專利名稱：：使用超聲波確定材料樣品的組成微粒的平均機(jī)械性能的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及使用超聲波確定材料樣品的組成微粒的平均機(jī)械性能所用的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
：在許多工業(yè)中，希望確定材料樣品的組成微粒的性能。這樣的材料包括粉末和諸如顆粒、丸粒和壓塊(briquette)的聚集體。一種令人感興趣的性能是材料樣品的組成微粒的強(qiáng)度。舉例而言，特定工業(yè)生產(chǎn)了作為最終產(chǎn)品或中間產(chǎn)品的聚集體，而聚集產(chǎn)品的強(qiáng)度對于產(chǎn)品的可銷售性而言是重要的，因?yàn)槿绻a(chǎn)品碎裂會(huì)使聚集操作的目的失敗。在鐵礦石工業(yè)中，九粒形式的聚集體通過受控壓碎而單獨(dú)進(jìn)行強(qiáng)度檢測。不過，這種技術(shù)較為耗時(shí)，因?yàn)樾枰谕枇Ｉ弦酝枇榛A(chǔ)進(jìn)行該過程。而且，該技術(shù)具有破壞性，因?yàn)橥枇ＭǔＴ谠撨^程中被破壞。所希望的是，使用無損技術(shù)來快速確定批量丸粒的強(qiáng)度。另一令人感興趣的性能是粉末的粉塵化特性，該特性直接涉及組成粉末的微粒的強(qiáng)度。微粒強(qiáng)度不足導(dǎo)致粉塵化，這會(huì)影響生產(chǎn)線處理，因?yàn)槭艿阶枞臋C(jī)器將導(dǎo)致車間的臨時(shí)停工。在氧化鋁工業(yè)中，氧化鋁粉末通過結(jié)晶和煅燒過程進(jìn)行生產(chǎn)。為了檢測組成煅燒粉末的微粒的強(qiáng)度，煅燒粉末樣品通常要進(jìn)行磨損檢測。這種檢測包括機(jī)械振動(dòng)樣品，并進(jìn)行連續(xù)檢測以確定單獨(dú)微粒在尺寸上的變化。由此能夠計(jì)算強(qiáng)度。測量單獨(dú)微粒也會(huì)較為耗時(shí)。而且，在煅燒產(chǎn)品上進(jìn)行檢測。所希望的是，能夠在煅燒之前批量地確定材料微粒的平均性能。在諸如食品生產(chǎn)和洗衣清潔劑粉末制造之類的許多非礦業(yè)工業(yè)中也會(huì)生產(chǎn)聚集體。因此，種類廣闊的產(chǎn)品被生產(chǎn)為聚集體，對此所希望的是，可確定材料性能。
發(fā)明內(nèi)容根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種用于確定材料樣品的組成微粒的平均性能的方法，該方法包括使聲波傳播通過所述樣品；接收表示傳播通過所述樣品的聲波的聲音信號；提供關(guān)于與所述樣品相關(guān)的所選標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)；和處理所接收的信號，并使用所述基準(zhǔn)數(shù)據(jù)且獨(dú)立于組成所述樣品的微粒的微粒尺寸來確定組成所述樣品的微粒的預(yù)定平均性能。所述材料可以為粉末。該材料可為聚集體，例如但不限于顆粒、丸粒或壓塊。優(yōu)選地，所述方法包括基于所測得的聲速而獨(dú)立于微粒尺寸來確定微粒強(qiáng)度。更具體地，所述方法可包括計(jì)算微粒的楊氏模量，并且由該計(jì)算結(jié)果確定微粒強(qiáng)度。所述微粒的楊氏模量通過由球的隨機(jī)堆積方式所導(dǎo)出的公式而獲得<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>其中V是注入材料樣品的聲波的聲速，Vb是已經(jīng)傳播通過材料樣品的聲波的聲速，K是每個(gè)球的接觸的平均數(shù)，對于隨機(jī)堆積而言K為8.84,"是空隙分?jǐn)?shù)，i/是材料樣品中的單獨(dú)微粒的泊松率，P是所施加的壓力，和E是楊氏模量。由該^式首先應(yīng)該注意的是，聲速正比于所施加壓力的0.167次冪。優(yōu)選地，所述方法包括將壓力施加到所述樣品以利于聲音傳播。施加到所述樣品的壓力可為所述樣品的微粒的楊氏模量的10"量級。所述方法可以進(jìn)一步包括測量施加于所述樣品的壓力。所述方法可進(jìn)一步包括測量所述材料樣品的堆積密度。所述方法可進(jìn)一步包.括選擇用于傳播通過所述樣品的聲波的頻率，其中所述頻率在無損超聲頻率的范圍中選擇。所述方法可進(jìn)一步包括從10kHz-1MHz的范圍內(nèi)選擇頻率。所述方法可進(jìn)一步包括選擇用于傳播通過所述樣品的聲波的頻率，其中對應(yīng)于所選頻率的波長相對于組成所述樣品的微粒的平均直徑具有預(yù)定的比率，從而將散射損耗基本上最小化?？梢哉J(rèn)識到的是，組成樣品的微粒的平均直徑的確定僅僅只需要進(jìn)行粗略測量。這種測量為一種一次性(oneoff)測量，而不需要在同一材料上進(jìn)行重復(fù)測量。所述聲波的波長優(yōu)選為至少IO倍于所述微粒的平均直徑，更優(yōu)選為至少20倍于所述微粒的平均直徑，進(jìn)一步優(yōu)選為至少25倍于所述微粒的平均直徑。在一個(gè)實(shí)施例中，所述方法可包括移動(dòng)用于檢測的材料樣品。在該實(shí)施例中，所述方法可包括將樣品放置在容器中，將壓力施加于容器中的樣品至必要程度來加壓樣品以利于使聲音傳播通過樣品。在該實(shí)施例中，所選標(biāo)準(zhǔn)可為施加于制品的壓力和樣品的堆積密度。根據(jù)容器容積和樣品質(zhì)量，確定樣品堆積密度這一過程是簡單的。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種用于確定材料樣品的組成微粒的平均性能的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括發(fā)聲單元，用于產(chǎn)生將被傳播通過所述樣品的預(yù)定頻率的聲波；接收器，用于接收表示傳播通過所述樣品的聲波的信號；基準(zhǔn)單元，用于提供關(guān)于與所述樣品相關(guān)的所選標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)；和信號處理單元，用于處理所接收的信號，并且使用來自所述基準(zhǔn)單元的數(shù)據(jù)且獨(dú)立于組成所述樣品的微粒的微粒尺寸來確定組成所述樣品的微粒的平均性能。將被傳播通過所述樣品的聲波可被選擇而使得其波長相對于組成所述樣品的微粒的平均直徑具有預(yù)定比率，以避免散射損耗。優(yōu)選地，所述聲波的波長至少IO倍于所述微粒的平均直徑，更優(yōu)選地為至少20倍于所述微粒的平均直徑，進(jìn)一步優(yōu)選地為至少25倍于所述微粒的平均直徑。將被傳播通過所述樣品的聲波可被選擇具有處于無損超聲頻率的范圍內(nèi)的頻率。將被傳播通過所述樣品的聲波可被選擇而具有在10kHz-lMHz范圍內(nèi)的頻率。傳播通過所述樣品的聲波可為橫波也可為縱波。所述發(fā)聲單元可包括將聲波傳播通過所述樣品的變換器和以所述預(yù)定頻率驅(qū)動(dòng)所述變換器的聲音發(fā)生器。所述聲音變換器可為脈沖發(fā)生器。在一個(gè)實(shí)施例中，所述接收器可包括分開的變換器。在可選實(shí)施例中，將聲波傳播通過樣品的變換器可用作接收器。在這樣的實(shí)施例中，所述系統(tǒng)可進(jìn)一步包括反射表面，其被布置以將傳播通過所述樣品的聲波反射回所述變換器?？梢岳斫獾氖?，本發(fā)明不限于所述變換器的上述布置，因?yàn)檫@將取決于變換器的數(shù)量和所產(chǎn)生的聲波的類型。與所述樣品相關(guān)的所選標(biāo)準(zhǔn)可包括組成所述材料樣品的堆積密度、比重和泊松率。所述信號處理單元可包括分析器，以分析所接收的信號來確定所述樣品的所需性能。所述分析器可包括基準(zhǔn)單元或與基準(zhǔn)單元通訊。待確定的平均性能可包括組成樣品的微粒的硬度或強(qiáng)度。微粒的強(qiáng)度或硬度可用來確定其它物理性能，例如粉塵化特性。信號處理單元可包括用于顯示所傳播聲波的示波器。信號發(fā)生單元可以同時(shí)觸發(fā)示波器跡線和脈沖發(fā)生器。所述系統(tǒng)可進(jìn)一步包括壓力裝置以施壓于樣品，以利于使聲波傳播通過材料樣品。所述壓力裝置可包括可調(diào)節(jié)壓力盤之類。A述系統(tǒng)可進(jìn)一步包括壓力傳感器，其與基準(zhǔn)單元通訊以傳感施加到樣品的壓力。所述系統(tǒng)的實(shí)施例可以提供用于現(xiàn)場確定材料樣品的組成微粒的平均性能。舉例而言，從諸如丸粒流的聚集體連續(xù)流中采樣的材料可與之后返回所述流中的材料一起進(jìn)行檢測。在本發(fā)明的該實(shí)施例中，基準(zhǔn)單元可以使用堆積密度測量裝置來確定樣品的堆積密度。堆積密度測量裝置可以包括伽瑪射線密度測量儀，等。為獲得與對樣品施壓相關(guān)的數(shù)據(jù)，樣品可從連續(xù)流被傳送到料斗之類，而在料斗上的材料的柱的質(zhì)量產(chǎn)生所需要的壓力。料斗可在其底板上設(shè)有壓力單元或傳感器。所述樣品一旦被檢測就可以從料斗排放并反饋回到所述流中。根據(jù)本發(fā)明，提供一種系統(tǒng)，使用該系統(tǒng)能夠通過無損技術(shù)相對快速地確定批量材料的平均性能。所述系統(tǒng)便于測量通過材料樣品的聲波，并能夠精確測量超聲波速度，即使對于非球形程度處于通常標(biāo)準(zhǔn)偏差之內(nèi)的非球形微粒亦是如此，該系統(tǒng)能夠計(jì)算微粒的楊氏模量，并因此能夠計(jì)算材料樣品中的微粒的硬度或強(qiáng)度。而且，該系統(tǒng)的在線運(yùn)行使得系統(tǒng)操作員能夠相對快速地接收信息，從而能夠進(jìn)行改變以確保材料質(zhì)量符合所需標(biāo)準(zhǔn)。圖1示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于確定材料樣品的組成微粒的平均性能的系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)構(gòu)建的示意性結(jié)構(gòu)圖；圖2示出了用于圖1的系統(tǒng)中的玻璃沖擊介質(zhì)的超聲波速度相對于壓力的圖線；圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的臺上式系統(tǒng)的示意性結(jié)構(gòu)圖；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的現(xiàn)場系統(tǒng)的示意性結(jié)構(gòu)圖；圖5示出了通過如圖l所示的裝置獲得的煅燒和非煅燒氧化鋁的破損率與通過傳統(tǒng)裝置獲得的煅燒和非煅燒氧化鋁的破損率之間的關(guān)系的圖線；和圖6示出了通過如圖l所示的裝置獲得的非煅燒氧化鋁的破損率與通過傳統(tǒng)裝置獲得的煅燒氧化鋁的破損率之間的關(guān)系的圖線。具體實(shí)施方式在附圖的圖1中，附圖標(biāo)記IO概括性地指代系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)構(gòu)建，其根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，用于確定材料樣品的組成微粒的平均性能。系統(tǒng)10包括容納待檢測材料樣品14的容器12。采用重物形式的壓力裝置16通過隔離物18施加到材料樣品14的頂表面。所述系統(tǒng)包括形式為脈沖發(fā)生器的發(fā)聲單元20以及源變換器22。脈沖發(fā)生器20產(chǎn)生預(yù)定頻率和幅度的信號，并激勵(lì)源變換器22將該信號轉(zhuǎn)換為適合頻率的聲波，用于傳播通過材料樣品14。所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括形式為變換器的接收器24，其監(jiān)控已穿過材料樣品14的聲波的到達(dá)，并進(jìn)行響應(yīng)而產(chǎn)生信號。壓力傳感器(未示出)被設(shè)置以傳感施加到材料樣品14的壓力。系統(tǒng)10進(jìn)一步包括信號處理單元26，其用于處理接收到的由變換器24產(chǎn)生的聲音信號。信號處理單元26包括放大和過濾信號的電路(未示出)，并進(jìn)一步包括用于顯示由脈沖發(fā)生器20所產(chǎn)生信號的示波器29。系統(tǒng)10包括基準(zhǔn)單元28,其提供與材料樣品14相關(guān)聯(lián)的所選標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)基準(zhǔn)數(shù)據(jù)。在附圖的圖1中所示的本發(fā)明實(shí)施例中，基準(zhǔn)數(shù)據(jù)28包括從壓力傳感器輸出的數(shù)據(jù)、比重、組成材料樣品14的微粒的泊松率，以及根據(jù)材料樣品14的已知體積和材料樣品14的質(zhì)量所計(jì)算出的材料樣品14的堆積密度(bulkdensity)。在確定組成材料樣品14的微粒的強(qiáng)度的過程中，具有速度V并注入到材料樣品14的聲波被削弱。穿過材料樣品14的聲波速度取決于兩個(gè)因素材料樣品14的密度P和組成材料樣品14的微粒的彈性模量E(被稱為楊氏模量)。楊氏模量提供了組成樣品材料14的微粒的"強(qiáng)度"或"彈性"的指示，不過，當(dāng)材料樣品14由成組松散微粒組成時(shí)，這一參數(shù)難以測量和解釋。根據(jù)球間的接觸可以理解粒狀固體中聲音傳播的許多物理過程。在松散的聚集體中，基本上不存在通過微粒的聲波傳播，這是因?yàn)槲⒘＿M(jìn)行小位移不存在阻力。需要施加壓力而在組成材料樣品14的微粒之間形成固體接觸，以利于進(jìn)行聲音傳播。在期刊AppliedMechanics的1981年12月第48巻第803-808頁中的文章"多孔粒巖的有效彈性模量(TheEffectiveModuliofPorousGranulaRocks)"中可以獲悉在微粒隨機(jī)堆積時(shí)在粒狀固體中聲音傳播的物理過程，該文章的公開內(nèi)容通過引用并入此文。這樣，可以得出聲速作為楊氏模量的函數(shù)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage12</formula>其中V是注入材料樣品14的聲波的聲速，Vb是傳播通過材料樣品14的聲波的聲速，K是每個(gè)球的接觸的平均數(shù)，對于隨機(jī)堆積而言K為8.84,是空隙分?jǐn)?shù)(孔隙率)，v是材料樣品14中的單獨(dú)微粒的泊松率，P是所施加的壓力，和E是組成材料樣品14的微粒的楊氏模量。首先由這一公式應(yīng)注意的是，聲速正比于重物16所施加壓力的0.167次冪。在導(dǎo)出上述公式的過程中，假設(shè)微粒間的粘合力為零。而且還進(jìn)行如下理論性假設(shè)，即，傳輸通過材料樣品14的聲波的波長明顯大于微粒的平均尺寸。在散射變?yōu)橹匾?yīng)之前，即在微粒尺寸變得與聲波波長相當(dāng)之前，微粒尺寸對于損耗而言應(yīng)該并不重要。在球形材料的情況中，在波長相對于微粒直徑的比率大約為10或更低時(shí)產(chǎn)生高損耗。因此，對于任何應(yīng)用而言，波長相對于微粒平均直徑的比率應(yīng)該至少為20,優(yōu)選為25的量級?；氐缴鲜龉?，進(jìn)行以下說明，為計(jì)算楊氏模量并進(jìn)而計(jì)算微粒的平均強(qiáng)度，有必要獲知材料樣品14的堆積密度、組成材料樣品14的微粒的比重和泊松率。應(yīng)該注意的是，聲速在實(shí)質(zhì)上不取決于微粒尺寸。測量傳播通過材料樣品14的聲波的聲速，同時(shí)也測量施加到樣品的壓力，能夠確定楊氏模量。信號處理單元26可包含適合的電子器件，以應(yīng)對傳播損耗。在測量聲信號時(shí)產(chǎn)生的傳播損耗有兩個(gè)來源，第一來源是在傳播過程中材料樣品14使聲波減幅時(shí)的固有衰減。第二來源的產(chǎn)生是由于在材料樣品14與變換器22、24之間難以傳播聲波而導(dǎo)致的插入損耗。在一些實(shí)施例中，連接凝膠可加入到材料樣品中以使有效連接區(qū)域最大化。這種測量確保了單獨(dú)微粒的表面粗糙度并不導(dǎo)致聲音傳播不良。在^f全測系統(tǒng)10的過程中，^皮;險(xiǎn)測的材灃牛在理-論上為AH、AE、AD和AC級別的玻璃沖擊介質(zhì)。這些材料具有相對較窄的^1粒尺寸分布，其平均微粒直徑分別為50、106、157和165樣i米。還4吏用了100G二氧化硅粉，其與玻璃沖擊介質(zhì)為基本相同的材料但具有大約20微米直徑的較寬的尺寸分布，且具有極端的盤狀非球形形狀。作為工業(yè)材料的實(shí)例，鐵礦石和煤粉的微粒尺寸為大約50微米的平均直徑，這類粉末也是非球形且形狀大致為立方形。變換器22、24的直徑大約為25mm。形成柱狀的材料樣本具有的直徑大約為70mm。每個(gè)材料樣本重約130克，并且高達(dá)數(shù)百毫米的量級。采用不同的重物16來調(diào)節(jié)施加于材料樣品14的壓力。在附圖的圖2中，示出了聲波速度的對數(shù)相對于AH級玻璃沖擊介質(zhì)的材料樣品14的壓力對數(shù)的圖線。通過對與由脈沖發(fā)生器20所產(chǎn)生的超聲脈沖相關(guān)的觸發(fā)器相對于信號處理單元26所接收波形的第一次零相交的延遲進(jìn)行計(jì)時(shí)，測量聲波速度。圖2中圖線的斜率在包含所有測量點(diǎn)的情況下為0.184,而在排除具有次低壓力的異常點(diǎn)的情況下為0.171。該值很接近預(yù)測值0.167。以下的表l示出了在最大壓力為88.8kPa的情況下針對玻璃沖擊介質(zhì)和其它材料的不同尺寸的測量速度和由上述公式得出的預(yù)測速度。由下表應(yīng)該注意的是，即使對于包含明顯非球形微粒的材料，測量速度的絕對值也令人驚訝地接近預(yù)測水平。對此的一個(gè)例外是二氧化硅粉，其為各微粒中最精細(xì)的并且為最極端的非球形微粒。在這種情況中對于誤差的最可能的解釋是，計(jì)算中所采用的不正確的材料性能和該微粒的極端非球形性質(zhì)。表l:聲速測量<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>應(yīng)該注意的是，對于材料樣品而言，施加壓力相對于楊氏模量的比率為10—6的量級。由于壓力如此之小，所以不太可能使組成材料樣品14的微粒出現(xiàn)永久變形或損壞，這樣應(yīng)該能夠?qū)崿F(xiàn)精確并可重復(fù)的測量。AH級的玻璃沖擊介質(zhì)的材料樣品14由于是提供最可靠測量值的材料，因而其用于研究插入損耗和固有損耗相對于壓力的關(guān)系。在固定壓力下針對一定范圍的樣品厚度來測量脈沖幅度。假設(shè)插入損耗和固有損耗對于給定的壓力而言恒定，則這些測量允許通過將總損耗外推至零底厚(bedthickness)來確定插入損耗。也可以通過對在不同底厚下的總損耗進(jìn)行斜率擬合來確定固有損耗。上述測量在一定壓力范圍內(nèi)重復(fù)進(jìn)行。對于AH級玻璃沖擊介質(zhì)的不同壓力而言，單位為dB的總損耗相對于底厚而言大致呈線性，從而允許對兩種損耗進(jìn)行可傳感的測量。如上所述，在散射變?yōu)橹匾?yīng)之前，即，當(dāng)微粒尺寸變得與超聲信號的波長相當(dāng)之前，微粒尺寸對于損耗而言并不重要。波長通過測得的速度與信號頻率的比率來確定。對于球形材料而言，看起來高損耗對應(yīng)著10或更小的比率，并且如上所述，對于任何應(yīng)用，波長相對于微粒直徑的比率應(yīng)在為25的量級。采用這樣的波長相對于微粒直徑的比率，可以對可用于工業(yè)環(huán)境中的其它材料的損耗進(jìn)行估計(jì)?，F(xiàn)在參照附圖中的圖3,圖示了用于確定材料樣品的平均性能的臺上式(benchtop)系統(tǒng)30。在這種應(yīng)用中，材料樣品32^皮成批移動(dòng)并且放置在容器34中。壓力單元36安裝在容器34的底板上，并且變換器38和40以相反關(guān)系設(shè)置在容器34的側(cè)壁。壓力通過可調(diào)節(jié)壓力板42而被施加于材料沖羊品32。在此執(zhí)行過程中，超聲聲音信號被產(chǎn)生并通過變換器38轉(zhuǎn)換為聲波，并傳播通過材料樣品。已經(jīng)通過材料樣品的聲波通過變換器40進(jìn)行測量，并被傳送到信號處理單元(在該附圖中未示出，但與附圖中的圖1的單元26基本相同)。因?yàn)槿萜?4的容積已知，所以根據(jù)由壓力單元36所獲得的測量值可確定堆積密度。采用上述公式，對于隨機(jī)堆積的材料樣品32而言，由通過材料樣品32的聲音信號的測量到的速度可確定材料樣品32的微粒強(qiáng)度。在附圖的圖4中，示出了現(xiàn)場系統(tǒng)50的主要部件。在本發(fā)明的該實(shí)施例中，液態(tài)材料樣品52從生產(chǎn)線傳送到料斗56的開口54中。料斗56具有排放開口58,用于將樣品排放到勻料器60上以返回到生產(chǎn)線。超聲變換器62和64以直徑相對的關(guān)系排布在料斗56的壁上。壓力單元66安裝在料斗56的底板上。因?yàn)檫@是一種流通應(yīng)用，所以需要通過諸如伽馬射線密度測量儀68的合適的堆積密度測量裝置來進(jìn)一步測量堆積密度。進(jìn)一步，在流通應(yīng)用的情況下，施加于壓力單元66的壓力通過在壓力單元66上方的材料質(zhì)量產(chǎn)生，并因而為料斗56深度的函數(shù)。因此，釆用本發(fā)明，所提供的系統(tǒng)10能夠通過無損技術(shù)相對較快速地確定構(gòu)成粉末和聚集體的微粒的性能。所述的系統(tǒng)易于測量通過材料樣品的聲波，能夠精確測量超聲速度，即使對于非球形度處于正常標(biāo)準(zhǔn)偏差中的非球形顆粒的情況也是如此，并且該系統(tǒng)能夠計(jì)算微粒的楊氏模量，并能夠由該楊氏模量計(jì)算材料樣品中的微粒的硬度或強(qiáng)度。而且，在線系統(tǒng)的運(yùn)行使系統(tǒng)操作員能夠相對較快地接收信息，從而可作出改變來確保材料質(zhì)量符合所需標(biāo)準(zhǔn)。可以理解的是，這些優(yōu)點(diǎn)中的一個(gè)或多個(gè)在諸如鐵礦石或氧化鋁工業(yè)的特定工業(yè)中極具優(yōu)勢。如鐵礦石工業(yè)中所知，精細(xì)粉末的壓塊被破壞性地檢測以評定壓塊的整體特性。通常，這僅在壓塊已經(jīng)被燒制之后發(fā)生，而且，如果形成強(qiáng)度不適合的壓塊，則生產(chǎn)線需要重新設(shè)置。有利的是，本發(fā)明可用于坯體壓塊或預(yù)燒壓塊上，從而能夠更快速地采取補(bǔ)救行動(dòng)。類似地，在氧化鋁工業(yè)的情況中，主要問題在于氧化鋁粉末的粉塵化。有益的是，能夠盡可能地減弱這種粉塵化，因?yàn)榉蹓m化可導(dǎo)致阻塞而會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重后果。而且，通過使用系統(tǒng)IO,可以實(shí)現(xiàn)氧化鋁粉末樣品的無損^"測。這樣，在氧化鋁粉末樣品不令人滿意的情況下仍然能夠更加采取補(bǔ)救行動(dòng)。使用上文中參照圖1所述的裝置針對粉塵化特性來測量煅燒氧化鋁和非煅燒氧化鋁的樣品。這些煅燒氧化鋁和非煅燒氧化鋁樣品也在分開的傳統(tǒng)機(jī)械振動(dòng)裝置中針對其粉塵化特性進(jìn)行測量。在傳統(tǒng)的振動(dòng)裝置中，在振動(dòng)間隔之前和之后來測量單獨(dú)微粒的尺寸。由微粒尺寸的測量結(jié)果來確定微粒強(qiáng)度并進(jìn)而確定破損率。使用參照圖1所述的裝置來測量機(jī)械破損率，并且將該機(jī)械破損率關(guān)聯(lián)到由測得的速度獲得的破損率。如圖5中所示，獲得了關(guān)聯(lián)良好的破損率。圖6圖示了非煅燒的破損率數(shù)據(jù)(采用根據(jù)本發(fā)明的裝置獲得)與煅燒的破損率數(shù)據(jù)(采用傳統(tǒng)設(shè)備獲得)的關(guān)系。而且，其圖示了RM).8的合理關(guān)系。這些結(jié)果證明了檢測氧化鋁粉末粉塵化特性的裝置的可行性。由于該檢測可對于遠(yuǎn)比煅燒氧化鋁更易于再循環(huán)的非煅燒氧化鋁進(jìn)行，因而導(dǎo)致在氧化鋁工業(yè)中的改進(jìn)。系統(tǒng)10的其他應(yīng)用還包括在粉末清潔劑工業(yè)中的應(yīng)用，其中也出現(xiàn)了產(chǎn)品強(qiáng)度的問題。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，在不偏離本發(fā)明的廣義上描述的精神或范圍的情況下，可以對如具體實(shí)施例所示的本發(fā)明進(jìn)行多種變動(dòng)和/或修改。因此，這些實(shí)施例在各方面均被認(rèn)為是示意性的而非限制性的。權(quán)利要求1、一種用于確定材料樣品的組成微粒的平均性能的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括發(fā)聲單元，用于產(chǎn)生將被傳播通過所述樣品的預(yù)定頻率的聲波；接收器，用于接收表示傳播通過所述樣品的聲波的信號；基準(zhǔn)單元，用于提供關(guān)于與所述樣品相關(guān)的所選標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)；和信號處理單元，用于處理所接收的信號，并且使用來自所述基準(zhǔn)單元的數(shù)據(jù)且獨(dú)立于組成所述樣品的微粒的微粒尺寸來確定組成所述樣品的微粒的平均性能。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中將被傳播通過所述樣品的聲波的波長被選擇為相對于組成所述樣品的微粒的平均直徑具有預(yù)定比率，從而將散射損耗基本最小化。3、根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述聲波的波長至少IO倍于所述微粒的平均直徑。4、根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中所述聲波的波長至少20倍于所述微粒的平均直徑。5、根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中所述聲波的波長至少25倍于所述微粒的平均直徑。6、根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中將被傳播通過所述樣品的聲波被選擇為具有處于無損超聲頻率范圍內(nèi)的頻率。7、根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中傳播通過所述樣品的聲波4皮選沖奪為具有在10kHz-lMHz范圍內(nèi)的頻率。8、根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中將被傳播通過所述樣品的聲波為橫波。9、根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中將被傳播通過所述樣品的聲波為縱波。10、根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中所述聲音發(fā)生單元包括使聲波傳播通過所述樣品的傳播變換器和以所述預(yù)定頻率驅(qū)動(dòng)所述變換器的聲音發(fā)生器。11、根據(jù)權(quán)利要求IO所述的系統(tǒng)，其中所述聲音發(fā)生器為脈沖發(fā)生器。12、根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的系統(tǒng)，其中所述接收器包括接收變換器。13、根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括將壓力施加于所述樣品以利于使聲波傳播通過所述材料樣品的裝置。14、根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括與所述基準(zhǔn)單元通訊以傳感施加于所述樣品的壓力的壓力傳感器。15、根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中與所述樣品相關(guān)的所選的標(biāo)準(zhǔn)包括組成所述材料樣品的微粒的堆積密度、比重和泊松率。16、根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中所述信號處理單元包括分析器，用于分析所接收的聲音信號以確定組成所述樣品的微粒的平均性能。17、根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中組成所述樣品的微粒的平均性能為組成所述樣品的微粒的平均強(qiáng)度。18、根據(jù)權(quán)利要求1-12和14-17中任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)為現(xiàn)場系統(tǒng)，用于現(xiàn)場測量材料樣品；所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括料斗以保持被傳送的待檢測材料樣品，所述基準(zhǔn)單元使用密度測量裝置來確定所述樣品的堆積密度。19、根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中所述密度測量裝置為伽馬射線密度測量儀。20、根據(jù)權(quán)利要求18或19所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括安裝在所述保持器的底板中的壓力傳感器。21、一種用于確定材料樣品的組成微粒的平均性能的方法，該方法包括使聲波傳播通過所述樣品；接收表示傳播通過所述樣品的聲波的聲音信號；提供關(guān)于與所述樣品相關(guān)的所選標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)；和處理所接收的信號，并使用所述基準(zhǔn)數(shù)據(jù)且獨(dú)立于組成所述樣品的微粒的微粒尺寸來確定組成所述樣品的微粒的預(yù)定平均性能。22、根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中處理所接收的聲音信號這一步驟包括獨(dú)立于微粒尺寸來測量傳播通過所述樣品的聲波的聲速。23、根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中所述方法進(jìn)一步包括基于所測得的聲速計(jì)算所述組成微粒的楊氏模量。24、根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中所述微粒的楊氏模量通過由球的隨機(jī)堆積方式所得到的公式而獲得<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>其中V是注入所述材料樣品的聲波的聲速，Vb是傳播通過所述材料樣品的聲波的聲速，K是每個(gè)球的接觸的平均數(shù)，a是空隙分?jǐn)?shù)，v是所述材料樣品中的單獨(dú)^t粒的泊松率，P是所施加的壓力，而E是楊氏模量。25、根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中確定組成所述樣品的微粒的平均性能這一步驟包括計(jì)算所述微粒的平均強(qiáng)度。26、根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，進(jìn)一步包括將壓力施加于所述樣品，以利于使聲音傳播通過所述樣品。27、根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中施加于所述樣品的所述壓力為所述樣品的微粒的楊氏模量的10-6量級。28、根據(jù)權(quán)利要求21-27中任一權(quán)利要求所述的方法，進(jìn)一步包括測量施加于所述樣品的壓力。29、根據(jù)權(quán)利要求21-28中任一權(quán)利要求所述的方法，進(jìn)一步包括測量所述材料樣品的堆積密度。30、根據(jù)權(quán)利要求21-29中任一權(quán)利要求所述的方法，進(jìn)一步包括選擇用于傳播通過所述樣品的聲波的頻率，其中對應(yīng)于所選頻率的波長相對于組成所述樣品的微粒的平均直徑具有預(yù)定比率，從而將散射損耗基本上最小化。31、根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其中所述聲波的波長至少IO倍于所述^[敬粒的平均直徑。32、根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其中所述聲波的波長至少20倍于所述^f斂粒的平均直徑。33、根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其中所述聲波的波長至少25倍于所述微粒的平均直徑。34、根據(jù)權(quán)利要求21-29中任一權(quán)利要求所述的方法，進(jìn)一步包括選擇用于傳播通過所述樣品的聲波的頻率，其中所述頻率被選擇處于在無損超聲頻率的范圍內(nèi)。35、根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，進(jìn)一步包括從10kHz-lMHz的范圍內(nèi)選擇頻率。全文摘要本發(fā)明根據(jù)由源(22)經(jīng)樣品傳播到接收器(24)的聲音的測得的速度來確定樣品(14)的組成微粒的平均強(qiáng)度或楊氏模量。其它樣品數(shù)據(jù)，例如孔隙率、泊松率和施加于樣品的壓力，也用于所述確定。不過，不需要相關(guān)于單獨(dú)微粒尺寸的數(shù)據(jù)。所述方法提供一種對于諸如鐵礦石球、氧化鋁粉末、二氧化硅粉和煤灰的材料的平均強(qiáng)度的無損檢測。文檔編號G01N29/07GK101147058SQ200680009218公開日2008年3月19日申請日期2006年3月21日優(yōu)先權(quán)日2005年3月22日發(fā)明者彼得·科格希爾申請人:聯(lián)邦科學(xué)與產(chǎn)業(yè)研究組織