使用超声波确定材料样品的组成微粒的平均机械性能制造技术

本发明专利技术根据由源（２２）经样品传播到接收器（２４）的声音的测得的速度来确定样品（１４）的组成微粒的平均强度或杨氏模量。其它样品数据，例如孔隙率、泊松率和施加于样品的压力，也用于所述确定。不过，不需要相关于单独微粒尺寸的数据。所述方法提供一种对于诸如铁矿石球、氧化铝粉末、二氧化硅粉和煤灰的材料的平均强度的无损检测。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及使用超声波确定材料样品的组成微粒的平均机械性能所用 的系统和方法。
技术介绍
在许多工业中，希望确定材料样品的组成微粒的性能。这样的材料包括粉末和诸如颗粒、丸粒和压块(briquette)的聚集体。 一种令人感兴趣的性 能是材料样品的组成微粒的强度。举例而言，特定工业生产了作为最终产品或中间产品的聚集体，而聚集 产品的强度对于产品的可销售性而言是重要的，因为如果产品碎裂会使聚集 操作的目的失败。在铁矿石工业中，九粒形式的聚集体通过受控压碎而单独 进行强度检测。不过，这种技术较为耗时，因为需要在丸粒上以丸粒为基础 进行该过程。而且，该技术具有破坏性，因为丸粒通常在该过程中被破坏。 所希望的是，使用无损技术来快速确定批量丸粒的强度。另一令人感兴趣的性能是粉末的粉尘化特性，该特性直接涉及组成粉末 的微粒的强度。微粒强度不足导致粉尘化，这会影响生产线处理，因为受到 阻塞的机器将导致车间的临时停工。在氧化铝工业中，氧化铝粉末通过结晶和煅烧过程进行生产。为了检测 组成煅烧粉末的微粒的强度，煅烧粉末样品通常要进行磨损检测。这种检测 包括机械振动样品，并进行连续检测以确定单独微粒在尺寸上的变化。由此 能够计算强度。测量单独微粒也会较为耗时。而且，在煅烧产品上进行检测。 所希望的是，能够在煅烧之前批量地确定材料微粒的平均性能。在诸如食品生产和洗衣清洁剂粉末制造之类的许多非矿业工业中也会生产聚集体。因此，种类广阔的产品被生产为聚集体，对此所希望的是，可 确定材料性能。
技术实现思路
根据本专利技术的第 一方面，提供一种用于确定材料样品的组成微粒的平均性能的方法，该方法包括使声波传播通过所述样品； 接收表示传播通过所述样品的声波的声音信号； 提供关于与所述样品相关的所选标准的基准数据；和 处理所接收的信号，并使用所述基准数据且独立于组成所述样品的微粒的微粒尺寸来确定组成所述样品的微粒的预定平均性能。所述材料可以为粉末。该材料可为聚集体，例如但不限于颗粒、丸粒或压块。优选地，所述方法包括基于所测得的声速而独立于微粒尺寸来确定微粒 强度。更具体地，所述方法可包括计算微粒的杨氏模量，并且由该计算结果 确定微粒强度。所述微粒的杨氏模量通过由球的随机堆积方式所导出的公式而获得<formula>formula see original document page 7</formula>其中V是注入材料样品的声波的声速，Vb是已经传播通过材料样品的声波的声速，K是每个球的接触的平均数，对于随机堆积而言K为8.84,"是空隙分数，i/是材料样品中的单独微粒的泊松率， P是所施加的压力，和 E是杨氏模量。由该 ^式首先应该注意的是，声速正比于所施加压力的0.167次幂。优选地，所述方法包括将压力施加到所述样品以利于声音传播。施加到 所述样品的压力可为所述样品的微粒的杨氏模量的10"量级。所述方法可以 进一 步包括测量施加于所述样品的压力。所述方法可进一 步包括测量所述材料样品的堆积密度。所述方法可进 一 步包.括选择用于传播通过所述样品的声波的频率，其中所述频率在无损超声频率的范围中选择。所述方法可进一步包括从10kHz-1 MHz的范围内选择频率。所述方法可进一步包括选择用于传播通过所述样品的声波的频率，其中 对应于所选频率的波长相对于组成所述样品的微粒的平均直径具有预定的 比率，从而将散射损耗基本上最小化。可以认识到的是，组成样品的微粒的 平均直径的确定仅仅只需要进行粗略测量。这种测量为 一种一次性(one off) 测量，而不需要在同一材料上进行重复测量。所述声波的波长优选为至少 IO倍于所述微粒的平均直径，更优选为至少20倍于所述微粒的平均直径， 进一步优选为至少25倍于所述微粒的平均直径。在一个实施例中，所述方法可包括移动用于检测的材料样品。在该实施 例中，所述方法可包括将样品放置在容器中，将压力施加于容器中的样品至 必要程度来加压样品以利于使声音传播通过样品。在该实施例中，所选标准 可为施加于制品的压力和样品的堆积密度。根据容器容积和样品质量，确定 样品堆积密度这 一 过程是简单的。根据本专利技术的第二方面，提供一种用于确定材料样品的组成微粒的平均 性能的系统，该系统包括发声单元，用于产生将被传播通过所述样品的预定频率的声波； 接收器，用于接收表示传播通过所述样品的声波的信号； 基准单元，用于提供关于与所述样品相关的所选标准的基准数据；和 信号处理单元，用于处理所接收的信号，并且使用来自所述基准单元的 数据且独立于组成所述样品的微粒的微粒尺寸来确定组成所述样品的微粒 的平均性能。 将被传播通过所述样品的声波可被选择而使得其波长相对于组成所述 样品的微粒的平均直径具有预定比率，以避免散射损耗。优选地，所述声波的波长至少IO倍于所述微粒的平均直径，更优选地为至少20倍于所述微粒 的平均直径，进一步优选地为至少25倍于所述微粒的平均直径。将被传播通过所述样品的声波可被选择具有处于无损超声频率的范围 内的频率。将被传播通过所述样品的声波可被选择而具有在10kHz-lMHz 范围内的频率。传播通过所述样品的声波可为横波也可为纵波。所述发声单元可包括将声波传播通过所述样品的变换器和以所述预定 频率驱动所述变换器的声音发生器。所述声音变换器可为脉冲发生器。在一个实施例中，所述接收器可包括分开的变换器。在可选实施例中， 将声波传播通过样品的变换器可用作接收器。在这样的实施例中，所述系统 可进一步包括反射表面，其被布置以将传播通过所述样品的声波反射回所述 变换器。可以理解的是，本专利技术不限于所述变换器的上述布置，因为这将取决于 变换器的数量和所产生的声波的类型。与所述样品相关的所选标准可包括组成所述材料样品的堆积密度、比重 和泊松率。所述信号处理单元可包括分析器，以分析所接收的信号来确定所述样品 的所需性能。所述分析器可包括基准单元或与基准单元通讯。待确定的平均性能可包括组成样品的微粒的硬度或强度。微粒的强度或 硬度可用来确定其它物理性能，例如粉尘化特性。信号处理单元可包括用于显示所传播声波的示波器。信号发生单元可以 同时触发示波器迹线和脉沖发生器。所述系统可进一步包括压力装置以施压于样品，以利于使声波传播通过 材料样品。所述压力装置可包括可调节压力盘之类。A述系统可进一步包括压力传感器，其与基准单元通讯以传感施加到 样品的压力。所述系统的实施例可以提供用于现场确定材料样品的组成微粒的平均 性能。举例而言，从诸如丸粒流的聚集体连续流中采样的材料可与之后返回 所述流中的材料一起进行检测。在本专利技术的该实施例中，基准单元可以使用 堆积密度测量装置来确定样品的堆积密度。堆积密度测量装置可以包括伽玛 射线密度测量仪，等。为获得与对样品施压相关的数据，样品可从连续流被 传送到料斗之类，而在料斗上的材料的柱的质量产生所需要的压力。料斗可在其底板上设有压力单元或传感器。所述样品一旦被检测就可以 从料斗排放并反馈回到所述流中。根据本专利技术，提供一种系统，使用该系统能够通过无损技术相对快速地 确定批量材料的平均性能。所述系统便于测量通过材料样品的声波，并能够 精确测量超声波速度，即使对于非球形程度处于通常标准偏差之内的非球形 微粒本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于确定材料样品的组成微粒的平均性能的系统，该系统包括：　　　　发声单元，用于产生将被传播通过所述样品的预定频率的声波；　　　　接收器，用于接收表示传播通过所述样品的声波的信号；　　　　基准单元，用于提供关于与所述样品相关的所选标准的基准数据；和　　　　信号处理单元，用于处理所接收的信号，并且使用来自所述基准单元的数据且独立于组成所述样品的微粒的微粒尺寸来确定组成所述样品的微粒的平均性能。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：彼得科格希尔，
申请(专利权)人：联邦科学与产业研究组织，
类型：发明
国别省市：AU[澳大利亚]