Способ настройки радиометрических сепараторов кусковых материалов

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕК ПАТЕНТУ Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам(54) СПОСОБ НАСТРОЙКИ РАДИОМЕТРИЧЕСКИХ СЕПАРАТОРОВ КУСКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ(57) Изобретение относится к способам и устройствам радиометрической сепарации минеральногосырья по сортам и может быть использовано длянастройки радиометрических сепараторов алмазов,полиметаллических руд,железных руд угля и другого минерального сырья по сортам Сущностьизобретения заключается в том, что в способе настройки радиометрических сепараторов кусковыхматериалов, включающем введение образца в зонуконтроля и регистрацию отраженного излучениядетектором, в зону контроля последовательно вво(19) й 0 (1 Ц (51) 5 ВОЗВ 13 00 В 07 5 346 дят по ц кусков (ср 10) каждого из в сепарируемых сортов, детектором со спектрометром регистрируют спектр отраженного излучения от каждого куска, определяют эллипсоиды рассеивания интенсивностей в разных участках спектра по два по три, по четыре и так далее по и для кусков каждого сорта из гп сортов, определяют расстояния между центрами всех гп эллипсоидов рассеивания интенсивностей, определяют значения отношений расстояний между центрами соседних эллипсоидов к сумме расстояний от центров эплипсоидов до точек пересечения прямых между центрами соседних эплипсоидов с самими эллипсоидами, находят средние значения всех (т - 1) отношений для всех совокупноетей интенсивностей и для работы радио- метрического сепаратора составляют совокупность интенсивностей в тех участках спектра, для которой среднее значение отношения является наибольшим.3 ил.Изобретение относится к способам и устройствам радиометрической сепарации минерального сырья по сортам и может быть использовано для настройки радио- метрических сепараторов алмазов, полиметаллических руд, железн ых руд, радиоизотопных продуктов, угля и другого минерального сырья по сортам,Известен способ настройки радиометрического сепаратора покусковой сортировки минерального сырья, заключающийся в том, что эталонный кусок устанавливают в зону измерения сепаратора, регистрируют интенсивность излучения и преобразуют ее в импульсный электрический сигнал, формируют последовательность импульсов и модулируют ими импульсный электрический сигнал и по модулированному сигналу устанавливают порог срабатывания сепаратора, в которогл для увеличения точности настройки путем приближения формы модулированного сигнала к форме реального сигнала, воспринимаемого от исследуемого куска, импульсы в последовательности модулирующего сигнала формируют трапецеидальной формы с длительностью фронтов т, равной т =(2 ч)(1-б) с. где и и О - длины нижнего и верхнего оснований диаграммы направленности чувствительного элемента сепаратора, ч - скорость кусков сырья в зоне измерения сепаратора, с амплитудой, равной напряжению дискриминации, при котором скорость счета импульсов импульсного электрического сигнала соответствует скорости счета от естественного фона, а интервал между импульсами равен т=бч с.Недостатком известного способа является низкая точность настройки и невозможность распознавания кусков с содержанием радиоактивного компонента ниже порогового значения.Известен способ настройки радиометрических сепараторов кусковых материалов, включающий введение образца в зону контроля и регистрацию отраженного излучения детектором зоны контроля и формирование критерия сепарации, в котором для повышения точности настройки образец выбирают с высоким содержанием радиоактивных компонентов, имеющим вертикальный срез переднего края, причем образец устанавливают по траектории движения передним краегл на расстояние не ближе чем 1,5 шага смещения от оси детектора и регистрируют в статике уровень отраженного излучения, после чего еще раз сдвигают образец переднил краем в сторону оси детектора на величину шага смещения с перекрытием оси детектора на расстоянии не более 0 5 шага слещг ния ч 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 регистрируют в статике уровень отраженного излучения из зоны чувствительности детектора и регистрируют уровень фонового излучения, после чего определяют коэффициент потерь полезного сигнала из соотношения а(пг-поХп 1+пзпг), где п 1, пг, пз - уровни отраженного излучения при последовательном перемещении образца вдоль оси детектора, по - уровень фонового излучения, и формируют критерий сепарации с учетом коэффициента потерь,Недостатками известного способа являются низкая точность настройки за счет невозможности достоверного распознавания кусков близких сортов при одновременном ускорении и упрощении аппаратурной реализации способа.Целью изобретения является повышение точности настройки эа счет обеспечения возможности достоверного распознавания кусков близких сортов при одновременном ускорении и упрощении аппаратурной реализации способа.Поставленная цель достигается тем, что в способе настройки радиометрических сепараторов кусковых материалов, включающем введение образца в зону контроля и регистрацию отраженного излучения детектором, в зону контроля последовательно вводят по о кусков (г 110) каждого из гп сепарируемых сортов, детектором регистрируют спектр отраженного излучения от каждого куска, определяют эллипсоиды рассеивания интенсивностей в разных участках спектра по два, по три, по четыре и так далее по и для кусков каждого из гп сортов, определяют расстояние между центрами всех гп эллипсоидов рассеивания интенсивностей, определяют значения отношений расстояний между центрами соседних эллипсоидов к сумме расстояний от центров эллипсоидов до точек пересечения прямых между центрами соседних эллипсоидов с самими эллипсоидами, находят средние значения всех (гп) отношений для всех совокупностей интенсивностей и для работы радио- метрического сепаратора оставляют совокупность интенсивностей и в тех участках спектра, для которой среднее значение отношение является наибольшим.Изобретательский акт при создании способа настройки заключается в двух обстоятельствах, Во-первых, автором впервые обнаружено, что информативность пары, тройки, четверки и большего числа интенсивностей зависит от размеров н пространственного положения эллипсов оассеивания интенсилню и н и близких постоянных значениях1 л г,;кнв и слу 2000840510 15 20 25 30 35 40 45 50 55 чайных изменениях влияющих параметров кусков и на эой основе впервые показано как выбрать наиболее информативную совокупность интенсивностей для сепарации любого конкретного минерального сырья, Во-вторых, в предложенном способе преодолено техническое противоречие. Сущность противоречия заключается в следующем.Для повышения точности настройки при обычном инженерном проектировании прибегают к увеличению количества специально подобранных кусков, .но при этом пропорционально увеличивается трудоемкость настройки, С другой стороны, для ускорения настройки и упрощения ее аппаратурной реализации прибегают к уменьшению количества стандартных образцов и не используют специальную сложную подготовку стандартных образцов, но при этом снижается точность настройки и не обеспечивается достоверное распознавание кусков близких сортов, В настоящем способе настройки это техническое противоречие преодолено - повышена точность настройки эа счет обеспечения достоверного распознавания кусков близких сортов при одновременном ускорении и упрощении аппаратурной реализации способа. Для преодоления технического противоречия необходимы и достаточны следующие отличительные признаки способа: 1) в зону контроля последовательно вводят по р кусков (с10) каждого из т сортов, 2) детектором регистрируют спектр отраженного излучения от каждого куска, 3) определяют эллипсоиды рассеивания интенсивностей в разных участках спектра по две, по три, по четыре и так далее по и для кусков каждого иэ гп сортов, 4) определяют расстояние между центрами всех п эллипсоидов рассеивания интенсивностей, 5) определяют отношения расстояний между центрами соседних эллипсоидов к сумме расстояний от центров эллипсоидов до точек пересечения прямых между центрами эллипсоидов с самими эллипсоидами, б) находят средние значения всех (гп) отношений для всех совокупностей интенсивностей по две, по три, по четыре и так далее по п, 7) для работы сепаратора оставляют ту совокупность интенсивностей в тех участках спектра, для которой среднее значение отношения является наибольшим Все отличительные признаки названы конкретно в смысле однозначного выполнения операций и одновременно названы общо в смысле возможности варьирования принципиальных схем, реализующих те или иные операции для полу ения конкретного результата. Поэтому ни один из признаков способа нельзя заменить на эквивалентный. Иэ приводимого ниже описания способа с однозначностью следует, что ни один из признаков способа нельзя исключить и что все они необходимы и достаточны для преодоления технического противоречия, Ни один из семи отличительных признаков неизвестен даже по отдельности сам по себе и тем более ни один из признаков не мог служить для преодоления технического противоречия. Поэтому, по мнению автора, совокупность отличительных признаков способа соответствует критериям "новизна" и "существенные отличия", а способ соответствует изобретательскому уровню.На фиг, 1 приведена геометрическая интерпретация сущности повышения достоверности распознавания соседних сортов по совокупности двух коррелированных интенсивностей; на фиг. 2 - геометрическая интерпретация выбора пары наиболее информативных интенсивностей; на фиг, 3 - геометрическая интерпретация выбора тройки наиболее информативных интенсивностей,Способ настройки радиометрических сепараторов кусковых материалов реализуется следующей последовательностью операций.В зону контроля радиометрического сепаратора последовательно вврдят по о кусков (ц10) каждого из гп сепарируемых сортов, Детектором регистрируют рт спектров отраженного излучения, причем для каждого иэ гпг 1 кусков регистрируют одинспектр,Определяют эллипсоиды рассеивания интенсивностей в разных участках спектра по два, по три, по четыре и твк далее по и для кусков каждого из в сортов. Осуществляют это следующим образом, Для каждых ц кусков)-го сорта определяют значение 1-й интенсивности от 1 с-го куска )-го сорта Хц. Для каждого)-госорта определяют средние значения интенсивностейЦ,=Ц 1, Х),=Ц (1) причем средние значения интенсивностей опоеделяют для каждойй группы кусков каждого из гп сортов, получают пгп средних значений интенсивностей, Для группы кусков каждого )-го сорта определяют элементы ковариационной матрицы рассеивания интенсивностей (их разброса)ЦК=(ц) " ; (Х;,к-Х,), 2000840 105 10 15 20 25 30 35 40 15 50 55А,О,= У (Ха 1) - Х ) = д г,(11) Определяют значения отношений расстояний между центрами соседних эллипсоидов к сумме расстояний от центров эллипсоидов до точек пересечения прямых между центрами соседних эллипсоидов с самими зллипсоидами. Для отношения расстояний между центрами 0,01+ к сумме расстояний от центров эллипсоидов до точек пересечения А 1 и А;+ полу игл формулу для расчета отношенияОТН=-(001 )(АО+А 1+О+) = АЙ 1. (12) Аналогично определяот остальные (т) отношения: ОТН, ОТН 2, , ОТН 0-1, ОТНц, ОТНп-, (т) отношений определяют для каждой совокупности интенсивностей излучения по две, по три, по четыре и так далее до совокупности и интенсивностей,Теперь определяют среднее значение всех (гп - 1) оношений для каждой совокупности интенсивностей излучения от куска, Определение среднего значения отношения производят по формулеи - 1ОТНср=- (",;ОТН)(гп - 1)= г/а (3)=1Сначала определяют среднее значение отношений для различных совокупностей интенсивностей по две. Всего из и интенсивностей можно получить 0,5 п(п - 1) совокупностей интенсивностей по две из участков спектра рассеянного излучения от куска. Из всех этих совокупостей по две итесивности находят ту пару итесво стей излучения, для которо средеа зачение отношения является абольш,. Если окажется, что наибольшее значение среднего отношения не превьшает 3, то повторяот всю Описануо процедуру для различных сочетаний итснсивостей в спектре по три. Если теперь окажется и для всех сочетанй интенсивностей по. три значение среднего отношения мсчьшим 3, о всю описаннуо процедуру определения средних зна ений отношений повторяот для всех сочетаний интенсивносгей спектра по четыре, Если же гри последовательньх повтореиях процедуры окаже 1 с, что даже для соеокупости всех п нтенсивостей во всех участках спектра рассеяого излучения от ; усков срсдее значение отношения не превысит 3, то изменяют сам спектр регистрируемой интесишости, апригер, загленой моно- энергетического исто ника излучения на полиэнсргетическийли заменой изотопного источкэ излучения на рентгеновскую трубку. Положительные результаты дает также залена малокаального спекгрометра на гогоканальный (апример, 128 каналыого на 256 канальый и т,п,), замена пропорционального счетчика в качестве детектора на сцинтилляционный или полупроводниковый, Если же и такие замены не позволяот полу ить значения среднего отношения большего трех, то заменяют рентгеновский принцип на инфракрасный, используя источник инфракрасного излучения, инсрракрасньй детектор и многоканальный инфракрасный спектрометр, регистрируя спектры рассеянного кусками инфрвкрасного излучения,- Ту совокупность интенсивностей, которая обеспечивает наибольшее значение среднего отношения оставляют для проведения с ее помощьа сепарации кусковых материалов по сортам (показателям качества). Пример реализации способа настройки радиометрического сепаратора, Определяли совокупность наиболее информативных интенсивностей для сепарации угля по зольности, Уголь облучали полиэнергетическим гамгла-излучением в диапазоне энергий от 1 О кэВ до 1 УэВ, так как при меньшей энергии будут сказываться неровности поверхност контролируемого слоя угля, а при эргии более 1 УэВ интенсивность не будет значимо изменяться с изгиенением зольности, Рассматривали 50 интенсивностей в диапазоне энергий от 10 кэБ до 1 РЛзВ и определяли информативности всех 1225 сочетаий из 50 интенсивностей по две, Оказалось, что наиболее информативной является пара ингесвостей обратно рассеяного углем гагма-излучеия в диапазонах энергий 50 - 150 кэБ и 100-300 кэВ, для которой среднее значеие отношеия ОТН;=4,5, Определяли также иформэтив,ости всех 19600 сочетаий из 50 интенсивностей по три, Оказа,;ось. что наиболее ифор.ативой является -рейка интенсивостай обратно рассеянного углем гамма- излучения в диапазонах эоргий 50 - 70 кэБ, 150 - 175 кэВ и 230 - 310 кэБ, для ;оторой среднее згачегио отношения ОТНц 8,3, При сепарации угля но паре наиболее информативных интесвостей вероятность ошибки при распознавоии соседнх значенй зольности угля будет равнаРо,=.ехр(-4,5/2)=0,4 10то есть на 100000 изл ерений (кусков) будет допускаться одна ошибка. При сепарации угля по тройкентенсивостей вероятность ошибки при отличен друг от друга соседих значений вольное и брет равнаР= .з=ехр,-3,3 /2)=0,11 102000810 12 55 15то есть на 10 кусков будет допускаться одна ошибка. Отметим при этом, что при сепарации угля по зольности по одной интенсивности вероятность ошибки будет равна 0,31. Таким образом, при сепарации угля по зольности по одной интенсивности допускается 9 ошибок на 100 сепарируемых кусков, при сепарации по двум интенсивностям допускается одна ошибка на 10 кусков и при сепарации по трем интенсивностям допускается одна ошибка на 10 кусков. Коли 15чество ошибок при переходе от одной интенсивности до двух уменьшается в 104 раз, а при переходе от двух интенсивностей до трех количество ошибок уменьшается в 10 раз. При дальнейшем увеличении количества регистрируемых интенсивностей сепаратором количество ошибок уменьшается очень медленно.Технико-экономическими и реимуществами предложенного способа автоматической настройки радиометричес кого сепаратора по сравнению с прототипом являются; резкое снижение вероятности ошибки при сепарации кусков с близкими значениями контролируемого параметра, то есть резкое повышение разрешающей способности сепаратора, что приводит к повышению выхода кондиционных сортов угля за счет уменьшения потерь угля в некондиционных сортах. упрощение аппаратурной реализации способа, так как весь процесс снятия спектров и их обработки по настоящему алгоритму для выбора наиболее информативных совокупностей интенсивностей легко автоматизируется и не требует специальной подготовки и установки кусков перед детектором, увеличение производительности настройки и производительности настроенного сепаратора за счет автоматизации настройки и повышения достоверности распознавания кусков, что позволяет резко увеличить быстродействие настроенного сепаратора (даке на несколько порядков при сохранении приемлемой ошибки при сепарации кусков).Только за счет первого преимущества за счет уменьшения потерь на 0,2% при производительности сепаратора 10 тонн в час и работе сепаратора 15 часов в сутки и Формула изобретения СПОСОБ НАСТРОЙКИ РАДИОМЕТРИЧЕСКИХ СЕПАРАтоРов кусковых мАтеРиАлов, основанный на регистрации отраженного излучения от образца, отличающийся тем, что, с целью повышения точности настройки за счет обеспечения возможности распознавания кусков близких сортов при одновре 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 стоимости угля 40 руб за тонну годовой экономический эффект составит10153200,002 40=3840 руб, Сущность повышения достоверности распознавания близких значений сортов по интенсивностям Х 1 и Х 2 иллюстрируется фиг. 1, Показаны семейства гомотетичных эллипсов рассеивания интенсивностей равной плотности вероятности Х 1 и Х 2 при постоянных значениях смежных сортов С 1=сопв 1 и С 2=сопы, причем внутренние эллипсы соответствуют односигмовым рассеиваниям интенсивностей (единичные эллипсы), средние - двухсигмовым и наружные - трехсигмовым, Видно, что по интенсивности Х 1 можно отличить С 1 от С 2 с вероятностью ошибки 0,39, а по интенсивности Х 2 - с вероятностью ошибки 0,35, Эллипсы Э 1 и Э 2 начинают снаруки касаться друг друга при четырехкратном увеличении рассеивания интенсивностей по сравнению со средним квадратическим отклонением рассеивания. Поэтому по совокупности интенсивностей Х 1 и Х 2 сорта С 1 и С 2 отличаются свероятностью ошибки 6,4 10 Видно, что вероятность ошибки отличения сортов по двум интенсивностям уменьшается по сравнению с отличением по одной интенсивности соответственно в 609375 и в 546875 раза, то есть уменьшается более чем на шесть порядков. Столь резкого снижения вероятности ошибок не обеспечивает ни один из известных в мире сепараторов, несмотря на очень сложные их конструкции и схемы обработки многих сигналов с регистрируемого спектра, Это объясняется тем, что до настоящего времени не существовало критериев и методики отбора наиболее информативных совокупностей коррелированных между собой интенсивностей излучения в регистрируемом спектре, Настоящий способ позволяет, кроме укаэанных выше преимуществ, уменьшить количество регистрируемых интенсивностей в спектре и повысить за счет этого быстродействие,(56) Авторское свидетельство СССР М.1509135, кл, В 07 С 5/346, 1987.Авторское свидетельство СССР 1 Ф 1526830, кл, В 03 В 13/00, 1987,менном ускорении и упрощении аппаратурной реализации, в зону контроля последовательно вводят по ц кусков (ц10) каждого из гп сепарируемых сортов, регистрируют спектр отраженного излучения от каждого куска, строят эллипсоиды рассеивания интенсивностей в разных участ 1 З 2000840ках спектра по два, по три и т.д, по п участков для кусков каждого сорта иэ гп сортов, определяют расстояние между центрами всех т эллипсоидов рассеивания интенсивностей, определяют сумму расстояний от центров эллипсоидов до точек пересечения прямых между центрами соседних эллипсоидов с самими эллипсоидами, находят значения отношений двух последних величин, находят среднее значение всех п - 1 отношений для всех сово купностей интенсивностей в тех участкахспектра, для которых среднее значение отношения является наибольшим.200 ОВ 40 СоставительТехред М,Мор Н. Кйшел еда орректо акэз 309 и 035,Гагарина, 101 ий комб ЛроизвОдс 11) изддтель жНПО "Посква, Ж А, Онищен ентал Подписноиск" Роспатента