理论探究

在悬浮液中，声波的传播受到悬浮粒子的影响。这些粒子会导致界面上的衰减，以及接触界面的粘滞效应。此外，声波在进入粒子内部时也会遭受吸收衰减。这些衰减过程复杂，但都与悬浮粒子的数量成正比，因此，在一定条件下，衰减率与浓度成比例。在没有悬浮粒子的情况下，我们可以测量出液体的初始衰减率和接收电压，而当有悬浮物时，这些值将发生变化。通过计算两者的差异，即可得出由于悬浮物引起的衰减率。

我们还发现随着浓度增加，声波幅度会逐渐降低，这反映为电压信号的变化。这一关系经过标定后，便可以从测量到的电压信号推断出相应的浓度。

硬件构建

我们的系统核心是发射和接收模块，它们基于直接数字频率合成芯片AD9833产生脉冲串。这些脉冲被放大并通过换能器驱动，以便穿过悬浮液。在回波抵达时，我们使用92 dB对数放大器AD8307来增强信号，然后利用微处理器进行数据分析以获取浓度信息。

此外，我们还设计了键盘、显示屏、参数存储、开关输出等功能，使得系统更加灵活和易用。

主控芯片电路

本系统采用美国Silab公司生产的高速混合信号微处理器C8051F021作为主控芯片。这款芯片拥有快速且流水线化的8051兼容内核，可以达到25 MIPS速度，并配备12位SAR ADC用于精确采集低于2.5 V范围内的输入信号。此外，它还有352字节RAM和64 KB Flash存储空间，可以进行现场编程。此外，还有五个通用16位计数器及定时器组合以及两个UART串口，为数据传输提供了多种选择。

DDS生成发射单元脉冲串

直接数字频率合成(DDS)技术允许我们通过控制相位来生成不同频率的声音浪潮。不仅如此，我们还能够调整初始相位以创造三角或方波形状。本项目中，我们使用了DDS AD9833作为发射单元中的脉冲源者。这款设备支持基于25 MHz时钟下的0 Hz至12.5 MHz输出，并且可以通过SPI通信协议进行编程，只需一个简单晶振即可工作。

在图2所示的是DDS生成脉冲序列所需的一系列电子部件。它由25 MHz晶振供给，而ADS9833则通过74HC244缓冲器连接到微处理机I/O口。当EN选项通信端点打开后，由于非门作用，该端点就会产生一个需要特定频率的声音浪潮。而这个声音浪潮经历了一系列功耗放大的步骤之后，就可以驱动换能装置，从而完成整个实验周期。