本发明涉及粉末材料声速测量技术领域，具体涉及一种粉末材料声速测量方法。
背景技术
常规粉末材料声速测量主要采用的是飞行时间法，对于松散的粉末材料，其声速低，衰减大，透射信号难以获得，必须对粉末材料施加一定压力，但声速与外界压力存在1/4-1/6幂指数关系，使实测声速偏离粉末材料真实声速。
技术实现要素：
为了实现粉末材料声速测量，本申请提供一种粉末材料声速测量方法，包括步骤：
在传声介质与待测粉末材料不接触的状态下，使声源与传声介质耦合，控制所述声源向传声介质发射预定频率、幅度和波形的声波信号，并接收所述声波信号经传声介质与空气界面反射后回波到达声源的回波幅值，所述回波幅值为pa；
在传声介质与待测粉末材料接触的状态下，使声源与传声介质耦合，控制所述声源向传声介质发射所述声波信号，并接收所述声波信号经传声介质与粉末界面反射后回波到达声源的回波幅值，所述回波幅值为p1；
通过回波幅值为pa和回波幅值为p1计算传声介质与粉末界面的声压反射系数；
通过所述声压反射系数计算待测粉末材料的特性阻抗，及根据所述特性阻抗计算所述待测粉末材料的声速。
一种实施例中，通过回波幅值为pa和回波幅值为p1计算传声介质与粉末界面的声压反射系数，具体为：
所述回波幅值为pa的表达式为：pa＝t2rap0e-2αd，其中，p0为探头发射超声幅值，ra为传声介质与空气界面反射系数，t为声源与传声介质界面的透射系数，d为传声介质厚度，a为传声介质的衰减系数；
所述回波幅值为p1的表达式为：p1＝t2r1p0e-2αd，r1为传声介质与粉末界面的声压反射系数；
将所述回波幅值为pa与所述回波幅值为p1相除，通过计算得到传声介质与粉末界面的声压反射系数r1。
一种实施例中，通过所述声压反射系数计算待测粉末材料的特性阻抗，具体为：
一种实施例中，根据待测粉末材料的特性阻抗计算所述待测粉末材料的声速，具体为：
zp＝ρp·cp，其中，ρp为已知粉末材料的宏观密度，cp为粉末材料声速。
一种实施例中，在传声介质与待测粉末材料不接触的状态下，及在传声介质与待测粉末材料接触的状态下，所述声源与传声介质耦合状态一致。
依据上述实施例的粉末材料声速测量方法，通过将粉末材料的回波幅值与已知特性阻抗的物质的回波幅值相对比，无需获得声源与传声介质耦合状态参数，即可获得粉末材料的声速，本发明的声速测量方法能够对飞行时间法难以应用的工况进行声速测量，具有速度快，实时性好，通用性强的优点，例如对粉末冶金模具内强度不均匀性的检测。
附图说明
图1为粉末材料声速测量方法流程图；
图2为粉末材料声速测量示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。
在本发明实施例中，通过粉末材料的回波幅值对粉末材料声速进行测量，以改观现有采用的飞行时间法对粉末材料声速测量所存有的问题，比如，飞行时间法测量粉末材料声速时，必须对材料施加一定压力，存在实测声速偏离粉末材料真实声速。
基于此，本例提供另外一种粉末材料声速测量方法，基本思路是：基于声阻抗法，使传声介质与粉末材料接触，控制声源向传声介质发射声波信号，通过获取声波信号经传声介质和粉末材料界面反射后的回波幅值，获得粉末声速；由于声源与传声介质耦合状态不同，为了消除界面耦合，本例的粉末材料声速测量方法具体包括如下步骤，其流程图如图1所示，测量示意图如图2所示。
s1：在传声介质与待测粉末材料不接触的状态下，使声源与传声介质耦合，控制声源向传声介质发射预定频率、幅度和波形的声波信号，并接收声波信号经传声介质与空气界面反射后回波到达声源的回波幅值，该回波幅值为pa。
s2：在传声介质与待测粉末材料接触的状态下，使声源与传声介质耦合，控制声源向传声介质发射声波信号，并接收声波信号经传声介质与粉末界面反射后回波到达声源的回波幅值，该回波幅值为p1。
s3：通过回波幅值为pa和回波幅值为p1计算传声介质与粉末界面的声压反射系数。
其中，回波幅值为pa的表达式为：pa＝t2rap0e-2αd，其中，p0为探头发射超声幅值，ra为传声介质与空气界面反射系数，t为声源与传声介质界面的透射系数，d为传声介质厚度，a为传声介质的衰减系数；
回波幅值为p1的表达式为：p1＝t2r1p0e-2αd，r1为传声介质与粉末界面的声压反射系数；
将回波幅值为pa与回波幅值为p1相除，可消去t的偶然性对回波幅值的影响，然后，通过计算得到传声介质与粉末界面的声压反射系数r1。
s4：通过声压反射系数计算待测粉末材料的特性阻抗，及根据特性阻抗计算所述待测粉末材料的声速。
具体为，传声介质与粉末界面的声压反射系数的表达式如下：
根据粉末材料的特性阻抗与声速关系，该关系式为zp＝ρp·cp，其中，ρp为已知粉末材料的宏观密度，因此，在zp、ρp为已知的情况下，通过该关系式可计算出cp，也即计算出粉末材料声速。
需要说明的是，在传声介质与待测粉末材料不接触的状态下，及在传声介质与待测粉末材料接触的状态下，声源与传声介质耦合状态需要保持一致，以便于消去t的偶然性对回波幅值的影响，也即解决了界面耦合的问题。
通过上述粉末材料声速测量方法，测试时，声源可以采用横波声源也可以采用纵波声源，该声源是超声波换能器，且测试时，可采用一发一收或自发自收的超声波换能器。
本例的传声介质的材料及形状不作具体限定，如，传声介质可以是金属材质、陶瓷材质，传声介质可以是盛装粉末材料的器具，若传声介质为器具时，具体测量声速时，可以在粉末材料未装入该器具时进行步骤s1操作，然后将粉末材料装入该器具时进行步骤s2操作；相应的，若该传声介质为其他形状时，可以将该传声介质不与粉末材料接触时进行步骤s1操作，将该传声介质与粉末材料接触时进行步骤s2操作，也即是，不论何种材料及形状的粉末材料，一定要进行两种状态下的测量，获得该两种状态下的回波幅值，通过该两种状态下的回波幅值实现声源与传声介质界面不确定耦合状态的消除。
需要说明的是，若传声介质为盛装粉末材料的器具，则上述的测量方法一般是先执行步骤s1，再执行步骤s2，但是，若传声介质仅为一独立的片状物，则本方法中的步骤s1和步骤s2并没有先后执行顺序的要求，如，通过片状的传声介质测量某一容器中粉末材料的声速，可以将传声介质放在容器上与粉末材料接触执行步骤s2，然后，将传声介质取出，针对传声介质执行步骤s1。
通过上述方法对粉末材料声速测量，传声介质与粉末材料的接触紧密程度并没有要求，因此，能够对飞行时间法难以应用的工况进行声速测量、通用性强的特点，例如，在粉末冶金应用中，通过测量粉末声速，以实现对粉末冶金模具内强度不均匀性的检测；在粮堆测量应用中，还可以通过测量粮堆声速，以测量粮堆的堆积状态，如密度，水分等参数；在地质测量应用中，通过测量土壤或积雪声速，声速的变化反映了其稳定程度，可对山体滑坡或雪崩等地质灾害实现预测。
以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。