换模块；21、计时模块；22、信号处理模块；23、传输模块。
具体实施方式
为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。
因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
如图1-4所示，是本实用新型提供的一种利用超声波检测固含量的装置，包括探头1，探头1的表面一侧开设有凹槽11，凹槽11的顶部设置有用于向溶液样品发射和接收超声波的超声波换能器10，凹槽11上方还设置有温度传感器12；凹槽11的底部设置有安装槽13，安装槽13内安装有可更换的反射板14，反射板14的顶面为抛光镜面，用于反射超声波，反射板14的底面为粗糙面，用于对穿过反射板14的超声波进行漫反射；探头1内置有运算电路，运算电路包括转换模块20、计时模块21、信号处理模块22和传输模块23；计时模块21与超声波换能器10电连接，用于对超声波换能器10发射和接收超声波的过程进行计时；转换模块20与计时模块21、温度传感器12电连接，用于模数转换；信号处理模块22与转换模块20电连接；传输模块23与信号处理模块22电连接，用于信号的传输。
使用时，将探头1插入反应釜内，使超声波换能器10和温度传感器12所在的位置没入反应釜内部的溶液样品中；超声波换能器10向待测的溶液样品发射不同频率的超声波，超声波穿过溶液样品后到达反射板14，大部分的超声波经反射板14反射后再穿过溶液样品被超声波换能器10接收；与此同时，计时模块21获取超声波换能器10发射和接收超声波的时间信号传递至转换模块20，温度传感器12检测溶液样品的温度信号传递至转换模块20，转换模块20将模拟信号转换为数字信号，再传递至信号处理模块22进行处理，得出固含量浓度的结果信号，发送至传输模块23，再由传输模块23将结果信号传递至外界显示设备。
需要说明的是，超声波换能器10可以选用汕头市创新科技电子有限公司的15W-40K换能器；温度传感器12可以选用热电阻温度传感器或热电偶温度传感器；计时模块21可以选用深圳市大联智电子有限公司的ICM7555CBAZ-T计时器；信号处理模块22可以选用深圳市天卓伟业电子有限公司的TMS320F28335PGFA数字信号处理器；传输模块23可以选用蓝牙传输模块或WIFI传输模块。
其中，在上述技术方案中，安装槽13包括设置于凹槽11底部且相互平行的两根卡接杆131，两根卡接杆131相对的一侧壁上开设有用于装配反射板14的滑槽132。
进一步的，在上述技术方案中，反射板14两侧壁上分别设置有与滑槽132的形状相适配的滑块141，滑块141滑动连接在滑槽132内。
进一步的，在上述技术方案中，滑槽132的形状为方形、三角形、弧形中的一种。
使用时，使用者用手捏住反射板14，将反射板14两侧的滑块141对准滑槽132后沿滑槽132向内推到底，即可实现反射板14在安装槽13上的安装操作；拆卸时，用手捏住反射板14，向外抽拉反射板14，使得滑块141沿滑槽132滑出，实现反射板14与安装槽13的分离。
进一步的，在上述技术方案中，反射板14的底面设置有三角线槽、波浪线槽和十字线槽结构中的一种。
其中，在上述技术方案中，超声波换能器10包括超声波发射和接收装置，超声波换能器10能够在水或者其他溶液中直接使用。
使用时，超声波发射装置向溶液样品发射超声波，并由超声波接收装置接收经反射板14反射后再穿过溶液样品的超声波。
进一步的，在上述技术方案中，超声波换能器10的外侧四周设置有防护罩101，防护罩101通过密封圈和螺纹压圈与凹槽11的顶壁密封固定连接。
进一步的，在上述技术方案中，防护罩101的材质为石英玻璃。
使用时，防护罩101位于凹槽11的顶部，并罩设在超声波换能器10的外侧四周。
其中，在上述技术方案中，探头1的外侧具有防水外壳，防水外壳采用耐腐蚀金属材料制成。
进一步的，在上述技术方案中，耐腐蚀金属为不锈钢、哈氏合金、铌钽合金、钛合金和锆合金中的一种。
具体的，本实用新型的原理是：探头1插入反应釜内，且超声波换能器10和所述温度传感器12所在的位置没入反应釜内部的溶液样品中；超声波换能器10向待测的溶液样品发射不同频率的超声波，超声波穿过溶液样品后到达反射板14，大部分的超声波经反射板14反射后再穿过溶液样品被超声波换能器10接收；与此同时，计时模块21获取超声波换能器10发射和接收超声波的时间信号传递至转换模块20，温度传感器12检测所述溶液样品的温度信号传递至转换模块20，转换模块20将模拟信号转换为数字信号，再传递至信号处理模块22进行处理，经信号处理模块22中的加法器、减法器、乘法器以及除法器的运算处理，输出待测溶液样品浓固含量浓度的结果信号，发送至传输模块23，再由传输模块23将结果信号传递至外界显示设备。
其中，超声波在液体中的传输速度公式为：
式中：v为超声波在液体中的传输速度；T为计时模块的启停时间；S为凹槽11的长度；
同时根据温度补偿公式：
vt＝v0+a(t-t0)；
式中：vt表示温度为t时的声速；t0为标准温度值；t为温度传感器12采集到的温度值；v0表示温度为标准温度时的声速；a为温度系数；v0、a、t0的数值均为常数，存储在信号处理模块22中的存储器中；
因此，可以得到待测溶液样品浓度为：
式中：Wt为标准浓度，数值为常数，存储在信号处理模块22中的存储器中；vt表示温度为t时的声速；v为超声波在液体中的传输速度；W为待测溶液样品浓度。
以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种利用超声波检测固含量的装置，其特征在于，包括探头(1)，所述探头(1)的表面一侧开设有凹槽(11)，所述凹槽(11)的顶部设置有用于向溶液样品发射和接收超声波的超声波换能器(10)，所述凹槽(11)上方还设置有温度传感器(12)；所述凹槽(11)的底部设置有安装槽(13)，所述安装槽(13)内安装有可更换的反射板(14)，所述反射板(14)的顶面为抛光镜面，用于反射超声波，所述反射板(14)的底面为粗糙面，用于对穿过所述反射板(14)的超声波进行漫反射；所述探头(1)内置有运算电路，所述运算电路包括转换模块(20)、计时模块(21)、信号处理模块(22)和传输模块(23)；所述计时模块(21)与所述超声波换能器(10)电连接，用于对所述超声波换能器(10)发射和接收超声波的过程进行计时；所述转换模块(20)与所述计时模块(21)、所述温度传感器(12)电连接，用于模数转换；所述信号处理模块(22)与所述转换模块(20)电连接；所述传输模块(23)与所述信号处理模块(22)电连接，用于信号的传输。
2.根据权利要求1所述的一种利用超声波检测固含量的装置，其特征在于，所述安装槽(13)包括设置于所述凹槽(11)底部且相互平行的两根卡接杆(131)，两根所述卡接杆(131)相对的一侧壁上开设有用于装配所述反射板(14)的滑槽(132)。
3.根据权利要求2所述的一种利用超声波检测固含量的装置，其特征在于，所述反射板(14)两侧壁上分别设置有与所述滑槽(132)的形状相适配的滑块(141)，所述滑块(141)滑动连接在所述滑槽(132)内。
4.根据权利要求3所述的一种利用超声波检测固含量的装置，其特征在于，所述滑槽(132)的形状为方形、三角形、弧形中的一种。
5.根据权利要求3所述的一种利用超声波检测固含量的装置，其特征在于，所述反射板(14)的底面设置有三角线槽、波浪线槽和十字线槽结构中的一种。
6.根据权利要求1所述的一种利用超声波检测固含量的装置，其特征在于，所述超声波换能器(10)包括超声波发射和接收装置，所述超声波换能器(10)能够在水或者其他溶液中直接使用。
7.根据权利要求6所述的一种利用超声波检测固含量的装置，其特征在于，所述超声波换能器(10)的外侧四周设置有防护罩(101)，所述防护罩(101)通过密封圈和螺纹压圈与所述凹槽(11)的顶壁密封固定连接。
8.根据权利要求7所述的一种利用超声波检测固含量的装置，其特征在于，所述防护罩(101)的材质为石英玻璃。
9.根据权利要求1所述的一种利用超声波检测固含量的装置，其特征在于，所述探头(1)的外侧具有防水外壳，所述防水外壳采用耐腐蚀金属材料制成。
10.根据权利要求9所述的一种利用超声波检测固含量的装置，其特征在于，所述耐腐蚀金属为不锈钢、哈氏合金、铌钽合金、钛合金和锆合金中的一种。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |