CN117190928A - 一种基于双能x射线的矿石料层厚度检测系统 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及矿石检测技术领域，提供一种基于双能X射线的矿石料层厚度检测系统，包括双能X射线矿石扫描装置和中央控制系统，通过所述X射线源向所述矿石输送皮带上的矿石发射X射线，由所述线阵列探测器采集X射线透射高低能灰度图像，其中，所述X射线透射高低能灰度图像包括X射线透射高能灰度图像和X射线透射低能灰度图像。将采集的X射线透射高低能灰度图像传输至中央控制系统，以有中央控制系统根据预先建立的厚度识别模型，结合当前矿石的品位信息，得到当前矿石的料层厚度。
Description
技术领域
本申请涉及矿石检测技术领域，尤其涉及一种基于双能X射线的矿石料层厚度检测系统。
背景技术
选矿工序作为原矿石到钢铁的生产过程中的第一个处理工序，是保证矿产资源有效利用的关键环节。选矿工序主要包括矿石破碎、磨矿分级和选别三个过程，其中磨矿过程是最为关键的组成部分，起着承上启下的作用，其主要任务就是利用球磨机的物理性研磨和分选设备分级选择，将矿石颗粒由大变小到一定的程度。所以，在经过破碎工序的矿石传输至磨矿分级工序的过程中，对矿石的料层厚度初步分析，可为后续的磨矿分级和选别等工艺的自动控制提供指导性数据。
现有技术中，通常采用非接触式传感器连续快速地测量移动材料的厚度，非接触式传感器主要包括电涡流厚度传感器、磁性厚度传感器、电容厚度传感器、超声波厚度传感器和X射线厚度传感器，例如，在运输矿石的皮带上方安装X射线发生器，利用单一强度的X射线穿过被测物体后的剩余射线强度与被测物体的厚度近似呈一指数递减关系，来预测被测矿石的料层厚度。
然而，在实际工况中，不同组分的矿石对X射线中特定能级粒子的吸收能力不同，导致X射线穿过矿石后剩余射线强度与矿石厚度并不严格遵守指数递减规律，同时，运输矿石所用的皮带也会被X射线透射，进而产生干扰数据，导致测量结果并不精确。
发明内容
为了更精确的获取矿石料层厚度，本申请提供一种基于双能X射线的矿石料层厚度检测系统。
本申请提供的一种基于双能X射线的矿石料层厚度检测系统，包括双能X射线矿石扫描装置和中央控制系统100，所述双能X射线矿石扫描装置设置在矿石破碎系统与磨矿分级系统之间，包括矿石输送皮带1以及半封闭所述矿石输送皮带1一段区域的防护通道2，所述防护通道2上方设置有连通射线源腔室3的开口；所述射线源腔室3顶部设置有X射线源4，所述X射线源4与所述矿石输送皮带1之间设有准直器5，所述矿石输送皮带1正下方设置有线阵列探测器6；所述X射线源4发射的X射线经过所述准直器5光束宽度调整后，照射在所述矿石输送皮带1的矿石上；所述线阵列探测器6用于采集矿石的X射线透射高低能灰度图像，以及将所述X射线透射高低能灰度图像传输至中央控制系统100；
所述中央控制系统被配置为：
获取当前矿石料层的品位信息；
将所述品位信息和所述X射线透射高低能灰度图像输入预先建立的厚度识别模型，得到矿石的料层厚度，所述厚度识别模型包含矿石料层的品位信息和矿石料层的X射线透射高低能灰度图像与矿石料层厚度的映射关系；其中，所述厚度识别模型通过以下方法得到：
获取多组已知样本数据，所述已知样本数据包括矿石料层的品位信息、矿石料层的X射线透射高低能灰度图像以及对应的矿石料层厚度，其中，所述X射线透射高低能灰度图像是采用所述双能X射线矿石扫描装置获得的；
基于所述多组已知样本数据，采用三次样条插值函数拟合曲线，生成厚度识别模型。
可选的，所述采用三次样条插值函数拟合曲线，生成厚度识别模型，包括：
基于所述多组已知样本数据，采用三次样条插值函数拟合，得到一组中间互不相交的曲线；
其中，每条曲线分别代表不同的料层厚度。
可选的，所述将所述品位信息和所述X射线透射高低能灰度图像输入预先建立的厚度识别模型，得到矿石的料层厚度，包括：
根据所述品位信息和所述X射线透射高低能灰度图像，采用最小二乘法匹配得到对应的曲线；
根据对应的曲线，得到矿石的料层厚度。
可选的，所述射线源腔室3内部设置有屏蔽体31，所述屏蔽体31为锥形结构，所述锥形结构的窄端连接所述X射线源4的出射口，所述准直器5设置在所述锥形结构的宽端。
可选的，所述屏蔽体31包括内层钢板和外层铅板。
可选的，所述射线源腔室3内部还设置有空调系统32。
可选的，所述中央控制系统100还包括设备控制模块，所述设备控制模块包括X射线源模块、线阵列探测器模块和矿石传输模块；
所述X射线源模块用于控制系统X射线源4发射X射线；
所述线阵列探测器模块用于控制线阵列探测器6接收矿石的X射线透射高低能灰度图像；
所述矿石传输模块用于控制矿石输送皮带1的启动、停止和运输速度。
可选的，所述中央控制系统100还包括与所述设备控制模块连接的图像处理分析模块，所述图像处理分析模块包括厚度识别模块和实时显示及传输模块；
所述厚度识别模块用于基于厚度识别模型，根据当前料层的品位信息和X射线透射高低能灰度图像，得到矿石的料层厚度；
所述实时显示及传输模块用于系统中数据的实时传输及显示。
可选的，所述矿石料层厚度检测系统还包括与所述设备控制模块连接的电气控制系统7，所述电气控制系统7连接所述X射线源4、所述线阵列探测器6和所述矿石输送皮带1；
所述电气控制系统用于控制X射线信号的发送和接收，以及皮带机的启停变速功能。
可选的，所述电气控制系统7采用欧姆龙可编程逻辑控制器。
由以上技术方案可知，本申请提供的一种基于双能X射线的矿石料层厚度检测系统，包括双能X射线矿石扫描装置和中央控制系统100，通过所述X射线源4向所述矿石输送皮带1上的矿石发射X射线，由所述线阵列探测器6采集X射线透射高低能灰度图像，其中，所述X射线透射高低能灰度图像包括X射线透射高能灰度图像和X射线透射低能灰度图像。将采集的X射线透射高低能灰度图像传输至中央控制系统100，以有中央控制系统100根据预先建立的厚度识别模型，结合当前矿石的品位信息，得到当前矿石的料层厚度，其中，该厚度识别模型包含矿石料层的品位信息和矿石料层的X射线透射高低能灰度图像与矿石料层厚度的映射关系。
本申请的双能X射线矿石扫描装置能够基于双能X射线实现对矿石属性数据的采集，综合成本低，通用性强；本申请实施例的厚度识别模型算法基于当前硬件系统，能够非接触式的快速对矿石料层厚度分析检测，做到快速响应，且针对不同品位的矿石有较好地兼容性。相较于其他厚度检测算法，本申请实施例的厚度识别模型算法成本更低，且与系统的兼容性更好；本申请实施例的双能X射线矿石扫描装置和厚度识别模型算法均是根据矿山生产的实际环境所设计、实验以及开发，能够直接应用于矿山的生产流程，具有更强的使用价值。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种基于双能X射线的矿石料层厚度检测系统的原理性结构示意图；
图2为本申请实施例提供的一种基于双能X射线的矿石料层厚度检测系统的主视结构示意图；
图3为本申请实施例提供的一种基于双能X射线的矿石料层厚度检测系统的侧视结构示意图；
图4为本申请实施例提供的射线源端防护和通道防护的结构示意图；
图5为本申请实施例提供的160V X射线对不同品位和不同厚度的矿石透射效果图；
图6为本申请实施例提供的厚度识别模型的原理示意图；
图7为本申请实施例提供的电气控制系统的原理示意图。
图中，1-矿石输送皮带，2-防护通道，3-射线源腔室，31-屏蔽体，32-空调系统，4-X射线源，5-准直器，6-线阵列探测器，7-电气控制系统，100-中央控制系统。
具体实施方式
为了更精确的获取矿石料层厚度，如图1所示，为本申请实施例提供的一种基于双能X射线的矿石料层厚度检测系统的原理性结构示意图。本申请实施例提供的一种基于双能X射线的矿石料层厚度检测系统，包括双能X射线矿石扫描装置和中央控制系统100，该双能X射线矿石扫描装置设置在矿石破碎系统与磨矿分级系统之间，用于连续实时采集运输皮带上的矿石的X射线透射高低能灰度图像，并将X射线透射高低能灰度图像传输至中央控制系统100，以使中央控制系统100通过该X射线透射高低能灰度图像，再结合当前矿石的品位信息，得到矿石料层厚度。
该双能X射线矿石扫描装置包括矿石输送皮带1，所述矿石输送带1的一端连接所述矿石破碎系统，另一端连接磨矿分级系统，用于将所述矿石破碎系统完成破碎的矿石输送到所述矿石破碎系统，需要说明的是，本申请实施例提供的双能X射线矿石扫描装置的目的是为了采集用于分析矿石料层厚度的数据，并不局限于安装在矿石破碎系统与磨矿分级系统之间，还可以根据实际工程需求，安装在其他区域，或者单独设置使用。
所述矿石输送皮带1的一段区域半封闭的设置有防护通道2，所述防护通道2上方设置有连通射线源腔室3的开口；所述射线源腔室3顶部设置有X射线源4，在所述X射线源4与所述矿石输送皮带1之间设置有准直器5，所述准直器5通过准直缝控制穿过的有效光束宽度，所述X射线源4发射的X射线经过所述准直器5光束宽度调整后，照射在所述矿石输送皮带1的矿石上。在所述矿石输送皮带1正下方设置有线阵列探测器6，且所述线阵列探测器6处于所述防护通道2内；所述线阵列探测器6用于采集矿石的X射线透射高低能灰度图像，并将其传输至中央控制系统100，其中，所述X射线透射高低能灰度图像包括X射线透射高能灰度图像和X射线透射低能灰度图像。
参见图2和图3，本申请实施例中的X射线源4采用顶照式结构，X射线源4的电压管电流的选用以符合国家三类射线源标准为基础，在保证足够的穿透能力的同时具备良好的安全性。射线源腔室3采用特殊化设计，本申请实施例的设计将射线源安装于密闭空间内，并使用密封条、专用卡槽以及密封胶保证空间的密闭性，以隔绝矿山实际工况中的高温和高粉尘环境。进一步的，为保证射线源能够处于良好的工作环境中，在密闭的射线源腔室3内，还安装有空调系统32，例如IP65级的工业空调，可延长射线源的工作寿命，保证其数据质量。
为保证设备操作人员及公众的安全，在部分优选实施例中，该双能X射线矿石扫描装置配置相应级别的辐射防护系统，以保证控制区内外的泄露射线剂量符合国家安全标准。辐射防护系统包括射线源端防护和通道防护。如图4所示，图4中(a)为射线源端防护的结构示意图，射线源端防护包括射线源外部覆盖的屏蔽铅板和所述射线源腔室3内部设置的屏蔽体31，该屏蔽体31为锥形结构，锥形结构的窄端连接所述X射线源4的出射口，锥形结构的宽端连接准直器5。屏蔽体31主体选用钢板焊接而成，其外层同样焊有一定厚度的铅板起到辐射防护作用。此外，屏蔽体31还可以控制射线的辐射角度，其开口角度保证射线能够完整覆盖矿石输送皮带1上的矿石，且透射信号能在合理角度下被较高质量探测到。
图4中(b)为通道防护的结构示意图，射线经由屏蔽体31后，进入防护通道2，该通道为开放式结构，且通道内部存在一定散射，本申请实施例在防护通道2外侧设置防护铅板，该防护铅板包括顶部防护铅板和两侧防护铅板，通过散射公式的计算，顶部防护铅板和两侧防护铅板分别采用5mm和4mm的铅板厚度。此外，考虑到线阵列探测器6辐射防护，该防护铅板还包括位于底部防护铅板，基于极限情况下系统中未输送矿石，底部防护铅板采用7mm的铅板厚度。
进一步的，线阵列探测器6的外部设有封闭的探测器盒，线阵列探测器6的材料为GGAG闪烁体，且呈线状排布，用于探测X射线源4发射的双能X射线透射信号。
本申请实施例中在线阵列探测器6采集当前矿石的X射线透射信号后，将其发送至中央控制系统100，由中央控制系统100根据其内部封装的厚度识别模型算法，综合实时分析当前矿石料层的厚度信息，以下详述本申请实施例预先建立的厚度识别模型。
X射线对于不同物质和同类不同厚度物质的透射效果不同，如图5所示，对于相同型号和电压的射线源而言，不同物质和不同厚度透射得到的图像规律有显著性差异，针对同种物质，基于该差异进行分析，即可得出物质的厚度信息。基于该差异，对于相同品位的矿石料层，采用X射线对不同厚度矿石料层进行扫描，可以得出一组厚度关于透射能量高低的数据，基于该数据，采用三次样条插值函数进行曲线拟合，可以得到一组中间部分互不相交的曲线，每条曲线分别代表了不同的厚度，如图6所示，为本申请实施例提供的厚度识别模型的原理示意图。具体地，本申请实施例首先获取多组已知样本数据，所述已知样本数据包括矿石料层的品位信息、矿石料层的X射线透射高低能灰度图像以及对应的矿石料层厚度，由于运输矿石所用的皮带也会被X射线透射，进而产生干扰数据，所以为去除噪声，本申请实施例已知样本数据中的X射线透射高低能灰度图像也是采用前述双能X射线矿石扫描装置获得的。
基于获取的多组已知样本数据，采用三次样条插值函数拟合曲线，生成厚度识别模型。在模型建立后，将其封装在中央控制系统100中，在实际应用检测矿石料层厚度时，中央控制系统100实时接收当前矿石料层的X射线透射高低能灰度图像，结合当前矿石的品位，将品位信息和X射线透射高低能灰度图像输入预先建立的厚度识别模型，厚度识别模型采用最小二乘法匹配得到对应的曲线，根据对应的曲线，得到当前矿石的料层厚度。需要说明的是，当前矿石的品位信息由中央控制系统100获取得到，例如，当系统运输的矿石为一批品位稳定的金矿，可以预先将该金矿对应的品位数据输入至中央控制系统100中，又例如，当系统运输的矿石品位不稳定，则可以实时检测当前品位，再将品位信息传输至中央控制系统100，其中，现有技术中关于矿石品位的实时检测技术已较为成熟，在此不再赘述。
进一步的，在本申请的部分实施例中，中央控制系统100的软件架构采用模块化设计，其包括设备控制模块和与所述设备控制模块连接的图像处理分析模块。该设备控制模块包括X射线源模块、线阵列探测器模块和矿石传输模块，X射线源模块用于控制系统X射线源4的发射，线阵列探测器模块用于控制线阵列探测器6信号接收，矿石传输模块用于控制矿石输送皮带1的启动、停止和运输速度。
图像处理分析模块包括厚度识别模块和实时显示及传输模块，其中，厚度识别模型具体封装于厚度识别模块中，厚度识别模块用于基于厚度识别模型，根据当前料层的品位信息和X射线透射高低能灰度图像，得到矿石的料层厚度，实时显示及传输模块用于系统中数据的实时传输及显示。
进一步的，在本申请的部分实施例中，本申请的矿石料层厚度检测系统还包括与设备控制模块连接的电气控制系统7，该电气控制系统7同时连接所述X射线源4、所述线阵列探测器6和所述矿石输送皮带1，参见图7，该电气控制系统7由由欧姆龙高性能可编程逻辑控制器(PLC)作为中央控制单元，用于控制射线系统信号的发送和接收以及皮带机的基本启停变速等功能。PLC通过光纤与中央控制系统100相连，采用上位机组态软件远程发送指令控制系统工作。此外，电气控制系统7在本地出现紧急情况时可以显示并报警，且具有本地紧急停止，辐射区防闯入的安全连锁功能。
由以上技术方案可知，本申请实施例提供的一种基于双能X射线的矿石料层厚度检测系统，包括双能X射线矿石扫描装置和中央控制系统100，通过所述X射线源4向所述矿石输送皮带1上的矿石发射X射线，由所述线阵列探测器6采集X射线透射高低能灰度图像，其中，所述X射线透射高低能灰度图像包括X射线透射高能灰度图像和X射线透射低能灰度图像。将采集的X射线透射高低能灰度图像传输至中央控制系统100，以有中央控制系统100根据预先建立的厚度识别模型，结合当前矿石的品位信息，得到当前矿石的料层厚度，其中，该厚度识别模型包含矿石料层的品位信息和矿石料层的X射线透射高低能灰度图像与矿石料层厚度的映射关系。
本申请实施例的双能X射线矿石扫描装置能够基于双能X射线实现对矿石属性数据的采集，综合成本低，通用性强；本申请实施例的厚度识别模型算法基于当前硬件系统，能够非接触式的快速对矿石料层厚度分析检测，做到快速响应，且针对不同品位的矿石有较好地兼容性。相较于其他厚度检测算法，本申请实施例的厚度识别模型算法成本更低，且与系统的兼容性更好；本申请实施例的双能X射线矿石扫描装置和厚度识别模型算法均是根据矿山生产的实际环境所设计、实验以及开发，能够直接应用于矿山的生产流程，具有更强的使用价值。
以上结合具体实施方式和范例性实例对本申请进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本申请的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本申请精神和范围的情况下，可以对本申请技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本申请的范围内。本申请的保护范围以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种基于双能X射线的矿石料层厚度检测系统，其特征在于，包括双能X射线矿石扫描装置和中央控制系统(100)，所述双能X射线矿石扫描装置设置在矿石破碎系统与磨矿分级系统之间，包括矿石输送皮带(1)以及半封闭所述矿石输送皮带(1)一段区域的防护通道(2)，所述防护通道(2)上方设置有连通射线源腔室(3)的开口；所述射线源腔室(3)顶部设置有X射线源(4)，所述X射线源(4)与所述矿石输送皮带(1)之间设有准直器(5)，所述矿石输送皮带(1)正下方设置有线阵列探测器(6)；所述X射线源(4)发射的X射线经过所述准直器(5)光束宽度调整后，照射在所述矿石输送皮带(1)的矿石上；所述线阵列探测器(6)用于采集矿石的X射线透射高低能灰度图像，以及将所述X射线透射高低能灰度图像传输至中央控制系统(100)；
所述中央控制系统被配置为：
获取当前矿石料层的品位信息；
将所述品位信息和所述X射线透射高低能灰度图像输入预先建立的厚度识别模型，得到矿石的料层厚度，所述厚度识别模型包含矿石料层的品位信息和矿石料层的X射线透射高低能灰度图像与矿石料层厚度的映射关系；其中，所述厚度识别模型通过以下方法得到：
获取多组已知样本数据，所述已知样本数据包括矿石料层的品位信息、矿石料层的X射线透射高低能灰度图像以及对应的矿石料层厚度，其中，所述X射线透射高低能灰度图像是采用所述双能X射线矿石扫描装置获得的；
基于所述多组已知样本数据，采用三次样条插值函数拟合曲线，生成厚度识别模型。
2.根据权利要求1所述的一种基于双能X射线的矿石料层厚度检测系统，其特征在于，所述采用三次样条插值函数拟合曲线，生成厚度识别模型，包括：
基于所述多组已知样本数据，采用三次样条插值函数拟合，得到一组中间互不相交的曲线；
其中，每条曲线分别代表不同的料层厚度。
3.根据权利要求2所述的一种基于双能X射线的矿石料层厚度检测系统，其特征在于，所述将所述品位信息和所述X射线透射高低能灰度图像输入预先建立的厚度识别模型，得到矿石的料层厚度，包括：
根据所述品位信息和所述X射线透射高低能灰度图像，采用最小二乘法匹配得到对应的曲线；
根据对应的曲线，得到矿石的料层厚度。
4.根据权利要求1所述的一种基于双能X射线的矿石料层厚度检测系统，其特征在于，所述射线源腔室(3)内部设置有屏蔽体(31)，所述屏蔽体(31)为锥形结构，所述锥形结构的窄端连接所述X射线源(4)的出射口，所述准直器(5)设置在所述锥形结构的宽端。
5.根据权利要求4所述的一种基于双能X射线的矿石料层厚度检测系统，其特征在于，所述屏蔽体(31)包括内层钢板和外层铅板。
6.根据权利要求1所述的一种基于双能X射线的矿石料层厚度检测系统，其特征在于，所述射线源腔室(3)内部还设置有空调系统(32)。
7.根据权利要求1所述的一种基于双能X射线的矿石料层厚度检测系统，其特征在于，所述中央控制系统(100)还包括设备控制模块，所述设备控制模块包括X射线源模块、线阵列探测器模块和矿石传输模块；
所述X射线源模块用于控制系统X射线源(4)发射X射线；
所述线阵列探测器模块用于控制线阵列探测器(6)接收矿石的X射线透射高低能灰度图像；
所述矿石传输模块用于控制矿石输送皮带(1)的启动、停止和运输速度。
8.根据权利要求7所述的一种基于双能X射线的矿石料层厚度检测系统，其特征在于，所述中央控制系统(100)还包括与所述设备控制模块连接的图像处理分析模块，所述图像处理分析模块包括厚度识别模块和实时显示及传输模块；
所述厚度识别模块用于基于厚度识别模型，根据当前料层的品位信息和X射线透射高低能灰度图像，得到矿石的料层厚度；
所述实时显示及传输模块用于系统中数据的实时传输及显示。
9.根据权利要求8所述的一种基于双能X射线的矿石料层厚度检测系统，其特征在于，所述矿石料层厚度检测系统还包括与所述设备控制模块连接的电气控制系统(7)，所述电气控制系统(7)连接所述X射线源(4)、所述线阵列探测器(6)和所述矿石输送皮带(1)；
所述电气控制系统用于控制X射线信号的发送和接收，以及皮带机的启停变速功能。
10.根据权利要求9所述的一种基于双能X射线的矿石料层厚度检测系统，其特征在于，所述电气控制系统(7)采用欧姆龙可编程逻辑控制器。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202210610773.6A CN117190928A (zh) | 2022-05-31 | 2022-05-31 | 一种基于双能x射线的矿石料层厚度检测系统 |
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| CN202210610773.6A CN117190928A (zh) | 2022-05-31 | 2022-05-31 | 一种基于双能x射线的矿石料层厚度检测系统 |
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| CN117190928A true CN117190928A (zh) | 2023-12-08 |
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