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随着食品工业的发展,除对食品生产过程中最常检测的温度、压力、液位、流量等状态参量进行监测外,对食品溶液浓度的监测也逐步进入到需日常监控的参量。但目前仍缺乏有效的传感和检测手段对食品溶液浓度进行在线监测。低密度超声传感检测系统具有非破坏性、非侵入性以及快速等优良特点,已在无损检测和医学成像上得到广泛应用,可以适应食品快速监测的要求。因此本文利用低密度脉冲超声检测技术开展了溶液浓度测定的研究。针对不同的应用情况,结合不同的数字信号变换方法,建立了测定给定溶液浓度的多元统计回归模型,具体开展的研究工作和结果如下：(1)液体媒质浓度检测系统的组建。建立了包括超声方波脉冲发生／接收仪CTS-8077PR,设置发射电压-25V,脉冲宽度100ns；中心频率5MHz的超声探头；16位A/D数据采集卡PCI-9846H/512,设置采样率为40MS/s,外部TTL电平触发；测试池的检测系统。开发了数据采集及处理程序,系统硬件之间性能匹配,用户界面友好。(2)以NaCl-水二元溶液为研究对象,建立了基于不同信号变换方法结合偏最小二乘(PLS)、间段偏最小二乘(iPLS)、组合间段偏最小二乘(siPLS)和普通最小二乘(OMLR)的回归模型,经对比分析表明：采用声速、温度结合频谱信息所建的siPLS回归模型稳定、预测精度高,性能优于OMLR模型。最优模型校正决定系数Rcal2达0.9999,验证决定系数Rval2达0.9988,交互验证标准差RMSECV为0.0526g/100g,预测标准差RMSEP为0.0628g/100g,明显小于声速模型的预测标准差0.1015g/100g,模型具有更高的预测精度。同时采用该方法检测了恒温条件下果胶-水二元混合溶液,模型RPD=14.2,显著高于OMLR模型。表明采用信号频谱信息结合PLS所建回归模型具有更好的性能。(3)利用2℃和30℃下蔗糖-乙醇-水三元混合溶液的超声脉冲回波信号,首先建立了浓度的声速最小二乘回归模型。蔗糖质量浓度回归模型校正决定系数Rcal2可达0.9793,验证决定系数Rval2可达0.9475,预测标准差RMSEP为0.4544g／100g,RPD为4.92；乙醇质量浓度回归模型决定系数Rcal2可达0.9876,验证决定系数Rval2可达0.9853,预测标准差RMSEP为0.1741g/100g,RPD为8.29。其次利用回波信号的频谱信息,通过偏最小二乘(PLS)回归分析分别建立了蔗糖、乙醇质量浓度的回归模型。蔗糖质量浓度回归模型校正决定系数Rcal2可达0.9852,验证决定系数Rval2可达0.9842,预测标准差RMSEP为0.4270g/100g,RPD为5.25；乙醇质量浓度回归模型决定系数Rcal2可达0.9952,验证决定系数Rval2可达0.9946,预测标准差RMSEP为0.1549g/100g, RPD为9.32。对比表明,采用脉冲回波频谱信息所建蔗糖和乙醇浓度回归模型优于声速模型。(4)利用超声波在固液界面处因声阻抗差异导致的多重反射回波,建立了高浓度金属管道、容器内高衰减媒质的声阻抗及浓度检测方法。检测了甲醇、乙醇、蒸馏水和丙三醇4种媒质的声阻抗。与标准值相比,发现测量的误差随被测媒质阻抗增加而迅速减小,纯水、丙三醇媒质声阻抗的测量误差小于0.2%；同时测量了蔗糖溶液的声阻抗,结果表明溶液声阻抗与浓度呈显著线性关系,模型的预测标准差RMSEP为1.5g/100g。系统对CaCl2溶液浓度的测量精度更高,各浓度的最大绝对测量误差均小于2.7g·L-1,说明系统测量精度高,可满足一定实际检测需求。由于超声多重反射法在测量浓度时无需声波穿透被测媒质,故此法尤其适用于合工业测定。