I nte rna t io na l J o urna l o f   E lect rica l a nd   Co m p ute E ng in ee ring   ( I J E CE )   Vo l.   7 ,   No .   6 Dec em b er   201 7 ,   p p .   3 0 7 6 ~ 3 0 8 7   I SS N:  2 0 8 8 - 8708 DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j ec e . v7 i 6 . p p 3 0 76 - 3087          3076       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ia e s jo u r n a l.c o m/o n lin e/in d ex . p h p /I JE C E   D ev elo p m e nt  o f  N o n - Inv a siv e Ult ra so nic  M ea suring  Sys te m   f o M o nitoring  Multi pha se Flow   i n Liquid M edia   w ithin C o m po site   Pipeline         M o hd   F a dzli Abd Sha i b 1 Ruza iri  Abd Ra hi m 2 S. Z . M .   M uji 3   1, 2, 3 I n S e (In str u m e n tatio n   a n d   S e n sin g   T e c h n o lo g y ),   De p a rt m e n o f   M e c h a tro n ic &   Ro b o ti c ,     F a c u lt y   o f   El e c tri c a &   El e c tro n ic E n g in e e rin g ,   U n iv e rsiti   T u n   Hu s se in   On n   M a lay sia ,   M a la y sia   2 P r o c e ss   T o m o g ra p h y   Re se a rc h   G ro u p   ( P ROT OM),   De p a rtm e n o f   Co n tro a n d   I n stru m e n tatio n   En g in e e rin g ,     F a c u lt y   o f   El e c tri c a En g in e e rin g ,   Un iv e rsiti   T e k n o lo g M a lay sia ,   M a la y sia       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   J u n   8 ,   2 0 1 7   R ev i s ed   Sep   2 ,   2 0 1 7   A cc ep ted   Sep   1 6 ,   2 0 1 7     P r o c e ss   o f   c o n v e y in g   li q u id   su b sta n c e   v ia  th e   p ip e li n e   is  th e   m o st  c o m m o n   p ra c ti c e   o f   tran sf e rrin g   th e   li q u id   f ro m   o n e   p o in t o   a n o t h e p o in t.   Co m p o site  p ip e li n e   is  b e c o m in g   a n   o p ti o n   f o li q u id   c o n v e y in g   p u rp o se d   ( in ste a d   o f   PV C,   a c ry li c   o m e tal)  f o it d u ra b il it y ,   lo n g e li f e ti m e   a n d   n o n - c o rro siv e   m a teria in   c o m p a riso n   w it h   c u rre n p ip e li n e .   I n   o rd e t o   e n su re ,   t h e   c o n v e y in g   p ro c e ss   h a a   s m o o th   f lo w   ra te  w it h o u p a rti c le  o b u b b le  d istu r b a n c e   th a c o u ld   h i n d e g o o d   p ro c e ss   f lo w ,   n o n - in v a siv e   m o n it o rin g   s y ste m   is  a l wa y r e q u ired .   T h e   u lt ra so n ic  m e a su rin g   s y ste m   is  o n e   o f   th e   m o n it o rin g   o p ti o n th a c o u l d   b e   a p p li e d .   W it h   p r o p e d e sig n e d   f o r   tran sm it ti n g   a n d   c o n d i ti o n in g   c i rc u it ry ,   3 0 0 k Hz   u lt ra so n ic  f re q u e n c ies   a r e   f o u n d   a th e   o p ti m a f re q u e n c y   n e e d e d   to   p e n e trate   a c ro ss   th e   c o m p o site   p ip e li n e   w it h   f u ll   o f   li q u id .   T h e   u lt ra so n ic  se n so re sp o n se   is  b e in g   su c c e ss f u ll y   d iff e re n ti a ted   b e tw e e n   f u ll   f lo w   (n o   m a teria b lo c k a g e a n d   w it h   b u lk   m a teria b lo c k a g e   (d r y   a n d   w e s a n d ) .   K ey w o r d :   C o m p o s ite  p ip e   C o n v e y i n g   Fre q u en c y   No n   in v asi v e   Ultr aso n ic s   Co p y rig h ©   2 0 1 7   In stit u te o A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e .     Al rig h ts  re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Mo h d   Fad zli  A b d   Sh a ib ,     I n Set ( I n s tr u m en tatio n   a n d   Se n s i n g   T ec h n o lo g y ) ,   Dep ar t m en t o f   Me ch atr o n ic  &   R o b o tic ,   Facu lt y   o f   E lectr ical  &   E lectr o n ic  E n g in ee r i n g ,   Un i v er s iti T u n   H u s s ei n   On n   Ma la y s ia ,   8 6 4 0 0 ,   P ar it R aj a,   J o h o r ,   Ma la y s ia.   E m ail:  f ad zli@ u t h m . ed u . m y       1.   I NT RO D UCT I O N     R ea ti m m o n ito r in g   s y s te m   f o r   m u lt ip h ase   f lo w   in   liq u id   m ed ia  p la y s   a n   i m p o r tan r o le   to   o b s er v e   th i n ter n al  ac tiv ities   o f     t h e   s y s te m   in s id t h p ip elin e.   T h is   m u ltip h ase  m o n ito r i n g   s y s te m   i s   clas s i f ied   m ai n l y   a s   in v asi v a n d   n o n - i n v a s i v tech n iq u e.   Ho w e v er ,   f o r   u n d is r u p tiv f lo w   in s id e   th p ip elin e,   n o n - in v a s i v tech n iq u is   al w a y s   p r ef er r ed .   Var io u s   k in d s   o f   in ter n a ac tiv i ties   ca n   b o b s er v ed   v ia  th is   n o n - in v a s i v m o n ito r i n g   s y s te m   w h ic h   d ep en d in g   o n   th in d u s tr ial  ca s e s .   Fo r   ex a m p le,   in   o il  &   g as  a n d   w ater   d is tr ib u tio n   in d u s tr y ,   th e x i s tin g   o f   s o lid   p ar ticle  in   th p i p elin s u c h   as  s an d ,   s to n o r   o th er   u n n ec e s s ar y   p ar ticle  co u ld   p r ev en o n   p r o d u cin g   t h e x p ec ted   d esire d   o u tp u t.  Me a n s ,   a t h en d   o f   t h p r o ce s s   f lo w ,   t h s y s te m   s h o u ld   b f r ee   f r o m   t h is   u n d esira b le  s o lid   p ar ticle   to   b m i x ed   w it h   cr u d o il  o r   w a ter .   B esid es,  t h ex is t in g   o f   t h ese   s o lid   p ar ticle s   co u ld   ca u s t h er o s io n   o f   t h p ip eli n elb o w ,   p ip b lo ck ag e,   lo s s   o f   p ip elin e   w all   t h ick n es s   a n d   d a m a g o f   th eq u ip m e n s u c h   a s   f ilter s ,   p u m p   a n d   v al v e s .   He n ce ,   it i s   g r ea t i m p o r ta n ce   to   m o n ito r   t h p r esen ce   o f   s o lid   p ar ticle  to   m a x i m ize  t h p r o d u ctio n   r ate  in   t h ese  i n d u s tr ies.   In   ca s e s   f o r   w ater   d is tr ib u tio n ,   f o o d   an d   m ed ical   ( liq u id   f o r m )   in d u s tr ies,   th e   ex is ti n g   o f   air   f o r   liq u id   f lo w   i n s id th e   p ip eli n co u ld   ca u s m aj o r   p r o b le m s   i n   co n v e y i n g   th liq u id   s m o o t h l y   in s id th e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       Dev elo p men t o f No n - I n va s ive  Ultr a s o n ic  Mea s u r in g   S ystem  fo r   Mo n ito r in g   ….   ( Mo h d   F a d z li A b d   S h a i b )   3077   p ip elin e.     Sin ce   air   i s   li g h ter   t h an   w a ter ,   w h e n   th p ip is   f i lled   w it h   liq u id   w h ic h   i n itial l y   f u ll  o f   air ,   air   w ill   ac cu m u late   at  t h h ig h es t p o in t o f   t h p ip elin e.   As  t h air   co n ti n u e s   ac c u m u late s   at  t h h i g h est p o i n t,  th e   f lu id   v elo cit y   i n cr ea s es   f o r ce   i n to   th e   s m aller   o p en i n g   w h ic h   f i n all y   lead s   s to p p ag o f   t h e   f lo w .   Du e   to   t h is   p r o b lem ,   r ea ti m m o n i to r in g   s y s te m   is   ab le  to   o b s er v t h ex is te n ce   o f   air   b u b b le  i n   liq u id   f lo w ,   s o   t h at  t h e   p r o p er   air   v alv co u ld   b d esig n ed   at  s p ec i f ic  lo ca tio n   to   r el ea s air   tr ap p ed   in   th p ip elin e.     No n - I n v a s i v u ltra s o n ic  m ea s u r e m e n s y s te m   is   o n o f   th e   m et h o d s   to   o b s er v in ter n a l   a ctiv itie s   in s id t h p ip elin e.   T h m ai n   ad v an ta g o f   t h is   s y s te m   is   th ca p ab ilit y   to   i m a g t w o   o r   m o r co m p o n e n t   f lo w   i n   r ea ti m m an n er s   b a s ed   o n   th e   ar r an g e m e n o f   th u ltra s o n ic  s e n s o r s   ar o u n d   t h p er ip h er y   o f   t h e   s y s te m   to   b o b s er v ed .   I n   a d d itio n ,   th d is tr ib u tio n   o r   f l o w   p atter n   co u ld   b an al y s e d   q u an titati v an d   q u alitati v w i th o u d is r u p tin g   th e   f lo w   o f   th e   s y s te m   ( n o n - in v a s i v a n d   n o n - in tr u s i v el y )   [ 1 ] .   T h u ltra s o n ic   s y s te m   d ep en d s   o n   t h s en s itiv it y   to w ar d s   ch a n g es  o f   s o u n d   e n er g y   d en s it y   ( o r   s o u n d   d en s it y )   w h er d if f er e n m ater ial  o r   s u b s ta n ce   o w n s   d i f f er e n t o f   s o u n d   en e r g y   d en s it y .   W ith   th i s   c h ar ac ter is tic  d if f er en ce ,   i t   w il l b ab le  to   d if f er en tiate  d i s tr ib u tio n   o f   d i f f er e n t c o m p o n e n t f lo w   i n s id th p ip elin o r   t h s y s te m .   T h ca p ab ilit y   o f   th e   u ltra s o n ic  s e n s o r   d ep en d s   o n   t h s tr en g t h   o f   t h f r eq u e n c y   o n   ea ch   u ltra s o n i c   s en s o r   to   p en etr ate  t h m ed i u m .   Ho w ev er ,   t h h i g h er   th e   s tr en g t h   o f   u ltra s o n ic   f r eq u e n c y ,   th e   p r o j ec tio n   b ea m   b ec o m es  s m a ller ,   w h i ch   n o g o o d   en o u g h   to   co v er   lar g er   ar ea .   He n ce ,   t h is   w ill  a f f ec t h e   m ea s u r e m e n ac c u r ac y   w it h i n   th co v er a g ar ea   o f   th e   p ip elin e,   esp ec iall y   w h en   it  in v o lv e s   i m a g e   co n s tr u ct io n   b ased   d ata  o b tain ed   at  th r ec eiv er s .   Ho w ev er ,   th is   w i ll  n o b ec o m m ai n   p r o b lem   i f   it  d o esn in v o l v i m ag a n al y s i s .     Fo r   m u l tip h a s f lo w   m o n ito r in g   s y s te m ,   t h ca p ab ilit y   o f   th u ltra s o n ic   s e n s o r   is   b ei n g   ex p lo r ed   w it h   d if f er e n f r eq u e n c y   s tr en g th   a n d   d if f er e n m ed iu m .   T h ty p o f   m u ltip h a s f lo w   i n cl u d es  th m i x tu r o f   liq u id   an d   g as,  l iq u id   a n d   s o li d ,   liq u id   an d   liq u id   o r   liq u id ,   s o lid   an d   g a s   f lo w   w i th i n   t h cr o s s   s ec tio n   o f   t h e   p ip elin e.   T h r esear ch   to w a r d s   m o n ito r i n g   m u ltip h ase  f lo w s   u s i n g   u ltra s o n ic  m ea s u r e m e n s y s te m   is   r e m ain in g   ac ti v u p   u n til p r es en t d a y s   a s   in   T ab le  1 .       T ab le  1 .   Me ta - an al y s is   f o r   m u ltip h ase  f lo w   d etec tio n   v ia  u l tr aso n ic  m ea s u r e m e n t s y s te m   Ty p e s o f   mu l t i p h a se   f l o w   A u t h o r s   Y e a r   A p p l i c a t i o n   L i q u i d so l i d - g a s   [ 2 ]   2 0 0 4   S o l i d   a n d   g a s fl o w   i n   l i q u i d ( 0 . 1   t o   3 0 M H z   u l t r a so n i c   f r e q u e n c i e s)   [ 3 ] , [4 ]   2 0 1 3   S a n d - g a s - l i q u i d   f l o w   i n   l i q u i d   ( 1 0 0 k H z   t o   7 5 0 k H z   u l t r a so n i c   f r e q u e n c i e s)   v i a   st e e l   p i p e l i n e .   L i q u i d so l i d   [ 5 ]   2 0 1 0   P V C - w a t e r   f l o w   d i f f e r e n t   s i z e   o f   P V C   si z e   b e e n   e x p l o r e d   ( 4 0 k H z ) .   [ 6 ]   2 0 1 1   O i l - S a n d   f l o w   ( 5 - 1 0 M H z   u l t r a so n i c   f r e q u e n c y )   v i a   p u l se   e c h o   t e c h n i q u e s   [ 7 ]   2 0 1 2   P V C / C e r a m i c / S t e e l - w a t e r   f l o w   ( 2 0 k H z   u l t r a so n i c   f r e q u e n c y )     [ 8 ]   2 0 1 2   W a t e r - g l a ss b e a d   ( 2 - 1 2 M H z   u l t r a so n i c   f r e q u e n c y )   i n   h i g h   sh e a r   f l o w   [ 9 ]   2 0 1 5   W a t e r / h e a v y   S a n d   f l o w   ( 1 0 0 - 5 0 0 k H z   u l t r a so n i c   f r e q u e n c y )   L i q u i d - l i q u i d   [ 1 0 ]   2 0 0 7   O i l - w a t e r   f l o w   ( 4 0 k H z   u l t r a so n i c   f r e q u e n c y )     [ 1 1 ]   2 0 0 9   C o r n   o i l / S o y   b e a n   o i l / P a l m o i l - w a t e r   f l o w ( 4 0 k H z   u l t r a so n i c   f r e q u e n c y )   [ 1 2 ]   2 0 0 9   W a t e r - O i l   f l o w - t i me   o f   f l i g h t   t e c h n i q u e   L i q u i d g a s   [ 1 3 ]   2 0 0 7   L i q u i d - g a s fl o w   ( 2 M H z   u l t r a so n i c   f r e q u e n c y ) -   me t h y l -   me t h a c r y l a t e   mat e r i a l   f o r   r e c t a n g u l a r   c o n t a i n e r .   [ 1 4 ]   2 0 1 0   L i q u i d - g a s fl o w ( 4 M h z   u l t r a so n i c   f r e q u e n c y )   u si n g   t h r e e   t y p e   u l t r a so u n d   i n t e r f a c e   d e t e c t i o n   t e c h n i q u e s   [ 1 5 ]   2 0 1 0   L i q u i d - g a s fl o w   ( 4 0 k H z   u l t r a so n i c   f r e q u e n c y ) - si mu l a t i o n   o n   o p t i m u n u m b e r   o f   u l t r a so n i c   se n so r .   [ 1 6 ] [ 1 7 ]   2 0 1 3 ,   2 0 1 4   L i q u i d - G a s fl o w   ( 4 0 k H z   a n d   3 3 3 k H z   u l t r a so n i c   f r e q u e n c y )   [ 1 8 ]   2 0 1 4   L i q u i d - g a s fl o w   ( 1 5 0 - 7 5 0 k H z )   ,   me a s u r e   sl u g   v e l o c i t y   [ 1 9 ] [ 2 2 ]   2 0 0 8 - 2 0 1 4   L i q u i d - g a s fl o w ( 3 3 3 k H z   u l t r a so n i c   f r e q u e n c y ) - 3 2   t r a n sce i v e r s   [ 2 3 ] [ 2 5 ]   2 0 1 0 - 2 0 1 3   L i q u i d - g a s fl o w ( 3 3 3 k H z   u l t r a so n i c   f r e q u e n c y ) - 1 6   p a i r s       2.   SYST E M   O VE RVI E W   I n   d ev elo p in g   th u ltra s o n ic  m ea s u r e m e n s y s te m ,   it  w ill  b d iv id ed   in to   t w o   m aj o r   p ar ts   w h ic h   ar h ar d w ar a n d   s o f t w ar p ar as  in   F ig u r 1 .   T h m ai n   p r o ce s s   o f   co n s tr u c tin g   t h h ar d war is   s elec ti n g   t h e   r ig h f r eq u en c y   o f   u l tr aso n ic  t r an s d u ce r s .   T h f r eq u en c y   s el ec tio n   o f   u ltra s o n ic  tr an s d u ce r s   is   o n o f   th m ai n   f ac to r s   to   o b s er v t h p en et r atio n   ca p ab ilit y   i n s id th p ip elin e.   Ho w e v er ,   t h er ar also   o th er   f ac to r s   in v o l v ed   in   s i g n al  p e n etr atio n   w h ic h   ar th t y p e s   o f   p ip u s ed   an d   th t y p o f   d is tr ib u ti o n   o f   m ater ial  i n   th e   liq u id   f lo w .   T h ar r an g e m e n o f   u l tr aso n ic  tr an s d u ce r s   ar o u n d   th e   p er ip h er y   o f   th e   p ip elin is   v ital  to   ac h ie v e   th b est  r es u lts .   T h m i n i m u m   p air s   o f   u ltra s o n ic  tr a n s d u ce r   is   o n l y   o n p air   if   d o es  n o in v o lv i m a g Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I J E C E     Vo l.  7 ,   No .   6 Dec em b er   2 0 1 7   :   3 0 7 6     3 0 8 7   3078   co n s tr u ct io n   ( o n l y   s i g n al  a n a l y s i s )   an d   th m ax i m u m   p air s   is   d ep en d s   o n   th cir cu m f er en ce   s ize  o f   th e   p ip elin e.   T h o b j ec co u ld   b e   s in g le  o r   m o r t h an   o n co m p o n en o r   s u b s ta n ce .   T h s i g n al  w ill  b ex c ited   f r o m   th e   u ltra s o n ic   tr an s d u ce r   as  a   tr an s m itter   a n d   o th er   u ltra s o n i tr a n s d u ce r   w ill   ac t   as  a   r ec eiv er .   T h e   tr an s m itti n g   an d   r ec eiv i n g   s i g n al  is   co n tr o lled   v ia  m icr o co n t r o ller   f o r   f u r th er   a n al y s is .           Fig u r 1 T h w h o le  co n ce p t o f   Ultr aso n ic  m ea s u r e m e n t s y s t e m       Gen er all y ,   m o s p ip elin e s   f o r   co n v e y in g   t h s u b s ta n ce   ( in   li q u id   f o r m )   m ad f r o m   ac r y lic,   P VC   an d   m etal.   Ho w ev er ,   d u to   th li m itatio n   an d   w ea k n es s es  o f   t h ch ar ac ter is tic s   o f   th c u r r en ts   p ip p o s s ess ed ,   m o s o f   t h in d u s tr y   s tar ts   to   ex p lo r o th er   p o ten tial  p ip th at  ca n   o f f er   b etter   s tr en g t h   to   m ee i n d u s tr i al  ex p ec tatio n .   T h er ar s ev er al  o th er   alter n ativ p ip es  av ai la b le  in   th m ar k et  an d   o n o f   it  is   th co m p o s ite   p ip e.   Du to   t h g o o d   f ea t u r o f   t h co m p o s ite  p ip e,   w h i ch   h as  lo n g er   li f eti m e,   n o n - c o r r o s iv an d   s tr o n g   en o u g h   to   w it h s tan d   w it h   h i g h   p r ess u r e ,   th is   p ip h as  b e en   ch o s e n   as  a n   alter n at iv p ip f o r   p r o ce s s   o f   co n v e y in g   m ater ial.   P o ly et h y le n ( P o l y )   A l u m i n u m   ( A l)   co m p o s ite  p ip is   u s e d   in   t h is   r esear ch .   T h is   co m p o s ite  p ip m ai n l y   co n s i s ts   o f   t h r ee   la y er s   o f   m a ter ial,   w h ich   ar t h i n ter n al  la y er   ( P o ly e th y le n e) ,   m id d le  la y er   ( A l u m in u m )   an d   o u ter   la y er   ( P o ly eth y le n e) .   B et w ee n   ea ch   la y er   o f   t h co m p o s ite  p i p e,   th er is   th i n   ad h esi v la y er   to   e n s u r th e   p o ly e th y le n a n d   al u m in u m   la y er   ar in tact.   T h t h ic k n e s s   o f   ea ch   p o l y e th y le n e   an d   alu m i n u m   la y er   is   d i f f er en t.  T h th ick n es s   o f   P o l y et h y le n Alu m i n i u m   co m p o s ite   p ip is   s h o w n   i n   Fig u r 2 .   T h o u ter   lay er   a n d   in ter n al  o f   P o l y eth y le n is   3 m m   an d   3 . 5 m m   t h ic k n ess   co n s ec u tiv e l y .   T h alu m in iu m   la y er   at  t h m id d le   la y er   is   1 m m   w h ic h   s tr en g t h e n s   th e   s tr u ct u r e   o f   t h co m p o s ite  p ip e.   Gen er a ll y ,   th is   co m p o s ite  p ip is   7 . 5 m m   t h ick n e s s   w h er in ter n al  d ia m e ter   is   6 0 m m   a n d   o u ter   d ia m ete r   is   7 5 m m .             Fig u r 2 P o ly eth y le n A l u m i n iu m   co m p o s ite  m u lt ip le  la y er   th ick n e s s       Fo r   u ltra s o n ic  w a v p r o p ag ates  f r o m   o n m ed iu m   to   an o th er   m ed iu m ,   it  n ee d   to   tr av e th r o u g h   s ev er al  b o u n d ar ies  b ef o r r ea ch in g   at  th r ec ei v er .   T h u ltra s o n ic  s i g n al  i s   eith er   tr an s m itted   o r   r ef lecte d   d ep en d s   o n   t h ac o u s t ic  i m p e d an ce   o f   ea ch   m a ter ial.   I f   t h e   ac o u s tic   i m p ed a n ce   b et w ee n   o n m ater ials   v er y   h ig h   co m p ar ed   w it h   o th er   m ater ial,   m o r s i g n a ls   w ill  b r ef lecte d .   W h en   th ac o u s tic   i m p ed an ce   o f   t w o   m ater ials   i s   al m o s t   t h s a m e,   th e   s i g n al  w ill  b e   m o r tr an s m itted .   T h to tal  a m o u n o f   u ltra s o n ic  s i g n a l   r ef lecte d   an d   tr an s m i tted   m u s t   b eq u al  to   th to tal  a m o u n t o f   in c id en t e n er g y .       6 0 m m   3 . 5 m m   1 mm   3 mm   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       Dev elo p men t o f No n - I n va s ive  Ultr a s o n ic  Mea s u r in g   S ystem  fo r   Mo n ito r in g   ….   ( Mo h d   F a d z li A b d   S h a i b )   3079   I n   ca s o f   t h p en etr atio n   ca p ab ilit y   o f   u ltra s o n ic  s e n s o r   t h r o u g h   P o l y et h y len A l u m i n iu m   co m p o s i te  p ip e,   th er ar s ev er al  lay er s   o f   b o u n d ar ies  n ee d   t o   b c o n s id er ed   w h er p air s   o f   u ltra s o n ic  s e n s o r s   ar b ein g   lo ca ted   a th p er ip h er y   o f   th p ip eli n as  i n   Fi g u r 3 .   T h am o u n o f   r ef lec ted   o r   tr an s m itted   s i g n al   is   d eter m in ed   f r o m   t h E q u at io n   ( 1 )   an d   E q u atio n   ( 2 )   b ased   o n   t h d i f f er e n ac o u s t ic  i m p ed a n ce   o n   e v er y   b o u n d ar y   la y er .           Fig u r 3 C u t o f   Sectio n   o f   P o l y et h y le n A l u m i n iu m   co m p o s ite  p ip e             (           ) (           )                       ( 1 )         (           ) (           )     1 - R                   ( 2 )       W h er     R   is   r ef lec ted   co ef f ic ien t   T   is   tr an s m itted   co ef f icie n t   Z 1   is   ac o u s tic  i m p ed an ce   o f   m ater ial  1   Z 2   is   ac o u s tic  i m p ed an ce   o f   m ater ial  2     Fo r   ea ch   b o u n d ar y   la y er ,   w h e n   t h u l tr aso n ic  s ig n al  tr a v elli n g   d i s tan ce   a n d   b lo ck   b y   a n   o b s tacle ,   th s i g n al s   w ill  b tr an s m itte d   o r   r ef lecte d   w h ic h   is   d ep en d s   o n   th ac o u s tic  i m p ed an ce   o f   th m ater ial  o r   o b s tacle   as   v is u a lis ed   in   Fi g u r 4 .   Me an s ,   o n ly   p ar o f   th s ig n a w i ll  b r ec eiv ed   b y   u ltra s o n ic  r ec eiv er   an d   th r est o f   t h s i g n al  w ill b r ef lecte d .           Fig u r 4 Ultr aso n ic  s i g n al  p atter n   w h e n   b lo ck ed   w it h   an   o b s tacle       3.   CO NST R UCT I O O F   UL T RASO NIC M E ASUR E M E NT   SY S T E M     T h u ltra s o n ic   s e n s o r   co n ta in s   p iezo elec tr ic  cr y s tal  th at   w il v ib r ate  in   t h f o r m   o f   t h f r eq u e n c y   w a v w it h   t h tr i g g er ed   b y   p u ls v o lta g e.   T h lo w er   t h f r eq u en c y   o f   u ltra s o n ic  s e n s o r s   w ill  h av h i g h er   w a v ele n g t h   a n d   p en etr atio n   ca p ab ilit y   in to   th m ater ial.   Ho w e v er ,   th h i g h er   t h f r eq u en c y   w ill  lead   to   lo w er   w a v ele n g t h ,   h en ce ,   lo w er   p e n etr atio n   ca p ab ilit y   o f   t h m ater ial  w it h   h ig h er   r eso lu tio n   co m p ar ed   w it h   t h e   lo w er   f r eq u e n c y   u l tr aso n ic  s e n s o r .   T h is   is   th r ea s o n ,   th u ltra s o n ic  s e n s o r   w ith   lo w er   f r eq u en c y   i s   b ein g   ch o s en   to   co n s tr u ct  t h i s   u ltra s o n ic  m ea s u r e m en t s y s te m   d u to   its   ca p ab ilit y   f o r   d ee p er   p en etr atio n .     3 . 1 .   T he  M ea s uring   P ro ce s s   f o U lt ra s o nic  M ea s uring   S y s t e m   Ultr aso n ic  tr an s ce i v er s   m o d e MCUSD1 3 A 3 0 0 B 0 9 R w it h   f r eq u en c y   o f   3 0 0 kH w i th   ce n tr al  f r eq u en c y   o f   3 0 0 k Hz   +   15 k Hz  is   b ein g   ch o s e n   in   th is   p r o j e ct.   T h is   t y p o f   u ltra s o n ic  s en s o r s   ca n   tr an s m it  o r   r ec eiv t h s ig n al  a t h s a m ti m e.   Fo r   d ev elo p in g   t h u ltra s o n ic  m ea s u r e m en s y s te m ,   in v o l v es  th e   in te g r atio n   o f   h ar d w ar an d   s o f t w ar p ar t.  T h h ar d w ar p ar in clu d es  t h s et u p   o f   th h ar d w ar ar r an g e m e n t   as  in   Fi g u r 5 .   P air s   o f   u ltra s o n ic  s en s o r   ar attac h ed   at  th cir cu m f er e n ce   o f   th co m p o s it p ip elin f u ll  w it h   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I J E C E     Vo l.  7 ,   No .   6 Dec em b er   2 0 1 7   :   3 0 7 6     3 0 8 7   3080   liq u id   ( w ater )   u s i n g   g l y ce r in e .   E ac h   u ltra s o n ic  s e n s o r   co n n ec ted   w i t h   its   u n iq u cir cu it y   f o r   th p u r p o s ed   o f   tr an s m itti n g   an d   r ec eiv i n g   u l tr aso n ic  s i g n al.     T h cir cu itr y   o f   t h u l tr aso n i s y s te m   i n cl u d es  t h in teg r a tio n   b et w ee n   P C   a n d   m icr o co n tr o ller s ,   ex citatio n   an d   s i g n al  co n d itio n in g   cir c u it  w it h   t h s et  o f   u l tr aso n ic   s e n s o r s   as  s h o w n   i n   Fig u r 6 .   Fo r   th is   s y s te m   to   o p er ate,   s im p le  C   p r o g r a m m i n g   la n g u a g es a r d ev elo p ed   v ia  Mic r o C   co m p iler   t o   g en er ate  p u l s es to   d s P I C 3 0 F6 0 1 0 A   m icr o co n tr o l ler .   T h g en er ated   p u l s w ill  b s en to   an alo g u s w itch e s .   T h s en s o r   w ill  ac as  a   tr an s m itter   o r   as  r e ce iv er   d ep en d s   o n   th s ig n al  o b tain ed   f r o m   t h an alo g u s w i tch es.  Fo r   p air s   o f   u ltra s o n ic  tr an s ce i v er s ,   i n   o r d er   to   d eter m i n t h s en s o r   as  tr an s m itter   o r   r ec ei v er ,   d if f er en co n f ig u r atio n   o f   an alo g u s w i tch e s   n ee d s   to   b s et.   Fr o m   Fi g u r 7 ,   t w o   a n alo g u s w itc h e s   m o d el  M AX3 1 9   ar e   n ee d ed   t o   s et  th f ir s s e n s o r   ( S1 )   as  th tr an s m itter   a n d   s ec o n d   s e n s o r   ( S2 )   as  r ec eiv er .   T h f ir s an alo g u s w i tch   i s   in j ec ted   w it h   p o s itiv p u ls at  p o r 6 .   T h is   w ill  ca u s p o r 1   an d   p o r 8   is   s h o r t   cir cu ited .   Hen ce ,   s en s o r   1   ( lo ca ted   at  p o r t   1 )   an d   tr an s m itter   cir cu it  ( lo ca ted   at  p o r t   8 )   is   co n n ec ted   w h ich   m ak e   S1   as   tr a n s m itter .   Ultr aso n ic  s ig n al  tr a n s m i s s io n   ac r o s s   t h co m p o s ite  p ip is   o cc u r r in g .   O n   co n tr ar y ,   t h er is   n o   p u ls i s   in j ec ted   at  p o r 6 .   Sen s o r   S2   ( lo ca ted   at  p o r 1 )   an d   r ec eiv er   cir cu it  ( lo ca ted   at  p o r 2 )   is   co n n ec ted   m a k es   s en s o r   S2   as  r ec eiv er .   T h r ec eiv ed   s ig n al  i s   b ein g   p r o ce s s ed   th r o u g h   t h r ec eiv er   ( s i g n al  co n d itio n i n g )   cir cu it a n d   t h d ata  w i ll b co llected   to   P C   th r o u g h   t h m ic r o co n tr o ller .             Fig u r 5 A r r an g e m en t o f   u ltra s o n ic  s e n s o r   o n   th p er ip h er y   o f   th co m p o s i te  p ip elin e     Fig u r 6 P r o ce s s   o f   o b tain   d at f r o m   u l tr aso n ic  s en s o r             Fig u r 7 C o n f ig u r atio n   o f   an a lo g u s w itc h es  f o r   S1   as tr an s m itter   a n d   S2   as r ec eiv er       As  f o r   an o th er   co n f ig u r atio n ,   S2   as  tr an s m itter   an d   S1   as  r ec eiv er ,   th ar r an g e m e n i s   r ev er s co m p ar ed   f r o m   Fig u r 7   w h ic h   is   s h o w n   i n   Fi g u r 8 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       Dev elo p men t o f No n - I n va s ive  Ultr a s o n ic  Mea s u r in g   S ystem  fo r   Mo n ito r in g   ….   ( Mo h d   F a d z li A b d   S h a i b )   3081       Fig u r 8 C o n f ig u r atio n   o f   an a lo g u s w itc h es  f o r   S1   as r ec eiv er   an d   S2   as tr an s m itter       4.   DE S I G NIN G   T RANSM I T T E AND  S I G NA L   CO NDI T I O NIN G   CI RCUI T     I n   o r d er   to   o p e r ate  th u ltra s o n ics  tr a n s ce i v er ,   t w o   t y p o f   cir cu itr y   n ee d   to   b d esig n e d   w h ich   is   tr an s m itter   a n d   s ig n al  co n d itio n in g   cir c u it.     4 . 1 .   T ra ns m it t er   Circ uit   I n   ac ti v ati n g   u ltra s o n ic  s en s o r   as  tr an s m it tin g   p u r p o s e,   d u al  p u l s w it h   3 0 i n   a m p litu d an d   300 k Hz  f r eq u e n c y   n ee d   to   b tr ig g er ed   at  t h e   s e n s o r   e v e r y   1 0 0 Hz  o f   p er io d .   T h is   is   i m p o r tan t   s o   t h at   r ev er b er atio n   ef f ec to tall y   f i n is h   b ef o r n e w   e x cita tio n   s t ar t.  Hen ce ,   to   m ee t h r e q u i r e m en t,  co m p ar ato r   cir cu it n ee d   to   b co n s tr u cted   as in   Fi g u r 9           Fig u r 9 T r an s m i tter   cir cu it       I n   d esig n   o f   co m p ar ato r   cir cu i t,  b elo w   f o r m u la  i s   f o llo w ed :     I f   V +   > V ref   ,   th e n   V out = +V cc   I f   V +     < V ref   ,   th en   V ou t - V cc     W h er     V ref     ( R 2 /R 1 +R 2 )   x   V cc             = ( 1 k /1 k +2 0 k ) x   1 5            = 0 . 7 V     Sin ce   n o n - in v er ti n g   in p u v o lt ag o b tain s   p u l s s w i n g   f r o m   0 to   5 V,   th co m p ar ato r   w il g en er ate   ap p r o x im a tel y   3 0 p ea k   to   p ea k   v o lta g at  3 0 0 k Hz  as  s h o w n   in   F ig u r 1 0 .   T h is   3 0 p ea k   to   p ea k   v o ltag e   w il l   b in j ec ted   to   u ltra s o n ic  tr an s d u ce r s   w h ic h   w il l a ct  as th tr an s m itter .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I J E C E     Vo l.  7 ,   No .   6 Dec em b er   2 0 1 7   :   3 0 7 6     3 0 8 7   3082       ( a)   ( b )     Fig u r 10 Du al  P u ls Ge n er ated   v ia  d s P I C 3 0 F6 0 1 4 A   ( a)   Or ig i n al  s i g n al  f r o m   d s P I C 3 0 F6 0 1 4 A ,   ( b )   Sig n al  b ee n   a m p li f ied   b y   co m p ar ato r   cir cu it       4 . 2 .   Sig na l C o nd it io nin g   Circ u it   W h en   t h u ltra s o n ic  s en s o r   t r an s m its   t h s i g n al  t h r o u g h   t h co m p o s i te  p ip e,   it  n ee d s   to   tr av els   th r o u g h   s e v er al  o b s tacle s   w h i ch   ar co m p o s ite  p ip e,   liq u id ,   b u b b le  an d   o t h er   i m p u r itie s   i n   th e   liq u id   i n   o r d er   to   r ea ch   th r ec ei v er .   T h is   w il ca u s v e r y   s m all  s i g n al  t h at  w il b ar r iv in g   a n d   d etec ted   at  th r ec eiv er .   Mo s t   o f   th s ig n al  w i ll  b r ef lecte d   b y   t h o b s tacle .   Si n ce   t h d etec ted   s ig n al  is   e x tr e m el y   s m all  w h ic h   is   s ev er al   m icr o v o lts ,   th is   s i g n al   n ee d   to   b a m p li f ied .   He n ce ,   t h m o s s u itab le  a m p li f ier   is   b ein g   d esig n ed   to   m ee t h e   r eq u ir e m en t.  I n   o r d er   to   d esig n   i n v er tin g   a m p li f ier ,   h i g h   s p ee d   a m p li f ier   m o d el   L T 1 2 2 6   is   s elec ted   b ased   o n   its   h i g h   g a in   b an d w id t h   p r o d u ct  w h ich   is   1 GHz .   T h is   in v er t in g   a m p lifie r   h a s   g ai n   o f   - 1 0 0 .   T h g ai n   c h o s e n   m u s b w it h i n   th ac ce p tab l r an g e,   o r   else  th s i g n al  w i ll  b clip p ed   w h e n   it  r ea ch   t h s at u r atio n   le v el.   Fro m   Fi g u r 1 1 ,   C h an n el  1 ( Y ello w   co lo u r   s i g n al)   r ep r esen t s   f ir s a m p li f ied   s ig n al  f r o m   t h a m p li f ier   cir cu i t   as  i n   Fi g u r 1 1 ( b )   an d   C h a n n el  2 ( Gr ee n   co l o u r   s i g n a l)   r ep r esen ts   tr an s m it tin g   s i g n al.   Fro m   Fi g u r 1 1 ( b w h ic h   t h zo o m   i m ag e   o f   th e   a m p li f ied   s ig n al,   t h tr av elli n g   ti m f r o m   th e   tr an s m itter   t o   r ea ch   t h r ec eiv e r   ( b ased   f r o m   t h f ir s h i g h e s t   s ig n al  m a g n itu d e)   i s   5 4 u s .   T h s ig n al  at  t h r ec ei v er   b ef o r th s ig n al  is   tr an s m itted   is   i g n o r ed   s in ce   i is   co n s id er ed   as  n o is e.   T h f ir s h i g h e s p ea k   s i g n al  c o n tain s   h i g h   n o is e,   h en ce ,   n ee d   to   b f ilter ed   b ef o r b ein g   a m p li f ied   f o r   t h s ec o n d   ti m e.   T h f ir s h i g h e s m a g n i tu d o f   th e   r ec eiv er s   is   o n l y   6 1 2 . 5 m w h er th co m p o s ite  p ip is   co n tai n ed   w it h   p lain   w ater .   T h is   m ag n it u d is   s til l   co n s id er ed   v er y   s m all  w h ic h   n ee d   to   b f u r th er   a m p li f ied .                                                         ( a)                                                               ( b )                    Fig u r 11 First a m p li f icatio n   s tag ( a)   I n v er t in g   a m p l if ier ,   ( b )   Am p li f ied   u l tr aso n ic  s ig n al       Sin ce   th e   f ir s t a m p li f icatio n   s t ag f r o m   Fi g u r 1 1   co n ta in ed   h ig h   n o is e   an d   v er y   s m all   s i g n al,   it  n ee d   to   b f ilter ed   v ia  b a n d p ass   f ilt er .   T h ty p e   o f   f il ter   to   r ed u ce   th n o is i s   M u ltip le  Feed b ac k   B an d p ass   Fil ter   w h er th ce n tr f r eq u en c y   i s   ch o s e n   as  3 0 0 k Hz  w h ic h   i s   th s a m a s   t h f r eq u en c y   o f   th u ltra s o n ic   tr an s d u ce r s   as  in   Fi g u r 1 2 .   T h m a g n i tu d o f   th s ig n al  af ter   b ein g   f ilter ed   is   1 5 6 . 2 5 m V.   T h is   m ea n s   th e   s ig n al   is   f u r t h er   r ed u ce d   w h e n   p as s i n g   th is   Mu ltip le  Feed b ac k   B an d p as s   F ilter .   Ho w e v er ,   th e   f ilter ed   s i g n al   as in   Fi g u r 1 2 ( b )   is   f r ee   f r o m   s ig n al  o th er   t h an   3 0 0 k Hz  w h i ch   is   co n s id er ed   as n o is e.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       Dev elo p men t o f No n - I n va s ive  Ultr a s o n ic  Mea s u r in g   S ystem  fo r   Mo n ito r in g   ….   ( Mo h d   F a d z li A b d   S h a i b )   3083   I n   o r d er   to   d esig n   Mu l tip le  F ee d b ac k   B an d p ass   Fil ter   as  i n   Fig u r 1 2 ( a) ,   th er ar s ev er al  asp ec ts   n ee d   to   b co n s id er ed   w h ich   ar C en tr Fre q u e n c y ,   B an d w id t h   a n d   Q u alit y   Facto r .   I n   th is   ca s e,   s i n ce   t h f r eq u en c y   o f   th u ltra s o n ic  t r an s d u ce r s   i s   3 0 0 k Hz,   ce n tr e   o f   f r eq u e n c y   s h o u ld   b 3 0 0 k Hz  w h er e   u p p er   f r eq u en c y   i s   3 1 5 k Hz  a n d   lo w er   f r eq u e n c y   i s   2 8 5 k Hz.   I n   t h ca lcu latio n   o f   v al u o f   r e s is to r s   an d   ca p ac ito r s   n ee d ed ,   E q u atio n   ( 1 )   till   E q u atio n   ( 5 )   is   co n s id er ed   [ 2 6 ] .   Ho w e v er ,   th ca p ac itan ce   v al u o f   C 1   a n d   C 2   ar e   co n s id er ed   th s a m w h ich   i s   1 0 0 p F.                                                                                                                              ( 1 )                                                                                                          ( 2 )                                                          (         ) (        )                                                    ( 3 )                 (           )                                        (   (    )       )     (         ) (        )                                                  ( 4 )                                                 (    )       (         ) (        )                                                ( 5 )     w h er e          Fre q u en c y   b a n d w id th         C en tr f r eq u e n c y         Up p er   f r eq u en c y         L o w er   f r eq u e n c y   Q=   Qu alit y   Facto r     So ,   b ased   o n   t h E q u atio n   ( 1 )   till   ( 5 ) ,   th e   v a lu e   o f   th e   n ea r e s av ai lab le  r esi s to r   is   ch o s e n   f o r   d esig n   M u ltip le   B an d p ass   Fil ter   cir cu i t.                                                          ( a)                   ( b )     Fig u r 12 Fil ter in g   s ta g ( a)   Mu ltip le  Feed b ac k   B an d p ass   Fil ter   cir cu it ,   ( b )   Fil ter ed   s ig n al  ( af ter   p ass i n g   Mu ltip le  Feed b ac k   B an d p ass   Fil ter )       T h s m all   m a g n it u d o f   t h s ig n al  o b tai n ed   af ter   p as s i n g   th M u ltip le  Feed b ac k   B an d p ass   Fil ter   n ee d   to   b a m p li f ied   f u r th er   b y   t h s ec o n d   a m p li f ier .   T h is   is   v ita s o   t h at  th e   s i g n a o b tain ed   w ill   b e   s ig n i f ica n to   b tr an s f er r ed   to   th P C   to   b an al y s ed .   Af ter   b ein g   a m p li f ied   f o r   g ain   o f   - 5 3 . 6 ,   th f ir s h i g h e s t   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I J E C E     Vo l.  7 ,   No .   6 Dec em b er   2 0 1 7   :   3 0 7 6     3 0 8 7   3084   m ag n it u d i s   in cr ea s e   f r o m   1 5 6 . 2 5 m to   6 . 7 5 w h ic h   co n s id er ed   s ig n i f ica n e n o u g h   f o r   f u r th er   an a l y s is   a s   in   Fi g u r 1 3 ( b ) .   T h am p lif ie d   s ig n al  co n s is t s   o f   in f o r m at i o n   s ig n al  an d   ca r r ier   s ig n a ( 3 0 0 k Hz)   w h ic h   is   ca lled   m o d u lated   s i g n al.   T h is   m o d u lated   s i g n al  w ill  p as s   t h r o u g h   p ea k   d etec to r   cir cu i th at  w i ll  eli m i n ate   th ca r r ier   s i g n a w h ich   d etec ts   t h u n m o d u lated   s ig n al.   T h is   u n m o d u lated   s i g n al  i s   o n l y   co n s i s ts   o f   in f o r m atio n   s i g n al  a f ter   p ass i n g   th r o u g h   th e n v elo p d etec to r   cir cu itr y .   Fro m   P ea k   Dete cto r   cir cu it  b ased   o n   Fig u r 1 4 ( a) ,   th d io d e ,   D1   is   to   elim in ate  t h n e g ati v s id o f   th a m p l if ied   s ig n al  f r o m   Fi g u r 1 4 ( b )   an d   th co m b i n atio n   o f   C 4   p ar allel  w it h   R 1 3   is   to   eli m i n ate  ca r r ier   s ig n al.           ( a)                                         ( b )     Fig u r 13 Seco n d   am p li f icat i o n   s tag ( a)   I n v er tin g   Am p li f i er   cir cu it ,   ( b )   Am p li f ied   s i g n a l                                                ( a)                                                 ( b )     Fig u r 14 I n f o r m atio n   d etec ti n g   s tag ( a)   P ea k   Dete cto r   cir cu it ,   ( b )   I n f o r m atio n   s i g n a l                           ( a)                                    ( b )     Fig u r 15 Sa m p lin g   s ta g ( a)   Sa m p le  &   Ho ld   cir cu it ,   ( b )   Sam p lin g   s ig n al       I n   o r d er   f o r   th in f o r m a tio n   s i g n al  to   b s en to   P C   f o r   f u r th er   an al y s i s ,   th d esire d   s ig n al  s h o u ld   b id en ti f ied   b ef o r b ein g   tr an s f e r r ed .   B ased   f r o m   Fi g u r 1 5 ( a) ,   in   o r d er   th s a m p le  an d   h o ld   th ac cu r ate  s i g n al ,   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       Dev elo p men t o f No n - I n va s ive  Ultr a s o n ic  Mea s u r in g   S ystem  fo r   Mo n ito r in g   ….   ( Mo h d   F a d z li A b d   S h a i b )   3085   an o th er   p u ls n ee d   to   b in j ec ted   to   p in   8   o f   m o n o lith ic  s am p le  an d   h o ld   cir cu it.  Hen ce ,   th h i g h e s p ea k   o f   th m a g n itu d o f   t h e   ch o s e n   s ig n al   w ill   b s a m p led   a n d   h o ld   t h e   s a m s tate  b e f o r b ein g   f ed   to   m icr o co n tr o ller   d s P I C 3 0 F6 0 1 0 A .   As  a   r es u lt,  t h s a m p lin g   s ig n al   is   o b tain ed   as   i n   Fig u r e   1 5 ( b ) .   T h o u tp u t   s ig n al s   o f   t h s a m p le   an d   h o ld   cir cu it   is   5 w h ic h   i s   t h e n   tr a n s f er r ed   to   P C   th r o u g h   An alo g   to   Di g ita C o n v er ter   p o r t.  T h is   v al u is   o b tain ed   w h en   t h er is   n o   b u b b le  o r   m ater ial  b lo ck a g b et w ee n   th p at h s   b et w ee n   t w o   u ltra s o n ic  tr an s c eiv er s   th at   is   m o u n ted   o n   th e   w all   o f   th e   co m p o s ite   p ip e.   W h en e v er ,   th er e   is   a   b lo ck ag b et w ee n   it,  t h m ag n itu d o f   t h u ltra s o n ic  tr an s ce i v er   w ill b r ed u ce d .       5.   DE S I G NIN G   T RANSM I T T E AND  S I G NA L   CO NDI T I O NIN G   CI RCUI T     B ased   o n   th e   p r ev io u s   s ec t io n ,   t h s i g n al  o f   t h u ltra s o n ic   tr an s ce i v er   i s   b ein g   o b s er v e d   w h en   t h co m p o s i te  p ip f u ll  w i th   w ate r   w ith o u a n y   i m p u r ities   s u ch   as  b u b b le,   s a n d   o r   o t h er   p ar ti cl e.   I n   th i s   s ec tio n ,   th i m p u r ities   ar in tr o d u ce d   an d   b ein g   p lace d   at  th m id d l d iam eter   o f   t h p ip elin an d   th m ag n it u d is   o b s er v ed .   Fo r   s im p licit y ,   in s i d th co m p o s ite  p ip w h ich   i s   f u ll  w ith   w ater ,   in   t h m id d l o f   th d ia m eter   o f   th co m p o s ite  p ip e ,   th e   c y lin d er   m ad f r o m   h o llo w   t h i n   ac r y lic  i s   b ei n g   p lace d .   Fo r   s i m p l icit y ,   t h h o llo w   o f   ac r y lic  c y li n d er   p ip is   p lace d   at  th m id d le  o f   th ce n tr o f   th ac r y lic  p ip e.   T h is   h o llo p ip is   f illed   w it h   s an d   as  i n   Fi g u r 1 6 .   I is   ass u m ed   f u ll  s a n d   f lo w   o cc u r r ed   in   th m id d le  o f   t h p ip elin e.   Dif f er en ce   s ize  i n   ter m   o f   d ia m e ter   o f   s a n d   f lo w   in   b u l k   is   co n s id er ed .             Fig u r 16 L o ca tio n   o f   t h o b s tacle   in s id th co m p o s ite  p ip elin e       Sev er al  d ia m eter s   o f   h o llo w   p ip w i th   d i f f er en t   d ia m eter   f il l   w ith   f u ll   o f   s an d   h as   b ee n   te s ted .   T h er e   ar t w o   t y p e s   o f   s a n d   h as   b ee n   test ed ,   w h ic h   ar e   d r y   a n d   w et   s an d .   Fro m   t h v o lta g d is tr ib u tio n   b et w ee n   t w o   t y p es  o f   s a n d   a s   i n   F ig u r 1 7 ,   as  t h d ia m eter   o f   th e   s a n d   i n   b u lk   is   in cr ea s ed ,   t h m a g n itu d o f   t h v o ltag e   i d ec r ea s ed   f o r   b o th   t y p e s   o f   s an d .   Ho w ev er ,   i n   co m p ar i s o n   o f   v o ltag e   b et w ee n   d r y   a n d   w et   s a n d ,   w et  s en d   co n tr ib u tes   h i g h er   v o lta g r ea d in g   in   co m p ar is o n   w it h   d r y   s an d .   T h is   i s   d u e   to   lo o f   a ir   v o id   b et w ee n   th e   s an d   p ar ticles  f o r   th d r y   s a n d s ,   w h ic h   h i n d er   t h u l tr aso n i s ig n al  i n   r ea ch in g   t h r ec eiv er   o f   th u ltra s o n ic   tr an s d u ce r .   Ho w e v er ,   f o r   w et   s a n d ,   th e   air   v o id   h a s   r ed u c ed ,   h en ce   t h h ig h er   a m o u n t   o f   u ltra s o n ic  s ig n al   co u ld   r ea ch   th r ec ei v er .   T h v o ltag r ea d in g   i s   d r o p p e d   to   ze r o   w h e n   th d ia m et er   o f   b u l k   o f   s a n d   m o r th a n   2 2 m m   i n d icate s   t h u ltra s o n ic  s ig n al  is   f u ll y   b lo ck ed   b y   th i m p u r itie s .           Fig u r 17 Vo ltag d is tr ib u tio n   o f   Ultr aso n ic  s i g n al  f o r   d if f e r en t g r o u p   o f   s a n d   in   b u lk   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.