监测和控制颗粒悬浮物状态是许多现代工业过程的重要环节之一。浓度则是监测工业浆体的一个重要的物理参数，反映在制造行业的各个领域，尤其反映在处于我国战略发展重要位置的电子元器件制造领域。例如随着 5G 的发展，在智能手机、航天、军工等方面对多层陶瓷电容器 (Multi-layerceramic capacitors, MLCC) 的需求都持续增长 [1]。而流延成型是 MLCC 生产的关键步骤。在流延成型工艺流程中，陶瓷浆料性能决定流延素坯的均匀性及微观结构，进而决定电子陶瓷产品质量 [2]，而浆料性能评价的关键指标则是其整体浓度的均一性 [3?4]。因此浆料的浓度直接影响着产品器件的质量。与此同时，河流和水库等地表水体中的悬浮泥沙浓度是解决水利设计、水资源管理等工程问题的最重要的水文数据之一[5]。因此浆体浓度的高精度测量在生产和勘测过程中举足轻重，如何能够快捷方便又准确地测出浆体中固定成分的浓度成为当下研究的热点。
1 基于超声波传感器的浓度检测方法超声波是一种机械波，其频率高于 20 kHz，在工业应用中常采用的频率范围是 20 kHz～10 MHz。超声波具有如下特性：(1) 适应性强，能够应对不同的生产环境；(2) 功耗低，成本低；(3) 精度高，响应速度快。根据超声波在不同悬浮液中的衰减和传播特性，目前主要分为超声波衰减、超声波声速这两种基于超声波的悬浮液浓度测量方法，因此需要综合考虑两者针对不同浆料的变化响应，选用合适的方法。
1.1
超声波衰减
基于超声波衰减的悬浮液浓度测量方法是目前使用较多的测量方式。波的吸收和散射是引起衰减现象的主要因素 [6]。当超声波穿过浆体时，信号强度会因超声波与浆体中的颗粒之间的相互作用而降低 [7]。这种情况将超声能转化为热能，从而间接降低了波信号的初始振幅 [8]。被测液体中的悬浮颗粒物的含量与超声波信号的衰减成正比，因此通过分析在线测量的衰减信号可以得到相应的浆料体积百分浓度。在部署传感器之前，要利用已知浓度的浆料对传感器声衰减进行校准，以防出现异常测量结果。
超声衰减定义为
式(1) 中，P0 表示初始位置处的声压，P 表示声波传播了距离 L 后的声压；V0 表示初始位置处的接收电压，V 表示声波传播了距离L后的接收电压。目前，已有学者根据超声衰减原理得出不同悬浮液下的浓度—声衰减关系曲线，如图1所示。
3 超声波浓度在线测量技术
在浆料生产、储存过程中，不同生产条件或环境，往往伴随着理化反应，发生物质与能量的转移和传递，其本身就存在大量的不确定性和非线性因素。过去，生产过程中通常采用的定时离线分析法由于时间滞后大，根本不能满足随时获取检测数据的要求。在线检测技术正是为了解决这类变量的实时测量和控制问题而逐渐发展起来的。超声波浓度在线检测技术具有以下优点：可直接测量浆体浓度，且无需停止生产过程；减少不合格产品，快速识别异常状况减少不必要的资源消耗，使生产过程控制得更加理想。
3.1
超声波浓度在线测量技术分类
3.1.1
插入式超声波浓度计
插入式超声波浓度计是将浓度计的探头浸入浆体当中，通常需要在浆体容器上钻孔，然后将浓度计固定在洞中，根据探头发射 -反射 -接收的超声波回波信号分析得出所检测浆体的浓度值，精度较高。但安装过程繁琐复杂且工厂在安装时必须断管、停产。此外对于处于静止状态的浆体进行检测会破坏其均匀性，且探头长时间接触浆体易遭受腐蚀。插入式超声波浓度计装置示意图如图2(a)所示。
3.1.2
夹装式超声波浓度计
夹装式超声波浓度计是用两个超声波换能器将容器包夹起来，根据一端超声波换能器发射，另一端超声波换能器接收到的回波信号分析得出所检测浆体的浓度值。相较于插入式超声波浓度计精度较低，但安装过程简单；因为是非接触式，对于处于稳定状态的浆体进行检测不会破坏其均匀性；且工厂在安装时无需断管、停产，可根据实际生产要求自由选择高度进行测量，是目前主要研发的超声波浓度计类型。
3.2
超声波浓度在线测量浓度计应用情况超声波浓度计广泛应用于食品行业、造纸业、化工行业等，可测量多种参数。笔者调研使用了世界上两款主流的超声波在线浓度测量计，并与其他浓度测量领域的仪器进行了对比。从适用性看，其能满足大部分工业浆料种类；从技术性看，其能针对不同的粒径和温度做出对应的补偿，且灵敏度较高，数据精准。表1为在线测量浓度计应用的基本情况。其中测量浓度范围会随着近年来技术、设备更新而有所变化。
基 于 超 声 波 浓 度 测 量 的 浆 液 混 合 过程监控传感技术是工业 4.0 中最重要的技术之一 [30]。世界正在经历第四产业革命，其中数字技术，包括人工智能、机器人和物联网都被用于改进提升制造工艺的生产率、效率和可持续性 [31]。数据收集和使用对于工业生产越来越重要。而浆液混合是工业生产过程中重要环节之一。在聚合物、水泥和橡胶行业的材料制造中，最终产品的质量取决于其混合程度 [32]。混合过程中的浆液的浓度会不断发生变化，因此实现浆料的混合监控至关重要 [33]。在陶瓷生产领域中，实现陶瓷浆料混合均匀性评估的最终目的是确定其存放周期，因而只有洞悉混合浆料的当前浓度状态，并判定剩余存放时间，才能够合理调整浆料的优先级顺序，避免浆料失效。尽管存在流变测量、离心沉降测试、粒度分布测量以及 zeta 电位分析表征方法，但除了从大型容器中获取代表性样品的困难之外，将样品运送到实验室和表征测试也需要时间。因此这几种方法无法在浆料混合过程中实时反馈其状态信息，所以仍需要更先进的技术来实时监控浆料混合过程
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