CN116490292A - 用于分拣钻石的方法和系统 - Google Patents
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Abstract
提供了一种用于分拣钻石的系统(100)。该系统(100)包括传送系统，该传送系统包括用于传送包括钻石的材料样本(106a，106b)的传送带(108)。此外，该系统(100)包括配置成向材料样本(106a，106b)发射x射线的x射线源(122)。此外，该系统(100)包括x射线发光(XRL)检测器(126)，其被配置成测量来自材料样本(106a，106b)的x射线的辐射强度。此外，该系统(100)包括x射线透射(XRT)检测器(124)，其被配置成测量穿过材料样本(106a，106b)的x射线的透射强度。此外，该系统(100)包括处理器(118)，该处理器被配置成：分别从XRL检测器(126)和XRT检测器(124)接收辐射强度和透射强度；处理辐射强度和透射强度以确定等效吸收系数；以及基于等效吸收系数和预存的模型物质吸收系数的比较，将材料样本(106a，106b)标识为钻石。
Description
技术领域
本发明涉及钻石的分拣，且尤其涉及用于标识和分拣金伯利岩中部分/完全释放的钻石的基于x射线传感器的方法和系统。
背景技术
对钻石(和其他宝石)进行分拣是将合成材料从天然材料中分离出来的必要手段。目前已知的X射线钻石分拣系统和方法有Tomra X射线透射(XRT)和De Beers技术(XRT和X射线发光-XRL)和Bouervestnik(XRL和XRT)机器。这些当前的系统都是基于使用原子密度的碳特征作为检测方法。
目前，这两种分拣技术(XRT和XRL)是互斥使用的，原因如下。首先，对于大钻石，例如大于10mm的大钻石，XRL测量受到自吸收的困扰，并且对于高x射线能量，自吸收现象加剧。XRL测量通常被用于小于10mm的钻石，通常在1.25mm至8mm之间。其次，XRT测量对于尺寸范围在1.25mm至8mm的颗粒而言对比度较差，这使得其难以检测这一级别的颗粒。对于尺寸范围低于8mm的钻石而言，XRT通常不利于钻石回收。
此外，为了分拣出从1.25mm到100mm范围内的大材料，目前的方法通常需要两台机器，即一台XRT机器和一台XRL机器，这可大大提高分拣成本。
因此，需要一种解决上述自吸收和对比度问题的系统，以及一种用于分拣的低成本解决方案。
发明内容
本发明涉及将大量颗粒分拣成所需的和不期望的部分。在本发明的一个应用中，它可以被用于将大量矿石颗粒分拣成所需的和不期望的部分。本发明的一个具体应用是将钻石或含钻石材料从非钻石或非含钻石材料中分拣出来。
本发明寻求通过提供一种用于分拣/标识钻石的集成系统来提供对所有上述问题的解决方案。
根据本发明的一个实施例，提供了一种用于分拣钻石的系统。该系统包括传送系统，该传送系统包括用于传送包括钻石的材料样本的传送带。此外，该系统包括被配置成向材料样本发射x射线的x射线源。此外，该系统包括放置在传送带周围的x射线发光(XRL)检测器，其被配置成测量来自材料样本的x射线的辐射强度。此外，该系统包括放置在传送带下方的x射线透射(XRT)检测器，其被配置成测量穿过材料样本的x射线的透射强度。此外，该系统包括处理器，该处理器被配置成:分别从XRL检测器和XRT检测器接收辐射强度和透射强度的测量值；处理辐射强度和透射强度以确定等效吸收系数；以及基于等效吸收系数和预存的模型物质吸收系数(model species absorption coefficient)的比较，将材料样本或材料样本的一部分标识为钻石。
处理器可以被配置成通过逆转辐射强度和透射强度的每个测量值来处理辐射强度和透射强度的测量值。
x射线源可以被配置成在传送带上的预定义感测区中发射x射线。x射线源可以被配置成在预定义感测区以单一能级发射x射线。
该系统还可以包括x射线发生器，其中x射线发生器被配置成向x射线源提供一系列逐步升高的电压信号。x射线源可以被配置成在预定义的感测区以对应于一系列逐步升高的电压信号的多个能级发射x射线。多个能级可以对应于1keV到150keV范围内的一系列能级。
为了将材料样本标识为钻石，处理器可以被配置成确定等效吸收系数和预存的模型物质吸收系数之间的比较结果位于预定义范围内。
该系统还可以包括气动喷射器，其中气动喷射器被配置成响应于材料样本被标识为钻石而在传送带的坐标(x,y)处发射。
本发明延及一种分拣钻石的方法，该方法包括:
通过包括传送带的传送系统传送包括钻石的材料样本；
由x射线源向材料样本发射x射线；
通过放置在传送带周围的x射线发光(XRL)检测器测量来自材料样本的x射线的辐射强度；
通过放置在传送带下方的x射线透射(XRT)检测器测量穿过材料样本的x射线的透射强度；以及
由处理器接收分别来自XRL检测器和XRT检测器的辐射强度和透射强度的测量值；
由处理器处理辐射强度和透射强度测量值，以确定等效吸收系数；
和
基于等效吸收系数和预存的模型物质吸收系数之间的比较，将材料样本或材料样本的一部分标识为钻石。
附图说明
本发明的一些实施例是作为示例示出的，并且不受附图的图形或尺寸的限制，在附图中，相同的附图标记可以指示相似的元件，并且其中：
图1描绘了根据本发明的各种实施例的用于标识和分拣金伯利岩中部分/完全释放的钻石的系统100。
图2描绘了根据本发明一些实施例的经分段传送带。
图3描绘了根据本发明的一些实施例的x射线在传感元件上的投影。
图4描绘了根据本发明的一些实施例的x射线在传感元件上的投射的时序图。
图5示出了根据本发明的各种实施例的用于标识和分拣金伯利岩中部分/完全释放的钻石的方法。
图6示出了根据本发明的各种实施例的示例计算机程序产品，其被配置成使得能够对钻石进行分拣/标识。
附图的详细描述
现在将通过参考代表示例实施例的附图来描述本发明。
现在参考附图，描述了本公开的几个示例性方面。措辞“示例性”在本文中用于意指“用作示例、实例、或解说”。本文中描述为“示例性”的任何方面不必被解读为优于或胜过其他方面。
根据本发明的各种实施例，假定含有钻石和废石的材料(例如金伯利岩石)通过随机化/进料槽被允许进入钻石分拣机。随机化/进料槽的目的是确保没有两个颗粒堆积在彼此的顶部。颗粒自由落在随机化/进料槽上，并达到与系统的传送带速度相等的速度。这是为了避免颗粒四处跳跃并可能在到达感测区时它们与传送带之间仍有相对运动。传送带将颗粒输送到感测区。
感测区由具有覆盖传送带的整个横截面的多个传感器的x射线发光(XRL)检测器和具有覆盖传送带的整个横截面的多个传感器的x射线透射(XRT)检测器组成。XRL检测器以合适的角度放置在传送带上方，或者以直角放置在材料的自由下落路径上。透射检测器直接放置在传送带下方。
x射线源放置在XRT检测器的垂直上方，而XRL检测器放置在与XRT检测器和x射线源之间的法线成适当角度的位置。两个检测器各自捕获来自样本的辐射强度。如果由于机器外壳的物理尺寸而导致几何形状不允许，可以使用两个x射线源，这样每个检测器都与其自己的源相关联。通过使用处理单元中的算法，来自两个检测器的测得强度被逆转以给出等效吸收系数。此外，将处理单元中的逆转结果相加以获得最终计算的吸收系数。
在操作之前，用真钻石进行一系列测量，以在校准过程中获得测得的吸收系数。在校准期间，向样本发射的x射线能量范围是1keV-150keV。结果是来自发光和透射模式的等效强度测量值。这些值存储在处理器的存储器中，以用作比较的参考。这些值被称为模型物质吸收系数。这两个模型物质吸收系数通过非线性相加而被组合，并且其结果被用作钻石和非钻石的基准。
在操作期间，样本被送到感测区，并计算来自两个传感器的吸收系数。将经组合的测得吸收系数与存储的校准数据进行比较，以确定相似性水平。对于任何给定的颗粒，如果相关性是65％-100％，则该颗粒可被分类为钻石，并进而被流入精矿室或产品收集槽，在那随后由人类分拣员对其进行分拣。如果相似性水平低于65％，则感应区中的材料可被视为废料(或非钻石)，并被留下以流入废料流或产品剔除槽中。
归因于存在的杂质数量，钻石的质量和特性可能不同，因此需要对特定的钻石管道进行校准过程，以优化回收率。基于所有者可接受的出产率水平来优化最小相似性截止值。该系统有两种操作分拣模式，包括单能(monochromatic)分拣和多能(polychromatic)分拣。使用从以1keV-150keV范围内的x射线能量照射样本得到的测量值，可以确定最佳能量点，从而允许分拣机在一个能级下运行(单能)。对用户来说，这种模式适用于在不影响分拣质量的情况下以高吞吐量运行是有利的情况。该分拣机也可在多能模式下工作，将模型样本在6keV-150keV之间的所有标绘值与相同范围的样本测量值进行比较。
图1描绘了根据本发明的各种实施例的用于标识和分拣金伯利岩中部分/完全释放的钻石的系统100。系统100包括外壳/外罩102、进料槽104、传送带108、电机和驱动滑轮110、尾部滑轮112、变速驱动器114、装置134、控制器116、信号处理器118、x射线发生器120、x射线源122、检测器124和126、产品收集槽128、产品剔除槽130和气动喷射器132。
系统100被封闭在外壳/外罩102内。外壳/外罩102可以由为系统100的装备提供免受外部环境影响的物理保护并衰减x射线辐射的材料构成，从而在系统100的操作期间限制对用户/操作者的任何辐射暴露。外壳/外罩102可以被设计成符合系统100将要工作的国家的规则/规定。根据本发明的示例性实施例，外壳/外罩102是金属外壳，其可以对正常操作期间人类暴露于系统100的情况进行限制。
为了对暴露于辐射的任何人提供额外的安全性和保障，系统100的所有门、面板或入口(未示出)都可以由一个或多个传感器(未示出)监测，并且x射线发生器120不能产生x射线，直到传感器检测到外壳/外罩102完全关闭。一个或多个传感器可以通信耦合到控制器116，控制器116进而控制x射线发生器120的操作。此外，在系统100的操作期间，系统100可以被配置成点亮闪光灯(未示出)，这提供了x射线正在生成以及系统100正在工作的指示。
系统100可以耦合到包括进料槽104的进料系统(未示出),用于包括钻石的材料106a/106b(例如金伯利岩)的进料，以便从所进料的材料106a/106b中标识和/或分拣部分/完全释放的钻石。在本发明的示例实施例中，进料系统可以是例如但不限于振动碗进料器或筛网进料器，用于确保将材料106a/106b一致地馈送到传送带108。本领域技术人员将会理解，进料槽104可以被构造成使材料106a/106b随机化并在传送带108上散布，以防止材料106a/106b的颗粒堆积在彼此的顶部。此外，进料槽104被构造成防止在材料106a/106b的颗粒接近传送带108的感测区136时颗粒和进料带之间的相对运动。
系统100还可以包括传送系统，该传送系统包括传送带108、电机和驱动滑轮110、尾部滑轮112和变速驱动器114。传送系统被配置成以参考速度运行，该参考速度作为在变速驱动器114处的来自控制器116的信号被接收。此外，系统100包括测量传送带108的当前速度的装置134(例如，转速计)。装置134将传送带108的测得速度提供回控制器116，而控制器116进而确保传送带108以适当操作所需的速度运行。装置134对传送带108的速度的持续测量/监测也确保了传送带108不会打滑。在检测到传送带108打滑的情况下，控制器116立即中止系统100的运行。
根据本发明的各种实施例，传送带108可以通过xi的等长分割的方式在位置y处被虚拟地分段，以便标识馈送到传送带108的材料的每个样本的位置。当传送带108在y方向上运动时，感测区136具有适配于以交叉形式覆盖传送带的整个截面的像素或诸个体感测区。就传送带108而言，这种分段可以是想象的。在本发明的示例实施例中，可以在被放置在下方或上方或90°处的线扫描相机上提供分段。感测区136的实际长度取决于想要检测的最小颗粒尺寸。这清楚地描绘在图2中。当样本达到坐标(xi,y)时，材料的样本将被呈现给感测区136。如本领域技术人员将理解的，虽然图2示出了在特定长度划分xi之一处呈现样本，但是根据本发明的其他实施例，样本可以覆盖任意数量的xi。
系统100还可以包括x射线发生器120，包括高电压变压器(未示出)。在本发明的示例性实施例中，高电压变压器可以被配置成接收输入到变压器的低压侧的220V ac输入，并且输出优选但不限于1keV-150keV量级的逐步升高的电压。所输出的逐步升高的电压被提供给x射线源122。通过高电压变压器的逐步升高的电平是通过抽头变换器实现的。抽头变换器控制是通过从控制器116接收的信号实现的。该信号是快速脉冲信号，其功能是将抽头变换器的状态从低抽头切换到最大抽头。
体素v(x,y)≡I(E,x,y)＝<100>，其中<100>是包含在电压从6keV-150keV斜升时的100个观测点的数据集。观测点I(Ei，x，y)花费时间tEi来完成，而将状态从Ei到Ei+1的时间是2ts，在ts-tEi期间，处理器118执行μ(Ei，v(x，y))的计算并存储它。虽然观测点的数量被定义为100，但是本领域技术人员将会理解，观测点的数量可以是任何预定义的数量，并且系统100可以被相应地配置。
更具体地，如上所述，可以根据线扫描相机的像素来将样本虚拟地分段。在点x,y处，可以取样本上的一个矩形截面，其称为体素。
v(x，y)≡I(E，x，y)＝<100>，
对于每个矩形截面，可以用1keV-150keV范围内的x射线照射多个样本。1keV-150keV的区域将被分成100个小分区。在本发明的示例实施例中，电压将以1.5keV的增量逐步升高至150keV。这些x射线被发射到单点体素v(x,y)或简单地(x，y)坐标上。因此，对于每个单点体素，有100个数据点。因此，对于集合Ii＝{I1，I2....I100}，每个检测器124和126将测量其输出I0＝{Io1，Io2....Io100}。
要注意的是μ∝I0/I1，并且因此，对于每个(x,y)，将有100个μ值。该照射和数据采集的目的是在多能模式下执行扩展X射线吸收精细结构(EXAFS)等效吸收系数χ。如前所述，多能模式是指系统在逐步升高电压从1keV-150keV过程中创建的不同能级下运行。
这一动作的主要目的是解出以下方程:
其中k是从1keV-150keV的电压/能级。本发明的目的是通过用从1keV-150keV范围内的100个电压/或x射线能量照射样本，并测量各个电压电平的相应输出强度，并进行比较以获得χ(其就是EXAFS等效吸收系数)的100个值，来获得100个χ(k)样本。
基于所采集/确定的χ的100个值，采取以下步骤：
·来自未知样本的图χ与χm的比较，其中χm是针对已知样本(本示例中是钻石)测量的存储在存储器中的100个值的集合。系统100用真钻石校准。可以通过用在1keV-150keV范围内的x射线能量照射钻石来获得χm。
·也可以进行χ的傅立叶变换，并且其结果将由两个点或图组成。
·与fj(k)和相位信息2krj+δj(k)成比例的振幅信息。图fj(k)和2krj+δj(k)对于原子j的种类(本发明中的钻石)而言是唯一性的。
·此外，它需要与模型原子趋势fm(k)和2krm+δm(k)进行比较，这也将通过使用真钻石的校准过程获得。
系统100还包括x射线源/管122，其被配置成以1keV-150keV之间的加速电压来脉动。进而，x射线源122被配置成产生/发射相应范围1keV-150keV内的x射线。x射线源/管122可以被冷却以抵抗在光电子与阳极碰撞期间产生的热量。
系统100还包括至少两个检测器，即检测器124和检测器126。检测器124可以是XRT传感器，其被配置成捕获穿过样本的透射x射线。根据本发明的一个实施例，检测器124可以包括电荷耦合器件。根据本发明的另一实施例，检测器124可以包括闪烁的单元阵列，其在与x射线相互作用时被激发以释放电流。XRT传感器可以具有映射到移动的传送带108上的每个坐标(xi，y)的多个输出。在(xi，y)处的粒子针对能级Ej的XRT强度可以是IT(Ej，xi，y)。该信号可以在检测器124的输出i处被采集，并且通过检测器124和控制器116之间的总线(未示出)的第i通道被传送到控制器116。
检测器126可以是XRL传感器，其被配置成捕获来自感测区136中的样本106b的发光x射线。根据本发明的各种实施例，检测器126或XRL传感器可以包括闪烁的单元阵列或电荷耦合器件。单元阵列可以被配置成在与从感测区136中的样本106b接收的发光x射线相互作用时输出电流。传感器输出可以被映射到移动的传送带108上的坐标(xi，y)。在(xi，y)处的粒子针对能级Ej的XRT强度可以是IL(Ej，xi，y)。该信号可以在检测器126的输出i处被采集，并且通过检测器126和控制器116之间的总线(未示出)的第i通道被传送到控制器116。
系统100还包括信号处理器118，其被配置成在如图3所示的检测器元件124和/或126平面的法线上执行x射线投影补偿。
以90°到样本上的辐射强度是I0。例如，如果在区域136内存在的2N+1个感测区，从左边或右边的第一个像素开始计数，中间像素将在像素N+1处，并且与该点相关联的透射强度将是IN+1T：→I0，(在N+1处测得的强度取决于I0)。因此，穿透材料的x射线的通量具有入射强度I0。然而，对于相对于I0的角度为θ的x射线，令平行于通量I0的单位法向量为k0，此外如果Iθ定义成平行于单位向量kθ的x射线束，则垂直于像素的x射线的通量将是：
因此，对于与样本的法线成θ的像素，相应的入射通量强度是Iocosθ。这将在下面进一步详细解释。
注意，对于发光和透射两者来说，吸收系数χ是针对I0测量的，其中在感测像素的法线之间的角度与来自x射线源122的光电子的入射电流的角度共线。所有其他像素以某一角度看到光电子的入射电流。
穿过单位表面dS的任何场F的通量φ被定义为：
φ＝F·dS＝||F||dS|cos(θ）
类似地，这里F＝Io，入射光电子，且dS＝dS(x，y)是位置(x，y)处的像素，
对于I0和dS共线的情况，θ＝0，
那么φ＝|I0||dS|cos(0)＝Io
但当θ≠0
φ＝|I0||dS|cos(0)＝Iocos(θ)
对于发光而言，
通过补偿，作为在上述方程中使用I0的替代，对于与源成一角度的像素，I0替换成Iocos(θ)。
这同样适用于透射信号，
IT＝Ioe-μ(E)t (4)
如上所述，本发明的目的之一是通过求解方程(3)和(4)并联合使用结果来获得μ(E)。
注意：
μ(E)＝μo(1+χ(E))
根据本发明的实施例，随后，确定χ(E)(其是EXAFS方程)。因此，本质上，EXAFS数据是从发光和透射测量中获得的，而发光和透射测量又是从检测器124和126获得的。
根据本发明的实施例，如果发光的EXAFS数据结果表示为χL(E)，并且透射测量的EXAFS数据结果表示为χT(E)，则等效吸收系数(最终EXAFS数据)将是：
χ(E)＝χL(E)+χT(E)，
根据本发明的一示例实施例，入射并与中心像素/闪烁体/通道的法线共线的x射线是χN，并且所有其他x射线相对于闪烁体的平面的法线成角度{φ}。信号处理器118进行补偿/>以确保所有的x射线都被基线化。
该阵列是来自E＝6keV-80keV脉冲的x射线强度。信号处理器118执行两个互补测试。在本发明的一些实施例中，一个测试足以执行所需的分拣程序以从材料样本106a/106b中标识钻石。第一个测试是/>与{Io(E＝60keV)}进行比较。第二个测试涉及将该阵列/>与预先存储在信号处理器118中的模型样本阵列，例如(钻石)的模型样本阵列，进行比较。
在作为单能测试的第一测试中，测试准则定义如下：
在第二测试中，多能测试，准则是:
<EXAFSa|EXAFSm>，
其中<x|y>是数据x和y的互相关系数。其中下标α是指实际测得的数据，而下标m是集合{E}中的目标样本的校准数据。
信号处理器118可以用发光和透射的碳(钻石)的EXAFS模型数据来校准。该实施例导出的EXAFS数据可以是从检测器124和126接收的发光数据和透射数据的算术和。
强度测量值和/>分别被逆转成样本/颗粒EXAFS数据。所得的EXAFS数据的数值总和与导出的EXAFS模型数据相关。
所得的EXAFS数据和EXAFS模型数据之间的相似性的预定准则/阈值可存储在信号处理器118中。根据本发明的一个实施例，可以针对所得的EXAFS数据和EXAFS模型数据绘制图形，并且获得基于这两个数据的比较的相似性指数。相似性指数的阈值测量值可以预先被确定并存储在控制器116和/或信号处理器118中。测试的结果可以与该预定的准则/阈值进行比较。如果测试满足准则/阈值，则分拣/标识出钻石。例如，如果相似性指数是大于65％的预定义阈值，则材料样本106a/106b可以被标识为钻石。
在本发明的另一示例性实施例中，可以通过使用Kolmogorov-Smirnov测试来量化EXAFS数据的两个经验集之间的距离，从而实现该测试。如果距离非常小，则相似性很好。类似地，
相似性＝1–DKS
DKS(Kolmogorov-Smirnov–距离)是在两个EXAFS数据之间测得的。此外，当DKS在零附近获得时，并且因此获得在1附近的相似性，则材料样本106a/106b可以被标识为钻石。如本领域技术人员将理解的，DKS可由用户配置。
对应于该结果的信号可以从信号处理器118/控制器116发送到气动喷射器132。特别地，当该结果对应于在传送带108的坐标(x，y)处检测到材料样本中的钻石时，气动喷射器132在所述坐标处发射，从而使钻石抛射到产品收集槽128中。因此，基于肯定的结果和相应的信号，钻石被弹射到产品收集槽128中。类似地，基于否定结果和相应的信号，该系统被配置成不从气动喷射器132发射，并且材料样本106a/106b被自动排出到产品剔除槽130中。本领域技术人员将会理解，气动喷射器132可以被配置成在否定结果的情况下(即当材料样本106a/106b没有被检测为钻石时)发射，以便将材料样本106a/106b收集到产品剔除槽130中。
系统100还包括控制器116，其被配置成在系统100的各种实体之间发送和接收信号。基于由控制器116发送和接收的信号，系统100执行这里描述的各种必要功能。
去往/来自控制器116的各种信号可以主要分类成输入和输出信号。此外，输入信号可以包括：经由模拟输入卡(未示出)通过N条通道总线(未示出)的来自检测器124的作为原始电流数据的信号；经由模拟卡(未示出)通过N条通道总线(未示出)的来自检测器126的作为原始电流数据的信号；来自信号处理器118的用于整个系统100上的指令的控制信号；来自装置134的信号；来自x射线发生器120的信号；以及来自VSD 114的信号。类似地，输出信号可以包括给x射线发生器120的信号；给气动发射喷射器/选择器132的信号；给VSD的速度参考信号。在本发明的一些实施例中，传送带108的设定点和控制可以被编程在VSD 114中。在本发明的其他实施例中，总控制回路由控制器116管理。
取决于所需的配置，控制器116/信号处理器118可以是任何类型的，包括但不限于微处理器(μP)、微控制器(μC)、数字信号处理器(DSP)或其任何组合。控制器116/信号处理器118可以包括一级或多级高速缓存，例如一级高速缓存和二级高速缓存、处理器核和寄存器。示例处理器核可以包括算术逻辑单元(ALU)、浮点单元(FPU)、数字信号处理核(DSP核)或其任意组合。示例存储器控制器也可以与控制器116/信号处理器118一起使用，或者在一些实现中，存储器控制器可以是控制器116/信号处理器118的内部部分。
取决于所需的配置，系统存储器可被包括在控制器116/信号处理器118内。系统存储器可以是任何类型的，包括但不限于易失性存储器(例如RAM)、非易失性存储器(例如ROM、闪存等)或其任意组合。系统存储器可以包括操作系统、一个或多个应用程序和程序数据。系统存储器还可以包括文档交互评估算法，该算法被布置成执行这里描述的功能，包括关于图1的系统100描述的那些功能。
系统存储器可以通过可移动存储设备和不可移动存储设备来实现，它们是计算机存储介质的示例。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光学存储、盒式磁带、磁带、磁盘存储或其他磁存储设备，或者可以用于存储所需信息并且可以由控制器116/信号处理器118访问的任何其他介质。任何这样的计算机存储介质可以是控制器116/信号处理器118的一部分。
系统100还包括气动喷射器132。气动喷射器132或发射系统可以包括一组空气电磁阀的装置。从几何上来说，一个电磁阀可以覆盖N条通道，或者在一些实施例中，特别是对于大颗粒系统，一个或两个电磁阀针对特定位置(xi,y)。分配给(xi,y)的电磁阀由在控制器116和气动喷射器132之间的总线上的控制器输出信号i致动。
系统100还包括产品收集槽128和产品剔除槽130。这两个槽128和130分别被配置成承载来自材料样本106a/106b的经分拣的钻石和其余材料。槽128可以通向人类分拣员(未示出)，在那里对经分拣/标识的钻石进行进一步处理。类似地，槽130可以被配置成将材料运送到另一传送带系统中，在该另一传送带系统中，其余样本/材料样本106a/106b可以被回收。
在操作中，系统100从进料系统(未示出)接收输入材料样本106a/106b。材料样本106a/106b通过进料槽104被允许至传送带108上。随后，材料样本106a/106b被传送到感测区136。传送带的速度由变频驱动器114驱动的电机110控制，变频驱动器114从控制器116接收对应于速度的信号。此外，装置134(例如，转速计)持续感测/监测带的当前速度，并通过相应的信号与控制器116共享。系统100还可以被配置成如果装置134没有提供对应于当前速度的信号，则中止其操作。控制器116通过对x射线发生器120中包括的变压器进行逐步升压来控制加速电压的上升，这进而用高电压给x射线源122供电，以便产生从6keV到大约80keV的x射线。所生成的x射线透射穿过感测区136中的材料样本106a/106b。
此外，通过检测器126捕获发光数据或测量值，该发光数据或测量值对应于由材料样本106a/106b在响应于x射线透射的感测中所产生的发光。此外，检测器124捕获透射数据或测量值，其对应于透射穿过感测区136中的材料样本106a/106b的x射线。信号处理器118被配置成存储什么是钻石和什么不是钻石的阈值准则。具体地，信号处理器可以被配置成存储两种不同类型的数据准则，即单能数据和多能数据。信号处理器118将x射线投影到来自任一检测器的信号的检测器平面补偿的法线上，并计算单能空间中的光亮直接对比率与透射数据的反对数的相加。然后将实际数据与预存数据/准则进行比较。x射线在一个周期中从1keV-80keV斜升，确保采样数据被捕获、分析并确定材料样本106a/106b中的钻石，使得在计时时间之间在样本中没有留下材料间隙。从整个阵列中选择60keV的数据值，以便进行单能测试。输入的校准数据存储在处理器116中，该数据包括模型元素(即碳)在不同能量下的EXAFS趋势。执行实际样本趋势和模型元素的相关，以确立相似性水平，并且从而标识出钻石。执行统计估计，并基于相似性水平做出确定。
根据本发明的各种实施例，当前的方案利用了发光IL和透射IT这两者的测得辐射强度的变化并且定义了新的参数，该参数是通过执行与厚度和能量无关的以下比率中的比率的非线性相加(下文讨论)而得到的替代材料吸收系数。此外，上述办法对于这里讨论的单能和多能分拣这两者都是有效的。在多能分拣中，EXAFS测量值是从IO对比IL和IO对比IT导出的。本发明包括提供多能x射线源122，其中一个数据点可被用于单能分拣，并且整个集合可被用于多能分拣。
基于管理自吸收的目的，对于大的材料样本106a/106b，可以考虑150keV的发光数据，其他材料样本尺寸范围将用1keV和150keV之间的任何能量来照射。
单能分拣–发光率IL/Io和透射率lnIo/IT被用于定义新参数μ。这是基于下述：
这是在检测器126处的发光强度的方程。上述方程对于μχ(E)必须有解，但μtot(E)也是μχ(E)的函数，使得这是一个超越方程，除了使用牛顿拉普森方法之外，其很难直接求解。一般来说，为了求解上述方程，要考虑基于两个方面的设备简化假设。
厚度t-材料样本106a/106b的成分，即样本是否纯净或平衡浓度或稀释。
纯净是指μtot(E)＝μχ(E)，
平衡是指μtot(E)＝μχ(E)+μother(E)，其中μother(E)是杂质。
厚度假设-根据本发明的各种实施例，x射线能量以60keV使用，这是材料样本106a/106b具有不同吸收系数的最佳值。
薄样本
即构成产品的值t
当其是这种情况时，指数
可以被估计为
允许重写方程(5)为：
简化为
或
通过逆转方程(6)得到μχ(E)，在薄样本范围处的发光率可以确定为:
因此，IL/Io可被测得，而4π/∈ΔΩ是检测器的属性，其本身可以针对最佳μχ(E)测量值被优化。
上述条件的含义:
对于x＜0.4，e-x＝1-x
要回收颗粒中的钻石，其中70％为钻石，30％为废料，则得出:
μtot(E60)＝μχ(E60)+μother(E60)＝0.4933
x＝0.4933t<0.4，
t＜0.8190cm＝8.2mm
另一极限来自于近似
e-x≈0
这在当x＞1.616(这给出t＞32mm，对于μtot(E＝60kV)＝0.4933时发生。
这意味着方程(5)可以被估计为
但是分量是能量E的函数，并会导致IL减少，从而导致称为自吸收的现象。在厚样本下给出最佳强度测量的x射线能量的最佳值是E＝150keV。这被确定为发光强度测量的自吸收减轻的关键特征。
XRL检测器的几何配置
这里，中的项需要使得
根据本发明的各种实施例，θ即入射x射线垂直于样本，并且出射角非常小π/12。由此实现了XRL测量的自吸收校正。
根据本发明的各种实施例，推导适于：
t<8mm和t>32mm，未计入的间隙是10–32mm。XRL对小于10mm的样本表现良好，而XRT则不然，XRT对大于10mm的样本也表现良好。
XRT分拣
用于在XRT中分拣的方程为
/>
依赖于整个范围1.25mm到100mm的强度梯度的分拣。
薄样本，
IT≈Io
暗示了
在这一区域，XRT具有很差的对比，因为Io/IT≈ln 1＝0，从而造成了很差的区别度的情况。因此，在XRT中，为了没有对比影响的良好测量，需要:
IT≤0.5Io
将薄样本也定义为小于10mm。这一条件要求XRT测量的最小可能厚度为10mm。
检测集
梯度分拣法
根据本发明的一些实施例，执行了XRT和XRL方程的一些导数:
其大于零但是因变于t而减小,
通过定义新的参数
Dμx(E)作为
可以确定:
如果对于所有的t是常数，则,
Dμx(E)＝Ioμx(E)Ks
或
Dμx(E)＝Ioμx(E)Ks
因此，组合导数Dμx(E)对于每个材料样本106a/106b而言是唯一性的，因为μx(E)和Ks对于每个材料是唯一性的，由此本文设计了同时使用发光和透射测量的分拣方法，从而覆盖整个分拣范围(1.25mm到100mm)，管理自吸收以及不良对比度限制。
图5示出了根据本发明的各种实施例的用于标识和分拣金伯利岩中部分/完全释放的钻石的方法200。该方法可以通过控制器116/信号处理器118来执行。
在步骤202，可以接收输入信号以发起系统100的操作。输入信号可以被提供给控制器116和/或信号处理器118，它们被配置成经由计算设备直接与用户交互。计算设备的示例可以包括但不限于服务器、计算机、膝上型设备、平板设备等。
在步骤204，可以生成并传送参考速度信号。参考速度信号可以基于系统100的预定配置生成。所生成的参考速度信号可以被传送到变速驱动器114，以通过电机驱动传送带108，并驱动滑轮110和尾部滑轮112。在替代实施例中，参考速度信号可以仅响应于检测到系统100的所有门、面板或入口(未示出)被完全关闭而生成。如前所述，关闭可以由一个或多个传感器检测，并且相应的信号可以在控制器116/信号处理器118处接收。
在步骤206，可以接收对应于传送带108的当前速度的信号。可以从输入装置134(例如转速计)接收对应于当前速度的信号。对应于当前速度的接收信号可以与在步骤204传送的参考速度信号进行比较，并且如果两个信号之间的差大于预定阈值，则中止操作的信号可以传送到变频驱动器114。另外，如果没有接收到对应于当前速度的信号，也可以发送中止操作的信号。
在步骤208，可以传送发起和斜升加速电压的信号。斜升信号可被传送到x射线发生器120，x射线发生器120进而又向x射线源122供电以生成x射线。
在步骤210，可以接收对应于检测到的发光和x射线透射的输入数据信号或测量值。根据本发明的各种实施例，基于x射线穿过材料样本106a/106b的透射，可以从检测器124和126接收发光和x射线透射数据。
在步骤212，执行输入数据信号的处理。通过将x射线投影到来自检测器124和126中任一个的信号的检测器平面补偿的法线上，并通过计算单能空间中的发光直接对比率和透射数据的反对数的相加，来执行该处理。
在步骤214，确定处理后的信号是否对应于钻石，从而标识/分拣材料样本106a/106b中的钻石。步骤212和214可以共同包括以上关于图1讨论的用于信号处理的所有步骤。基于步骤212中的处理，将实际数据与预存数据/标准进行比较。x射线在一个周期中从1keV-80keV斜升，确保采样数据被捕获、分析并确定材料样本106a/106b中的钻石，使得在计时时间之间在样本中没有留下材料间隙。从整个阵列中选择60keV处的数据值，以便进行单能测试。输入的校准数据存储在处理器116中，该数据包括模型元素(即碳)在不同能量下的EXAFS趋势。执行实际样本趋势和模型元素的相关，以确立相似性水平，并从而标识钻石。执行统计估计，并基于相似性水平进行确定。
在步骤216，根据本发明的各种实施例，一个或多个信号可以被传送到气动喷射器，用于将材料分拣到产品收集槽128和产品剔除槽130中。
图6示出了根据本文描述的至少一些实施例的示例计算机程序产品，其被配置成能够对钻石进行分拣/标识。计算机程序产品600可以对应于以处理器可执行指令的形式存储在控制器116/信号处理器118中的程序产品。
计算机程序产品600可以包括信号承载介质604。信号承载介质604可以包括一个或多个指令602，当由例如处理器或控制器执行时，可以提供上述功能以从材料样本106a/106b中分拣/标识钻石。
在一些实现中，信号承载介质604可以包含计算机可读介质608，例如但不限于硬盘驱动器、光盘(CD)、数字视频光盘(DVD)、数字磁带、存储器等。在一些实现中，信号承载介质604可以包含可记录介质610，例如但不限于存储器、读/写(R/W)CD、R/W DVD等。在一些实现中，信号承载介质604可以包含通信介质606，例如但不限于数字和/或模拟通信介质(例如，光缆、波导、有线通信链路、无线通信链路等)。因此，例如，程序产品600可以由RF信号承载介质604传送到控制器116/信号处理器118，其中信号承载介质604由无线通信介质606(例如，符合IEEE 802.11标准的无线通信介质)传送。
还应注意，在本文的任何示例性方面中描述的操作步骤是为了提供示例和讨论而描述的。所描述的操作可以以不同于所示顺序的多种不同顺序来执行。此外，在单个操作步骤中描述的操作实际上可以在多个不同的步骤中执行。此外，可以组合在示例性方面中讨论的一个或多个操作步骤。应当理解，流程图中所示的操作步骤可以进行多种不同的修改，这对于本领域技术人员来说是显而易见的。本领域技术人员还应当理解，可以使用各种不同的工艺和技术来表示信息和信号。例如，贯穿以上描述可能提及的数据、指令、命令、信息、信号、比特、符号和码片可以由电压、电流、电磁波、磁场或粒子、光场或粒子或其任意组合来表示。
提供本文中的先前描述是为了使得本领域任何人员能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对于本领域技术人员来说将是显而易见的，并且这里定义的一般原理可以应用于其他变型。因此，本公开不旨在限于本文描述的示例和设计，而是符合与本文公开的原理和新颖特征一致的最宽范围。
Claims (10)
1.一种用于分拣钻石的系统，所述系统包括:
传送系统，所述传送系统包括用于传送包括钻石的材料样本的传送带；
x射线源，所述x射线源被配置成向所述材料样本发射x射线；
放置在所述传送带周围的x射线发光(XRL)检测器，所述XRL检测器被配置成测量来自所述材料样本的x射线的辐射强度；
放置在所述传送带下方的x射线透射(XRT)检测器，所述XRT检测器被配置成测量透射穿过所述材料样本的x射线的透射强度；以及
处理器，被配置成：
分别从所述XRL检测器和所述XRT检测器接收辐射强度和透射强度的测量值；
处理所述辐射强度和所述透射强度的测量值，以确定等效吸收系数；以及
基于所述等效吸收系数和预存的模型物质吸收系数之间的比较，将所述材料样本或所述材料样本的一部分标识为钻石。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述处理器被配置成通过倒置所述辐射强度和透射强度的每个测量值来处理所述辐射强度和透射强度的测量值。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述x射线源被配置成在所述传送带上的预定义感测区中发射x射线。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述x射线源被配置成在所述预定义的感测区以单一能级发射x射线。
5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，还包括x射线发生器，其中所述x射线发生器被配置成向所述x射线源提供一系列逐步升高的电压信号。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述x射线源被配置成在所述预定义的感测区以对应于所述一系列逐步升高的电压信号的多个能级发射x射线。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述多个能级对应于1keV至150keV范围内的一系列能级。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，为了将所述材料样本标识为钻石，所述处理器被配置成确定所述等效吸收系数和所述预存的模型物质吸收系数之间的比较结果位于预定义的范围内。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括气动喷射器，其中所述气动喷射器被配置成响应于所述材料样本被标识为钻石而在所述传送带的坐标(x,y)处发射。
10.一种分拣钻石的方法，所述方法包括:
通过包括传送带的传送系统传送包括钻石的材料样本；
由x射线源向所述材料样本发射x射线；
通过放置在所述传送带周围的x射线发光(XRL)检测器测量来自所述材料样本的x射线的辐射强度；
通过放置在所述传送带下方的x射线透射(XRT)检测器测量穿过所述材料样本的x射线的透射强度；以及
由处理器接收分别来自所述XRL检测器和所述XRT检测器的所述辐射强度和透射强度的测量值；
由所述处理器处理所述辐射强度和透射强度的测量值，以确定等效吸收系数；以及
基于所述等效吸收系数和预存的模型物质吸收系数之间的比较，将所述材料样本或所述材料样本的一部分标识为钻石。
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