高浓度细微颗粒的在线表征在很多工业过程中均有需求，但由于测试环境的浓度很高，基于光散射原理的颗粒测量方法已很难应用于这些场合的在线测量。超声波由于具有很强的穿透介质能力、频带范围宽、装置便宜、易用等优点，近年来在颗粒测量，尤其是高浓度颗粒的在线测量方面获得了越来越多的关注。

超声法与其它方法相比，最主要的优势体现在“在线测量”、“高浓度测量”“非接触”和“耐污染”上。上海理工大学颗粒与两相流测量技术研究所自1999年开始开展了基于超声谱的颗粒粒径测量理论和方法研究，在理论、实验研究以及仪器开发方面均已取得很大进展。

理论和方法

超声在颗粒体系中的能量损失包括5种不同的吸收机理：热损失、黏度、吸收机制和散射等，ECAH经典理论模型可以详细描述这些能量损失机理。上海理工大学颗粒与两相流测量技术研究所对ECAH模型的研究解决了数学求解病态和数值溢出的难题，将其粒径计算范围拓展到了毫米量级。同时，他们还发展并拓展了多种基于耦合相和散射的理论模型；发现不同颗粒粒径对应不同的声衰减谱和速度谱；颗粒分别在亚微米和百微米量级两次出现吸收峰，从速度谱可以看到明显频散现象。此外，针对超声法颗粒粒径测量中反求解的问题，他们发展了一种通过正则化、最优化参数γ，经非负最小二乘法求解，并确定试样的粒径分布的方法。

测量装置和方法

在测量技术上通过实现高频宽带的超声脉冲发射接收、高速信号采集和计算机实时数据处理，可以获得宽带声衰减谱，并先后发展了插入取代测量法、变声程测量方法、以及单次和多次脉冲回波法等，可以对多个声学信号如声衰减、声速、声阻抗等进行同时测试。

通过对窄脉冲声信号作FFT（或STFT）获得宽频域内的声幅值，计算不同声程声信号可获得超声衰减系数和声速谱，通过多次反射回波反射系数可测量特征阻抗 (= )，由此可测得样品密度。除了声衰减谱，他们发现还可以通过频谱分析的方法获得介质的相速度谱。

仪器开发

基于上述原理研制的LU-1001超声浆料浓度粒度测量仪器可在线测量含颗粒物质的悬浊液（液固）或乳剂（液液）混合物中的声速和声衰减系数、颗粒物的粒度和浓度，测量对象涵盖化工，医药制备、食品加工、粉末冶金、矿业、建筑等行业及泥沙和各类浆液。可测浓度范围：1%－70%wt；粒径范围：1－300 mm；浓度和粒度测量重复误差小于5%。