DE102020113814A1

DE102020113814A1 - Bulk material analysis device, bulk material separation device and methods for analyzing and / or separating bulk materials

Info

Publication number: DE102020113814A1
Application number: DE102020113814.8A
Authority: DE
Inventors: Hartmut Harbeck; Rui Li
Original assignee: Minrocon GmbH
Current assignee: Minrocon GmbH
Priority date: 2020-05-22
Filing date: 2020-05-22
Publication date: 2021-11-25

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schüttgutanalysevorrichtung mit einer Förderstrecke (3) für das Schüttgut (B), einer Röntgenquelle (2) an einer Seite der Förderstrecke (3) und wenigstens einem Zeilensensor (1) gegenüberliegend der Röntgenquelle (2) auf der anderen Seite der Förderstrecke (3), wobei der Zeilensensor (1) mit einer Vielzahl von quer zur Förderstrecke (3) angeordneten einzelnen Pixeln ausgestattet ist, wobei der Zeilensensor (1) aus mehreren geradlinigen Sensorabschnitten (11) zusammengesetzt ist, die alle im Wesentlichen auf gleicher Höhe nahe an und quer zur Förderstrecke (3) angeordnet sind, wobei jeder Sensorabschnitt (11) in seinem Zentrum orthogonal zur Röntgenquelle (2) orientiert ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Schüttgutanalyseverfahren, bei dem Schüttgut (B) lateral gefördert, von Röntgenstrahlung (21) durchleuchtet und das dabei entstehende Röntgen-Transmissionssignal zur Eigenschaftsbestimmung des Schüttgutes (B) über einen Zeilensensor (1) erfasst wird, wobei die Röntgenstrahlung (21) in einem Winkelbereich von +/- 4° zur Orthogonalen auf den Zeilensensor (1) gerichtet wird.The invention relates to a bulk material analysis device with a conveyor line (3) for the bulk material (B), an X-ray source (2) on one side of the conveyor line (3) and at least one line sensor (1) opposite the X-ray source (2) on the other side of the conveyor line (3), the line sensor (1) being equipped with a large number of individual pixels arranged transversely to the conveyor line (3), the line sensor (1) being composed of several straight sensor sections (11), all of which are essentially at the same height are arranged on and across the conveyor line (3), each sensor section (11) being oriented in its center orthogonally to the X-ray source (2). The invention also relates to a bulk material analysis method in which the bulk material (B) is conveyed laterally, is illuminated by X-ray radiation (21) and the resulting X-ray transmission signal for determining the properties of the bulk material (B) is recorded by a line sensor (1), the X-ray radiation (21 ) is directed at the line sensor (1) in an angular range of +/- 4 ° to the orthogonal.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schüttgutanalysevorrichtung mit einer Förderstrecke für das Schüttgut, einer Röntgenquelle an einer Seite der Förderstrecke und wenigstens einem Zeilensensor gegenüberliegend der Röntgenquelle auf der anderen Seite der Förderstrecke, wobei der Zeilensensor mit einer Vielzahl von quer zur Förderstrecke angeordneten einzelnen Pixeln ausgestattet ist. Ferner betrifft die Erfindung eine Schüttguttrennvorrichtung mit dieser Schüttgutanalysevorrichtung. Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Analyse und/oder Trennung von Schüttgütern, bei dem Schüttgut lateral gefördert, von Röntgenstrahlung durchleuchtet und das dabei entstehende Röntgen-Transmissionssignal zur Eigenschaftsbestimmung des Schüttgutes über einen Zeilensensor erfasst wird.The invention relates to a bulk material analysis device with a conveyor line for the bulk material, an X-ray source on one side of the conveyor line and at least one line sensor opposite the X-ray source on the other side of the conveyor line, the line sensor being equipped with a large number of individual pixels arranged transversely to the conveyor line. The invention also relates to a bulk material separation device with this bulk material analysis device. The invention also relates to a method for analyzing and / or separating bulk goods, in which bulk goods are conveyed laterally, x-rayed and the resulting X-ray transmission signal for determining the properties of the bulk goods is detected by a line sensor.

Schüttgut bedeutet dabei ein schüttfähiges Material, das über eine Förderstrecke, bspw. ein Förderband, eine Schurre oder ähnlichem transportiert werden kann. Dabei kann Schüttgut bspw. aus bergmännisch gewonnenen Gesteinen, ggf. auf eine geeignete Brockengröße gebrochene Gesteine, aber auch aus anderen schüttfähigen Materialien, wie bspw. Kies, Abfall (Müll) oder Rezyklaten bestehen.Bulk material here means a pourable material that can be transported over a conveyor line, for example a conveyor belt, a chute or the like. In this case, bulk material can consist, for example, of rock extracted by mining, if necessary rock broken to a suitable chunk size, but also of other pourable materials such as gravel, waste (garbage) or recyclates.

Es ist bekannt, Schüttgut im Förderstrom über geeignete Sensorik zu beobachten, um bspw. eine Abtrennung von unerwünschten Bestandteilen zu ermöglichen. Dabei hat sich insbesondere die Verwendung von Röntgenstrahlung als nicht-destruktive Untersuchung von Materialeigenschaften aller möglichen Objekte (im Schüttgut), die an der Oberfläche nicht ohne weiteres erfassbar sind, als vorteilhaft erwiesen. Bspw. sind aus der US 6,122,343 übereinander liegende Arrays als Sensormittel bekannt, die ein hochauflösendes Bild unter Betrachtung zweier Energieniveaus der Röntgenstrahlung aus der rechnerischen Auswertung der Bildinformationen ermöglichen. Daraus lassen sich Informationen über die Inhaltsstoffe einzelner Schüttgutbrocken gewinnen.It is known to observe bulk material in the conveying flow using suitable sensors in order, for example, to enable undesired constituents to be separated. In particular, the use of X-rays as a non-destructive investigation of material properties of all possible objects (in the bulk material) which cannot easily be detected on the surface has proven to be advantageous. E.g. are from the U.S. 6,122,343 Arrays lying one above the other are known as sensor means, which enable a high-resolution image while considering two energy levels of the X-rays from the computational evaluation of the image information. Information about the ingredients of individual bulk chunks can be obtained from this.

Dazu lehrt die EP 1 703 996 B1 eine platzsparende Anordnung für eine derartige Schüttgutanalyse- und Trennvorrichtung, bei der durch zwei Röntgenfilter für unterschiedliche Energieniveaus, die jeweils vor den entsprechenden Sensoren angeordnet sind, Informationen über die Schüttgutteilchen gewonnen werden können. Dabei erfolgt ein Filtern in wenigstens zwei unterschiedlichen Spektren zum ortsaufgelösten Auffangen der die Schüttgutteilchen durchdrungenen Röntgenstrahlung in wenigstens einem Zeilensensor integriert über einen vorbestimmten Energiebereich. Dies kann bei Nutzung eines Zeilensensors durch Passieren verschiedener Filter und nacheinander Auffangen der transmittierten Strahlung, insbesondere durch zwei Sensorzeilen mit je einem anderen Filter, erfolgen, wobei die Filter unterschiedliche Spektren durchlassen, die einmal eher weichen und einmal eher harten Charakter haben.This is what the teaches EP 1 703 996 B1 a space-saving arrangement for such a bulk material analysis and separation device, in which information about the bulk material particles can be obtained through two X-ray filters for different energy levels, which are each arranged in front of the corresponding sensors. In this case, filtering takes place in at least two different spectra for the spatially resolved collection of the x-ray radiation penetrated by the bulk material particles in at least one line sensor integrated over a predetermined energy range. When using a line sensor, this can be done by passing through different filters and successively intercepting the transmitted radiation, in particular by using two lines of sensors with a different filter each, the filters allowing different spectra to pass through, which are sometimes soft and sometimes hard.

Um die Orientierung der auf dem Förderband aufliegenden oder in der Förderstrecke befindlichen Schüttgutteilchen sicher zu stellen, sollte das Analyseergebnis möglichst kurz hinter der Röntgenaufnahme, bspw. nur wenige zehntel Sekunden danach zur Verfügung stehen. Daher ist eine anspruchsvolle Auswertung der Sensordaten bei typischen Fördergeschwindigkeiten des Schüttgutes von 3 m/s innerhalb einer sehr kurzen Förderstrecke erforderlich. Denn nur durch eine möglichst rasche Auswertung kann das im Bereich der Röntgenaufnahme vorhandene Schüttgutgefüge auch für den unmittelbar danach liegenden Zeitpunkt als noch im Wesentlichen unverändert angenommen werden.In order to ensure the orientation of the bulk material particles lying on the conveyor belt or in the conveyor line, the analysis result should be available as soon as possible after the X-ray image, for example only a few tenths of a second afterwards. Therefore, a demanding evaluation of the sensor data is necessary at typical conveying speeds of the bulk material of 3 m / s within a very short conveying distance. This is because the bulk material structure present in the area of the X-ray image can only be assumed to be essentially unchanged for the point in time immediately thereafter by evaluating as quickly as possible.

Neben dieser eher geringen Ortsungenauigkeit durch umkippende, taumelnde oder verrutschende Schüttgutteilchen liegt im geometrischen Aufbau der bisher bekannten Schüttgutanalysevorrichtungen mit einer Röntgenquelle und einem Zeilensensor eine geometrische Ungenauigkeit hinsichtlich der räumlichen Zuordnung des jeweils gemessenen Signals dadurch vor, dass bei einer mittig oberhalb der Förderstrecke angeordneten Röntgenquelle als Punktquelle die weiter außen auf der Förderstecke beobachteten Schüttgutteilchen unter einem deutlich von der Lotrechten abweichenden Beobachtungswinkel durchstrahlt werden. Dabei ist weniger die „schräge“ Durchstrahlung eines Schüttgutteilchens problematisch, als vielmehr das schräge Auftreffen der Röntgenstrahlung auf dem Zeilensensor. Je nach Ausbildung des Zeilensensors können sich dabei erhebliche Parallaxenfehler und somit Zuordnungsfehler ergeben. Insbesondere bei der Verwendung von zwei übereinanderliegenden Zeilensensoren, einem ersten (oberen) Zeilensensor für weiche Röntgenstrahlung und einem zweiten (unteren) Zeilensensor für härtere Röntgenstrahlung, ergeben sich zwischen den beiden Bildern, die zur Bestimmung der Inhaltsstoffe der Schüttgutteilchen durch Auswertung der Bildinformationen Verwendung finden sollen, somit erhebliche Fehler hinsichtlich der Lokalisierung von den gemessenen Ereignissen.In addition to this rather low positional inaccuracy due to overturning, tumbling or sliding bulk material particles, there is a geometric inaccuracy in the geometric structure of the previously known bulk material analysis devices with an X-ray source and a line sensor with regard to the spatial assignment of the respective measured signal due to the fact that with an X-ray source arranged centrally above the conveyor line as Point source, the bulk material particles observed further outside on the conveyor line are irradiated at an observation angle that clearly deviates from the perpendicular. The problem is not so much the “oblique” irradiation of a bulk material as the oblique impingement of the X-ray radiation on the line sensor. Depending on the design of the line sensor, considerable parallax errors and thus assignment errors can result. In particular when using two superimposed line sensors, a first (upper) line sensor for soft X-rays and a second (lower) line sensor for harder X-rays, there are two images between the two images that are to be used to determine the constituents of the bulk material by evaluating the image information , thus considerable errors with regard to the localization of the measured events.

Entsprechendes gilt für sogenannte energiedispersive Sensoren, die in einem relativ hohen Aufbau von einigen Millimetern in Abhängigkeit der Röntgenstrahlenenergie in verschiedener Höhe in diesem Halbleiteraufbau die Auskopplung von Pixel orientierter elektrischer Ladung als Einzelereignis eines abgebremsten Quantum, je nach Energieniveau der eingestrahlten Röntgenstrahlung abbilden. Entsprechend kann bei schräg einfallender Röntgenstrahlung keine genaue Ortszuweisung gegeben werden, da mit Signalübersprechung zu benachbarten Pixeln zu rechnen ist. Dabei können durchaus Fehler in der Pixelzuordnung von ein, zwei oder drei Pixeln entstehen.The same applies to so-called energy-dispersive sensors which, in a relatively high structure of a few millimeters depending on the X-ray energy at different levels in this semiconductor structure, map the decoupling of pixel-oriented electrical charge as a single event of a decelerated quantum, depending on the energy level of the irradiated X-ray radiation. Correspondingly, no precise location assignment can be given in the case of X-rays incident at an angle, since signal cross-talk to neighboring pixels is to be expected. Errors in the Pixel allocation of one, two or three pixels results.

Ferner ist im Stand der Technik bekannt, dass bei einer Durchstrahlungsmessmethode mit Röntgenstrahlung bei einer Arbeitsbreite von 1,2 m (Breite des Förderbandes) und einer Fokusdistanz der Röntgenquelle von 1 m in der Mitte des Förderbandes die Intensität der am Rand einfallenden Röntgenstrahlung im Vergleich zur Mitte um mehr als ¼ reduziert ist. Daher wurde vorgeschlagen, am Randbereich des Zeilensensors die „Belichtungszeit“ zu verlängern, um das erwünschte Messsignal im Rauschen nicht zu verlieren. Furthermore, it is known in the prior art that with a radiographic measurement method with X-rays at a working width of 1.2 m (width of the conveyor belt) and a focus distance of the X-ray source of 1 m in the middle of the conveyor belt, the intensity of the X-rays incident at the edge compared to the Middle is reduced by more than ¼. It was therefore suggested to extend the "exposure time" at the edge of the line sensor in order not to lose the desired measurement signal in the noise.

Dabei wird allerdings nachteilig hingenommen, dass die Messergebnisse im äußeren Bereich aufgrund der verlängerten Belichtungszeit eine „Unschärfe“, also örtliche Ungenauigkeit erhalten.However, it is disadvantageously accepted that the measurement results in the outer area are “blurred”, i.e. localized inaccuracy, due to the extended exposure time.

Ausgehend von diesen Problemen ist es Aufgabe der Erfindung, eine Schüttgutanalysevorrichtung bzw. ein Verfahren dafür anzugeben, bei dem Pixelfehler ausgeschlossen bzw. deutlich reduziert werden.Proceeding from these problems, it is the object of the invention to specify a bulk material analysis device or a method for this, in which pixel errors are excluded or significantly reduced.

Gelöst wird diese Aufgabe mit einer Schüttgutanalysevorrichtung gemäß Anspruch 1. Ferner wird die Aufgabe gelöst durch eine Schüttguttrennvorrichtung gemäß Anspruch 10 und ein Schüttgutanalyseverfahren gemäß Anspruch 11.This object is achieved with a bulk material analysis device according to claim 1. Furthermore, the object is achieved by a bulk material separation device according to claim 10 and a bulk material analysis method according to claim 11.

Dadurch dass der Zeilensensor aus mehreren geradlinigen Sensorabschnitten zusammengesetzt ist, die alle im Wesentlichen auf gleicher Höhe nahe an und quer zur Förderstrecke angeordnet sind, wobei jeder Sensorabschnitt in seinem Zentrum orthogonal zur Röntgenquelle orientiert ist, werden Parallaxenfehler auf den kurzen geradlinigen Sensorabschnitt minimiert, wobei im Zentrum des Sensorabschnitts durch die orthogonal auftreffende Röntgenstrahlung tatsächlich keine Parallaxenverschiebung auftritt. Die Sensorabschnitte sind somit ähnlich einer Fresnellinse entlang einer „Zackenlinie“ angeordnet.Because the line sensor is composed of several straight sensor sections, all of which are essentially at the same height close to and transversely to the conveyor line, with each sensor section oriented at its center orthogonally to the X-ray source, parallax errors on the short straight sensor section are minimized Center of the sensor section actually no parallax shift occurs due to the orthogonally impinging X-ray radiation. The sensor sections are thus arranged along a “serrated line” similar to a Fresnel lens.

Bevorzugt ist die Länge der jeweils geradlinigen Sensorabschnitte so abgestimmt, dass die Röntgenstrahlung am Rand des jeweiligen geradlinigen Sensorabschnittes mit einem maximalen Fehlwinkel zur Lotrechten von +/- 4°, bevorzugt +/- 2,5° oder nur +/- 2,0° auftrifft. Damit kann gewährleistet werden, dass bei dieser an jedem Sensorabschnitt an seinen Rändern entstehenden maximalen Parallaxe nur noch Übersprechungen von einem halben Pixel entstehen können, die unterhalb der Auswertegenauigkeit liegen und das Messergebnis nicht wesentlich beeinflussen. Entsprechend bedürften die Messergebnisse aus den Zeilensensoren nur noch geringen nachträglichen rechnerischen Korrekturen. Dabei werden die Messergebnisse mit sogenannten „Offset-Gain-Tabellen“ korrigiert, in denen für jeden Pixel des Sensors in Abhängigkeit seiner jeweiligen Lage Signalverstärkungswerte abgelegt sind. In derartigen Offset-Gain-Tabellen oder -Korrekturen sind bisher Verstärkungswerte von bis zu 50 % möglich. Dies ist mit dem hier vorgegebenen Messverfahren allenfalls mit Korrekturwerten für die Verstärkung von vielleicht einem Zehntel der bisherigen Signalverstärkungswerte erforderlich, was einen erheblichen Dynamikgewinn für die Messergebnisse und damit eine erheblich verbesserte Auflösung ermöglicht.The length of the respective straight sensor sections is preferably matched so that the X-rays at the edge of the respective straight sensor section have a maximum error angle to the perpendicular of +/- 4 °, preferably +/- 2.5 ° or only +/- 2.0 ° hits. This ensures that with this maximum parallax occurring at each sensor section at its edges, crosstalk of only half a pixel can occur, which is below the evaluation accuracy and does not significantly affect the measurement result. Accordingly, the measurement results from the line sensors require only minor subsequent computational corrections. The measurement results are corrected with so-called "offset gain tables" in which signal amplification values are stored for each pixel of the sensor depending on its respective position. Up to now, gain values of up to 50% have been possible in such offset-gain tables or corrections. With the measurement method specified here, this is only necessary with correction values for the amplification of perhaps a tenth of the previous signal amplification values, which enables a considerable gain in dynamics for the measurement results and thus a considerably improved resolution.

Wenn der Zeilensensor Energie dispersive Sensoren für eine Detektion mehrerer Röntgenstrahlenergieniveaus hat, können auch bei einem energiedispersiven Sensor als Zeilensensor bei größerer Arbeitsbreite der Förderstrecke sehr ortsgenaue Messergebnisse erzielt werden. Die jeweilige vom Energieniveau der eintreffenden Röntgenstrahlung abhängige Bremsenergie für ein Ereignis (Quantum) der Röntgenstrahlung im Halbleiteraufbau wird dabei jeweils dem richtigen Pixel am Zeilensensor zugeordnet. Sodass auch gerade bei diesen in größerer Höhenausdehnung ausgebildeten energiedispersiven Sensoren eine hohe Messgenauigkeit erzielt wird, da die Röntgenstrahlung im Wesentlichen orthogonal in dem Halbleiteraufbau einschlägt und somit weder direkt auf benachbarte Pixel überspricht, noch in Abhängigkeit der eingebrachten Bremsenergie zur Pixelfehlern führt.If the line sensor has energy-dispersive sensors for the detection of several X-ray energy levels, very precise measurement results can be achieved with an energy-dispersive sensor as a line sensor with a larger working width of the conveyor line. The braking energy for an event (quantum) of the X-ray radiation in the semiconductor structure, which depends on the energy level of the incoming X-rays, is assigned to the correct pixel on the line sensor. So that even with these energy-dispersive sensors, which are designed at a greater height, a high measurement accuracy is achieved, since the X-ray radiation hits the semiconductor structure essentially orthogonally and thus neither directly overlaps with neighboring pixels, nor leads to pixel errors depending on the braking energy introduced.

Dies gilt natürlich alternativ ebenso für zwei übereinander oder nebeneinander angeordnete Zeilensensoren, wobei ein erster Zeilensensor und ein zweiter Zeilensensor für eine Detektion von zwei Röntgenstrahlenergieniveaus vorgesehen sind, wobei der zweite Zeilensensor (15) zur Erfassung von härterer Röntgenstrahlung mit einer Filtereinrichtung (16) versehen ist. Entsprechend können auch bei dieser Anordnung Parallaxenunterschiede bei einer größeren Arbeitsbreite der Förderstrecke vermieden werden.Of course, this also applies alternatively to two line sensors arranged one above the other or next to one another, a first line sensor and a second line sensor being provided for the detection of two X-ray energy levels, the second line sensor ( 15th ) for the detection of harder X-rays with a filter device ( 16 ) is provided. Accordingly, with this arrangement too, differences in parallax can be avoided with a larger working width of the conveying path.

Dadurch, dass die Filtereinrichtung entsprechend den geradlinigen Sensorabschnitten in Filterabschnitte segmentiert ist, wobei jeder Filterabschnitt parallel zum jeweiligen geradlinigen Sensorabschnitt angeordnet ist, liegen die einzelnen Filterabschnitte ebenfalls im Wesentlichen senkrecht zur eintreffenden Röntgenstrahlung, sodass der Weg einzelner Röntgenquanten durch das Filtermaterial (Metallschicht etc.) an jeder Stelle des Zeilensensors im Wesentlichen gleich ist. Dies unterscheidet sich wesentlich von bisherigen Anordnungen, bei denen das Filtermaterial sich planeben über die gesamte Breite der Förderstrecke erstreckt und folglich im Randbereich die Röntgenstrahlung deutlich von der Senkrechten abweichend, bspw. um 30 ° oder mehr durch die Filterschicht durchtreten muss. Entsprechend ist dabei der zurückgelegte Weg im Filter für jedes Quantum davon abhängig, wie weit es von der Mitte der Förderstrecke entfernt auf das Filtermaterial trifft. Entsprechend ist im Außenbereich eine erheblich größere Abschwächung des Röntgensignals festzustellen. Dies kann erfindungsgemäß durch die vorgenannte Ausrichtung des Filtermaterials in seinem Zentrum orthogonal zur Röntgenquelle in entsprechend segmentierten Filterabschnitten umgangen werden.Because the filter device is segmented into filter sections in accordance with the straight sensor sections, with each filter section being arranged parallel to the respective straight sensor section, the individual filter sections are also essentially perpendicular to the incoming x-ray radiation, so that the path of individual x-ray quanta through the filter material (metal layer, etc.) is essentially the same at every point on the line sensor. This differs significantly from previous arrangements in which the filter material extends flat over the entire width of the conveying path and consequently the X-ray radiation in the edge area deviates significantly from the vertical, for example by 30 ° or more, has to pass through the filter layer. The path covered in the filter for each quantum is accordingly depends on how far it hits the filter material from the center of the conveyor line. Correspondingly, a considerably greater attenuation of the X-ray signal can be determined in the outer area. According to the invention, this can be circumvented by the aforementioned alignment of the filter material in its center orthogonal to the X-ray source in appropriately segmented filter sections.

Wenn in Strahlungsrichtung der Röntgenstrahlung vor dem Zeilensensor ein einen Spalt mit einer Spaltbreite aufweisender Kollimator angeordnet ist, wobei der Kollimator entsprechend den geradlinigen Sensorabschnitten in Kollimatorabschnitte segmentiert und jeder Kollimatorabschnitt parallel zum jeweiligen geradlinigen Sensorabschnitt angeordnet ist, wird auch der Kollimator segmentiert in Kollimatorabschnitte in seinem jeweiligen Zentrum orthogonal zur Röntgenquelle orientiert. Somit wird vermieden, dass es an den Rändern des Kollimators zu einer unterschiedlichen Beeinflussung der Röntgenstrahlung je nach Einfallswinkel zum Kollimator (nämlich im Zentrum im Wesentlichen senkrecht und in den Randbereichen der Förderstrecke um 30 ° oder mehr zur Senkrechten schräg einfallend) und somit zu Verfälschungen der Messergebnisse führt.If a collimator having a slit with a slit width is arranged in front of the line sensor in the radiation direction of the X-ray radiation, the collimator being segmented into collimator sections according to the straight sensor sections and each collimator section being arranged parallel to the respective straight sensor section, the collimator is also segmented into collimator sections in its respective Center oriented orthogonally to the X-ray source. This prevents the X-ray radiation from being influenced differently at the edges of the collimator depending on the angle of incidence to the collimator (namely essentially perpendicular in the center and inclined at an angle of 30 ° or more to the perpendicular in the edge areas of the conveyor line) and thus falsifications of the Measurement results.

Dadurch, dass jeder Kollimatorabschnitt eine etwas größere Längenausdehnung als der zugeordnete geradlinige Sensorabschnitt hat, so dass sich Überlappungen der Kollimatorabschnitte ergeben, können unerwünschte Streustrahlungen und/oder Beugungen an den Rändern der Kollimatorabschnitte und daraus resultierende Unschärfen vermieden werden.The fact that each collimator section has a slightly greater length than the associated straight-line sensor section, so that the collimator sections overlap, can avoid undesired scattered radiation and / or diffraction at the edges of the collimator sections and the resulting blurring.

Wenn die Spaltbreite jedes Kollimatorabschnittes von der Mitte des Kollimators zu beiden Seiten über die Breite des Zeilensensors zunimmt, kann die Intensitätsabschwächung der Röntgenstrahlung im Randbereich der Förderstrecke durch eine Zunahme der Spaltbreite ausgeglichen werden. Dabei kann die Spaltbreite von Kollimatorabschnitt zu Kollimatorabschnitt zunehmen, jedoch für jeden Kollimatorabschnitt konstant sein, oder kontinuierlich von der Mitte des Kollimators über alle Kollimatorabschnitte von der Mitte zur Außenseite zunehmen.If the gap width of each collimator section increases from the center of the collimator on both sides across the width of the line sensor, the attenuation of the intensity of the X-rays in the edge area of the conveyor line can be compensated for by increasing the gap width. The slit width can increase from collimator section to collimator section, but it can be constant for each collimator section, or it can increase continuously from the center of the collimator over all collimator sections from the center to the outside.

Dadurch, dass die Pixel des Zeilensensors eine rechteckige Pixelfläche aufweisen, wobei die lange Seite der Pixelfläche parallel zur Förderrichtung des Schüttgutes ausgerichtet ist, kann die Empfindlichkeit des Zeilensensors ohne Verluste hinsichtlich der seitlichen Auflösung (also senkrecht zur Förderrichtung) erhöht werden. Dabei ist zu berücksichtigen, dass die Auflösung in Richtung der Förderstecke in Abhängigkeit der Fördergeschwindigkeit und der „Belichtungszeit“ vorgegeben ist. Da in Förderrichtung durch die Fördergeschwindigkeit bereits eine gewisse „Bewegungsunschärfe“ hinzunehmen ist, kann in dieser Richtung also auch der Pixel größer ausgestaltet werden (rechteckige Pixelfläche). Dabei kann durch Abblenden mit dem Kollimator im Zentrum (Mitte) der Förderstrecke quasi auf eine quadratische Pixelgröße abgeblendet werden, wobei im Randbereich zum Ausgleich der Intensitätsabschwächung durch den längeren Laufweg der Röntgenstrahlung hier die Spaltbreite verbreitert und somit die länglich rechteckige Pixelfläche mehr und mehr, je weiter von der Mitte der Förderstrecke entfernt, vom Kollimator freigegeben werden.Because the pixels of the line sensor have a rectangular pixel area, with the long side of the pixel area aligned parallel to the conveying direction of the bulk material, the sensitivity of the line sensor can be increased without loss of lateral resolution (i.e. perpendicular to the conveying direction). It must be taken into account that the resolution in the direction of the conveyor section is specified as a function of the conveyor speed and the "exposure time". Since a certain "motion blur" has to be accepted in the conveying direction due to the conveying speed, the pixel can also be made larger in this direction (rectangular pixel area). By dimming with the collimator in the center (middle) of the conveyor line, dimming can be done to a square pixel size, with the gap width widening in the edge area to compensate for the intensity attenuation due to the longer path of the X-ray radiation and thus the elongated rectangular pixel area more and more, depending farther from the center of the conveyor line, can be released by the collimator.

Wenn der Zeilensensor bestehend aus den Sensorabschnitten ein- oder mehrzeilig ausgebildet ist, können bei mehrzeiliger Ausbildung des Zeilensensors die in Förderrichtung hintereinanderliegenden Pixel entsprechend der Fördergeschwindigkeit aufaddiert werden, um das Rauschen zu verringern. Insoweit kann über einen mehrzeiligen Zeilensensor eine wirkungsvolle Rauschunterdrückung erreicht werden.If the line sensor consists of the sensor sections and has a single or multiple line design, if the line sensor is designed with multiple lines, the pixels lying one behind the other in the conveying direction can be added up according to the conveying speed in order to reduce the noise. In this respect, effective noise suppression can be achieved using a multi-line line sensor.

In besonderer Ausbildung wird die vorgenannte Schüttgutanalysevorrichtung für eine Schüttgutrennvorrichtung verwendet, wobei bei einer der Schüttgutanalysevorrichtung nachgeordneten Fallstrecke eine Ausblaseinrichtung angeordnet ist, wobei die Ausblaseinrichtung von den Messergebnissen der Schüttgutanalysevorrichtung über rechnergesteuerte Auswertemittel zum eigenschaftsabhängigen Trennen des Schüttgutes ansteuerbar ist. Somit kann die Ausblasvorrichtung anhand der vom Zeilensensor ermittelten Messergebnisse einzelne Schüttgutteilchen aus dem Fallstrom der Schüttgutteilchen in einen Teilstrom ausblasen.In a special embodiment, the aforementioned bulk material analysis device is used for a bulk material separation device, with a blowout device being arranged in a fall section downstream of the bulk material analysis device, the blowout device being controllable from the measurement results of the bulk material analysis device via computer-controlled evaluation means for property-dependent separation of the bulk material. The blow-out device can thus blow out individual bulk material particles from the falling flow of the bulk material particles into a partial flow on the basis of the measurement results determined by the line sensor.

Das erfindungsgemäße Schüttgutanalyseverfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die Röntgenstrahlung in einem Winkelbereich von +/- 4° zur Orthogonalen auf den Zeilensensor gerichtet wird. Durch die in einem sehr engen Winkelbereich von +/- 4 °, bevorzugt +/- 2,5 ° oder insbesondere < +/- 2 ° zur Orthogonalen auf den Zeilensensor einfallende Röntgenstrahlung wird die sonst bei herkömmlichen Anlagen entstehende Intensitätsabschwächung des Röntgensignals von 100 % in der Mitte auf 86 % am Rand des Förderbandes durch den schrägen Einfall im Zeilensensor bei einer Förderbandbreite von bspw. 1,2 m und einer Fokusdistanz der Röntgenquelle von 1 m von der Mitte des Förderbandes komplett ausgeglichen. Die Intensität wird bei der erfindungsgemäßen Segmentierung und Ausrichtung um dann nur noch verbleibende, geringe Fehlwinkel nur um einige Promille abgeschwächt. Damit ist es möglich, diese Intensitätsabschwächung und damit einhergehende Fehler in den Ergebnissen bereits durch die gewählte Geometrie des Messaufbaus auszugleichen. Bisher dafür verwendete Rechenverfahren, die stets auch fehlerbehaftet waren, sind somit nicht mehr oder jedenfalls nicht mehr in dem erheblichen Umfang erforderlich.The bulk material analysis method according to the invention is characterized in that the X-ray radiation is directed onto the line sensor in an angular range of +/- 4 ° to the orthogonal. Due to the X-ray radiation incident on the line sensor in a very narrow angular range of +/- 4 °, preferably +/- 2.5 ° or in particular <+/- 2 ° to the orthogonal, the intensity attenuation of the X-ray signal that otherwise occurs in conventional systems is reduced by 100%. in the middle to 86% at the edge of the conveyor belt by the oblique incidence in the line sensor with a conveyor belt width of, for example, 1.2 m and a focus distance of the X-ray source of 1 m from the center of the conveyor belt. With the segmentation and alignment according to the invention, the intensity is then only weakened by only a few per thousand remaining, small incorrect angles. This makes it possible to compensate for this weakening in intensity and the associated errors in the results through the selected geometry of the measurement setup. The computation methods previously used for this purpose, which were always also error-prone, are therefore no longer or in any case no longer necessary to the considerable extent.

Wenn die Spaltbreite des Kollimators mit zunehmender Wegstrecke der Röntgenstrahlung vergrößert wird, wird zusätzlich auch der Intensitätsabfall aufgrund des längeren Strahlenweges zu den äußeren Rändern der Förderstrecke in der Ausgestaltung der Anlage ausgeglichen, sodass auch hierfür keine Ausgleichrechenverfahren und/oder Signalverstärkungen mit gleichzeitiger Erhöhung des Rauschens erforderlich sind.If the slit width of the collimator is increased as the distance of the X-ray radiation increases, the decrease in intensity due to the longer beam path to the outer edges of the conveying path is also compensated for in the design of the system, so that no compensation calculation methods and / or signal amplifications with a simultaneous increase in noise are required for this either are.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen detailliert beschrieben.An exemplary embodiment of the invention is described in detail below with reference to the accompanying drawings.

Darin zeigt:

1 in schematischer Ansicht die Geometrie einer erfindungsgemäßen Messanordnung,
2 ein Sensorabschnitt in geschnittener Seitenansicht (2a) und im Querschnitt quer zur Förderrichtung (2b) und
3 zwei Sensorabschnitte in einer geschnittenen Ansicht quer zur Förderrichtung (2b).

It shows:

1 a schematic view of the geometry of a measuring arrangement according to the invention,
2 a section of the sensor in a sectional side view ( 2a) and in cross section transverse to the conveying direction ( 2 B) and
3 two sensor sections in a cut view transverse to the conveying direction ( 2 B) .

In 1 ist in schematischer Ansicht die Geometrie einer erfindungsgemäßen Schüttgutanalysevorrichtung dargestellt. Dabei ist in 1 ein Zeilensensor 1 aus sechzehn Sensorabschnitten 11 in einem rechteckigen, langgestreckten Gehäuse 10 dargestellt. Über diesem Zeilensensor 1 ist eine Förderstrecke 3, beispielsweise in Form eines Förderbandes in seiner Breite dargestellt. Die Förderrichtung steht orthogonal zur Zeichenebene, so dass Schüttgut B, das auf die Förderstrecke 3 (Förderband) aufgebracht wird, in Blickrichtung des Betrachters durch die Schüttgutanalysevorrichtung gefördert wird.In 1 the geometry of a bulk material analysis device according to the invention is shown in a schematic view. In 1 a line sensor 1 from sixteen sensor sections 11 in a rectangular, elongated housing 10 shown. About this line sensor 1 is a conveyor line 3 , for example shown in the form of a conveyor belt in its width. The conveying direction is orthogonal to the plane of the drawing, so that bulk material B. that is on the conveyor line 3 (Conveyor belt) is applied, is conveyed in the direction of view of the viewer through the bulk material analysis device.

Ferner ist in 1 im Querschnitt zur Förderrichtung am oberen Bildrand eine Röntgenquelle 2 mittig über der Förderstrecke 3 und dem Zeilensensor 1 angeordnet. Von der Röntgenquelle 2 sind Röntgenstrahlen 21 strichpunktiert dargestellt, wobei jeder der 16 Sensorabschnitte 11 in seinem jeweiligen Zentrum bzw. Mitte orthogonal zu den jeweils einfallenden Röntgenstrahlen 21, also zur punktförmigen Röntgenquelle 2 orientiert ist. In 1 ist lediglich die linke Seite des Röntgenstrahlfächers dargestellt, da die gesamte Geometrie symmetrisch zur ebenfalls dargestellten Mittellinie, die auf kürzestem Weg von der Röntgenquelle 2 zum Zeilensensor 1 zur Mitte des gesamten Zeilensensors 1 führt.Furthermore, in 1 an X-ray source in the cross-section to the conveying direction at the upper edge of the picture 2 in the middle of the conveyor line 3 and the line sensor 1 arranged. From the X-ray source 2 are x-rays 21 shown in phantom, with each of the 16 sensor sections 11 in its respective center or middle orthogonal to the respective incident X-rays 21 , so to the point-like X-ray source 2 is oriented. In 1 only the left side of the X-ray fan is shown, since the entire geometry is symmetrical to the center line also shown, which is the shortest path from the X-ray source 2 to the line sensor 1 to the center of the entire line sensor 1 leads.

Wie in 1 ersichtlich sieht der aus den sechzehn Sensorabschnitten 11 gebildete Zeilensensor 1 ähnlich aus wie ein Querschnitt durch eine optische Fresnellinse. Durch die nach außen ansteigenden Anstellwinkel der jeweiligen Sensorabschnitte 11 ergibt sich quasi in Richtung des Zeilensensors 1 eine „Zackenlinie“. Selbstverständlich können je nach Breite der Förderstrecke, den maximal zuzulassenden Fehlwinkeln und der gesamten Anlagengeometrie auch Segmentierungen in eine beliebige Anzahl von Sensorabschnitten 11 erfolgen. Bei ungerader Anzahl liegt der mittige Sensorabschnitt horizontal im Zentrum der gesamten Anordnung.As in 1 can be seen from the sixteen sensor sections 11 formed line sensor 1 similar to a cross section through an optical Fresnel lens. Due to the outward increasing angle of attack of the respective sensor sections 11 results quasi in the direction of the line sensor 1 a "serrated line". Of course, depending on the width of the conveyor line, the maximum permissible incorrect angles and the entire system geometry, segmentation into any number of sensor sections can be made 11 take place. If there is an odd number, the central sensor section lies horizontally in the center of the entire arrangement.

In 2a ist in geschnittener Seitenansicht ein Sensorabschnitt 11 des Zeilensensors 1 dargestellt, wobei die Förderrichtung X des Schüttgutes B entsprechend der Pfeilrichtung in 2a entlang der Zeichenebene von rechts nach links orientiert ist. In 2b ist ein Querschnitt quer zur Förderrichtung X eines Sensorabschnitts 11 dargestellt, bei dem die Förderrichtung X senkrecht in die Zeichenebene zeigt.In 2a is a sectional side view of a sensor portion 11 of the line sensor 1 shown, with the conveying direction X of the bulk material B. according to the direction of the arrow in 2a is oriented along the plane of the drawing from right to left. In 2 B is a cross section transverse to the conveying direction X of a sensor section 11 shown in which the conveying direction X pointing perpendicularly into the plane of the drawing.

In dem in 2 und 3 gezeigtem Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Zeilensensor 1 um einen Dual-Energiesensor, der aus einem ersten Zeilensensor 14 und einem zweiten Zeilensensor 15 aufgebaut ist, die beide in Bezug auf die Röntgenstrahlrichtung übereinander liegen. Die beiden Zeilensensoren, erster Zeilensensor 14 und zweiter Zeilensensor 15 sind aus Szintillatorzellen und darunterliegenden bildgebenden Halbleitern aufgebaut, die auf Platinen 18 aufgebaut sind. Die Sensorabschnitte 11 sind nebeneinanderliegend an einem Sensorabschnittträger 12 angeordnet, wobei für jeden Sensorabschnitt 11 eine Anstellwinkelkonsole mit dem für die orthogonale Ausrichtung der Sensorabschnitte 11 zur Röntgenquelle 2 bzw. zu den Röntgenstrahlen 21 richtigen Anstellwinkel vorgesehen ist. Oberhalb dieser Zeilensensoren 1, bestehend aus erstem und zweitem Zeilensensor 14, 15 ist ein Kollimator 4 ausgebildet, der einen Spalt 40 mit einer geeigneten Spaltbreite aufweist. Dieser Spalt 40 ist so ausgerichtet, dass ihn durchdringende Röntgenstrahlung auf die Zeilensensoren 1, 14, 15 auftreffen kann. Im hier dargestellten Ausführungsbeispiel der 2 und 3 ist der Kollimator 4 analog zu dem Zeilensensor 1 in sechzehn Kollimatorabschnitte 41 aufgeteilt, die wiederrum parallel zu den Sensorabschnitten 11 ausgerichtet sind. Dabei ist auch erkennbar, dass benachbarte Kollimatorabschnitte 41 sich um einen kleinen Bereich einer Überlappung 42 aus der Blickrichtung der Röntgenquelle 2 überlappen, um einerseits eine sichere Abschirmung der unter dem Kollimator 4 angeordneten Elektronik zu gewährleisten und anderseits etwaigen Beugungserscheinungen und/oder Streuungen vorzubeugen.In the in 2 and 3 The embodiment shown is the line sensor 1 a dual energy sensor, which consists of a first line sensor 14th and a second line sensor 15th is constructed, both of which are superimposed with respect to the X-ray direction. The two line sensors, first line sensor 14th and second line sensor 15th are made up of scintillator cells and underlying imaging semiconductors on circuit boards 18th are constructed. The sensor sections 11 are side by side on a sensor section carrier 12th arranged, with for each sensor section 11 an angle bracket with the one for the orthogonal alignment of the sensor sections 11 to the X-ray source 2 or to the X-rays 21 correct angle of attack is provided. Above these line sensors 1 , consisting of a first and a second line sensor 14th , 15th is a collimator 4th formed a gap 40 having a suitable gap width. This gap 40 is aligned so that X-rays penetrating it hit the line sensors 1 , 14th , 15th can hit. In the embodiment shown here 2 and 3 is the collimator 4th analogous to the line sensor 1 into sixteen collimator sections 41 divided, which in turn parallel to the sensor sections 11 are aligned. It can also be seen that adjacent collimator sections 41 is a small area of overlap 42 from the direction of view of the X-ray source 2 overlap, on the one hand, to safely shield the underneath the collimator 4th to ensure arranged electronics and on the other hand to prevent any diffraction phenomena and / or scattering.

Ferner ist in 3 in der Seitenansicht auf dem zweitem Zeilensensor 15 eine Filtereinrichtung 16, beispielsweise in Form einer Metallfolie, hier Kupferfolie, angeordnet. Mit dieser Filtereinrichtung 16 kann das jeweils von den übereinander liegenden Zeilensensoren 14, 15 erfasste energetische Spektrum der Röntgenstrahlung so eingestellt werden, dass im oberen, ersten Zeilensensor 14 weiche Röntgenstrahlen und im unteren zweiten Zeilensensor 15 härtere Röntgenstrahlen, die auch die Filtereinrichtung 16 passieren, erfasst werden. Durch die Auswertung der an beiden Zeilensensoren 14, 15 erzeugten Bildinformationen lassen sich bestimmte Materialeigenschaften bzw. Materialen des Schüttgutes erkennen. Dies ist die bekannte Auswertung von Röntgensignalen in einem Dual-Energiesensor.Furthermore, in 3 in the side view on the second line sensor 15th a filter device 16 , for example in the form of a metal foil, here copper foil, arranged. With this filter device 16 can do this from the line sensors on top of each other 14th , 15th captured energetic X-ray spectrum can be set so that in the upper, first line sensor 14th soft X-rays and in the lower second line sensor 15th harder x-rays that also use the filter device 16 happen to be captured. By evaluating the two line sensors 14th , 15th The generated image information can be used to identify certain material properties or materials of the bulk material. This is the known evaluation of X-ray signals in a dual energy sensor.

Dabei ist vorteilhaft, dass sich jeder Sensorabschnitt 11 als ein standardisiertes Sensormodul mit identischer Ausstattung aufbauen lässt, wobei die sensorischen Eigenschaften jedes Sensorabschnittes 11, beispielswiese als Dual-Energiesensor mit erstem Zeilensensor 14 und zweitem Zeilensensor 15, auch mit identischer Filtereinrichtung 16 von der gesamten Messgeometrie im wesentlichen unabhängige, gleichwertige Messergebnisse erzielen.It is advantageous that each sensor section 11 can be built as a standardized sensor module with identical equipment, with the sensory properties of each sensor section 11 , for example as a dual energy sensor with a first line sensor 14th and second line sensor 15th , also with an identical filter device 16 Achieve essentially independent, equivalent measurement results from the entire measurement geometry.

Einzig der längere Strahlenweg von der Röntgenquelle 2 zu den am Rand liegenden Sensorabschnitten 11 im Zeilensensor 1 führt, wie bereits eingangs erwähnt, zu einer Intensitätsabschwächung von ca. 1/4 der Signalintensität bei einer üblichen Geometrie von 1,2 m Breite der Förderstrecke 3 und 1 m Mittenabstand der Röntgenquelle 2 zum Zeilensensor 1. Daher ist es bevorzugt, den Kollimator 4 ebenfalls in Kollimatorabschnitte 41 analog zu den Sensorabschnitten 11 aufzuteilen, hier also wiederum sechzehn Kollimatorabschnitte 41 vorzusehen, die parallel zu den Sensorabschnitten 11 liegen und somit eintreffende Röntgenstrahlen 21 ebenfalls auf ihrer Fläche im Zentrum orthogonal auftreffen. Um nun den Intensitätsverlust aufgrund des längeren Strahlungsweges zu den Peripherieseiten des Zeilensensor 1 auszugleichen, wird vom mittleren Kollimatorabschnitt 41 bis zum außen angeordneten Kollimatorabschnitt 41 die Breite des Spaltes 40 entsprechend vergrößert. Beispielsweise kann die Breite des Spaltes 40 an den beiden Kollimatorabschnitten 41 direkt rechts und links von der Mitte des Kollimators 4 bzw. des Zeilensensors 1, 2 mm und bei den beiden äußeren Kollimatorabschnitten 41, jeweils am Rand des Kollimators 4 bzw. Zeilensensors 1, 2,5 mm betragen. Die dazwischen angeordneten Kollimatorabschnitte 41 weisen entsprechend langsam von der Mitte ansteigende Spaltbreiten von 2,0 mm bis 2,5 mm auf.Only the longer beam path from the X-ray source 2 to the sensor sections lying on the edge 11 in the line sensor 1 leads, as already mentioned at the beginning, to an intensity attenuation of approx. 1/4 of the signal intensity with a conventional geometry of 1.2 m width of the conveyor line 3 and 1 m Center-to-center distance of the X-ray source 2 to the line sensor 1 . Hence it is preferred to use the collimator 4th also in collimator sections 41 analogous to the sensor sections 11 to be divided, so here again sixteen collimator sections 41 provide that parallel to the sensor sections 11 lying and thus incoming X-rays 21 also meet orthogonally on their surface in the center. Now about the loss of intensity due to the longer radiation path to the peripheral sides of the line sensor 1 balance is from the center collimator section 41 to the collimator section arranged on the outside 41 the width of the gap 40 enlarged accordingly. For example, the width of the gap 40 on the two collimator sections 41 directly to the right and left of the center of the collimator 4th or the line sensor 1 , 2 mm and at the two outer collimator sections 41 , each at the edge of the collimator 4th or line sensor 1 , 2 .5 mm. The collimator sections arranged in between 41 have correspondingly slowly increasing gap widths of 2.0 mm to 2.5 mm from the center.

In dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel, insbesondere bezogen auf 1, sind bei einer üblichen Gestaltung einer solchen Schüttgutanalysevorrichtung mittels transmittierender Röntgenstrahlung eine Arbeitsbreite von 1,2 m der Förderstrecke 3 und ein Abstand der Röntgenquelle 2 vom Zeilensensor 1, direkt unterhalb der Förderstrecke 3 von 1 m bei 16 Sensorabschnitten 11 vorgesehen. Folgende Anstellwinkel an den Anstellwinkelkonsolen von der Mitte des Zeilensensors 1 bzw. des Sensorabschnittträgers 12 (selbstverständlich beidseitig dieser Mitte) sind dann zu realisieren: der innerste Sensorabschnitt 11 weist einen Winkel zur Horizontalen von 2,18°, der zweite Sensorabschnitt 11 einen Winkel von 6,53° zur Horizontalen, der dritte Sensorabschnitt 11 einen Winkel vom 10,85° zur Horizontalen, der vierte Sensorabschnitt 11 einen Winkel von 15,11 ° zur Horizontalen, der fünfte Sensorabschnitt 11 einen Winkel von 19,28° zur Horizontalen, der sechste Sensorabschnitt 11 einen Winkel von 23,38° zur Horizontalen, der siebte Sensorabschnitt 11 einen Winkel von 27,3° und der äußerste Sensorabschnitt 11 einen Winkel von 31,1° zur Horizontalen auf. Mit dieser Geometrie sind im jeweiligen Zentrum jedes Sensorabschnitts 11 auftreffende Röntgenstrahlen 21 von der 1 m entfernt liegenden Röntgenquelle 2 genau orthogonal zum Sensorabschnitt 11 ausgerichtet.In the exemplary embodiment described here, in particular based on 1 , in a conventional design of such a bulk material analysis device by means of transmitting X-rays are a working width of 1.2 m of the conveying path 3 and a distance from the x-ray source 2 from the line sensor 1 , directly below the conveyor line 3 of 1 m with 16 sensor sections 11 intended. The following angle of attack on the angle of attack consoles from the center of the line sensor 1 or the sensor section carrier 12th (of course on both sides of this center) are then to be implemented: the innermost sensor section 11 has an angle of 2.18 ° to the horizontal, the second sensor section 11 an angle of 6.53 ° to the horizontal, the third sensor section 11 an angle of 10.85 ° to the horizontal, the fourth sensor section 11 an angle of 15.11 ° to the horizontal, the fifth sensor section 11 an angle of 19.28 ° to the horizontal, the sixth sensor section 11 an angle of 23.38 ° to the horizontal, the seventh sensor section 11 an angle of 27.3 ° and the outermost sensor section 11 at an angle of 31.1 ° to the horizontal. With this geometry are in the respective center of each sensor section 11 impinging X-rays 21 from the X-ray source 1 m away 2 exactly orthogonal to the sensor section 11 aligned.

Nachfolgend wird die Arbeitsweise mit dieser Schüttgutanalysevorrichtung beim Messen von Schüttgut B beschrieben. Es wird dabei auf die 1 bis 3 und die darin verwendeten Bezugszeichen verwiesen.The following is a description of how this bulk material analysis device works when measuring bulk material B. described. It will be on the 1 until 3 and the reference symbols used therein.

Auf der als Förderband ausgebildeten Förderstrecke 3 wird ein zu analysierendes Schüttgut B aufgebracht und mit einer Bandgeschwindigkeit von beispielsweise 3 m/s senkrecht zur Zeichenebene gemäß 1 durch die Schüttgutanalysevorrichtung gefördert. Dabei werden die einzelnen Brocken oder Partikel des Schüttgutes B von den von der Röntgenquelle 2 ausgehenden Röntgenstrahlen 21 getroffen und durchleuchtet. Der unterhalb der Förderstrecke 3 angeordnete Zeilensensor 1 erfasst dann die transmittierende Röntgenstrahlung über die gesamte Breite der Förderstrecke 3, jedoch nur in einem Zeilensensor 1.On the conveyor line designed as a conveyor belt 3 becomes a bulk material to be analyzed B. applied and at a belt speed of, for example, 3 m / s perpendicular to the plane of the drawing according to 1 promoted by the bulk analysis device. The individual chunks or particles of the bulk material are thereby removed B. from the ones from the X-ray source 2 outgoing x-rays 21 hit and x-rayed. The one below the conveyor line 3 arranged line sensor 1 then captures the transmitting X-rays over the entire width of the conveyor line 3 , but only in a line sensor 1 .

Im hier dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Zeilensensor 1 als Dual-Energiesensor zwei übereinander angeordnete Zeilensensoren, nämlich den ersten Zeilensensor 14 und den zweiten Zeilensensor 15 auf, die jeweils quer zur Förderrichtung X eine Vielzahl von Pixeln, jedoch in Förderrichtung X bei einem einzeiligen Zeilensensor nur eine Pixelbreite aufweisen. Die jeweiligen Sensorabschnitte 11 weisen je Zeilensensor 1 64 Pixel auf, so dass über die gesamte Breite für den ersten Zeilensensor 14 und den zweiten Zeilensensor 15 jeweils 1024 Pixel vorliegen. Die Auflösung in Förderrichtung X erfolgt durch schnelles wiederholtes Messen, um somit ein flächiges Abbild der Schüttgutteilchen B erzeugen zu können. Alternativ kann der Zeilensensor auch mehrzeilig ausgebildet sein, um in Förderrichtung X die hintereinanderliegenden Pixel mit einer der Fördergeschwindigkeit entsprechenden Verzögerung aufzuaddieren, um das Rauschen zu verringern.In the exemplary embodiment shown here, the line sensor 1 as a dual energy sensor, two line sensors arranged one above the other, namely the first line sensor 14th and the second line sensor 15th each at right angles to the conveying direction X a large number of pixels, but in the conveying direction X have only one pixel width in the case of a single-line line sensor. The respective sensor sections 11 indicate each line sensor 1 64 pixels, so that over the entire width for the first line sensor 14th and the second line sensor 15th 1024 pixels are available in each case. The resolution in the conveying direction X takes place by means of rapid repeated measurements in order to obtain a two-dimensional image of the bulk material particles B. to be able to generate. As an alternative, the line sensor can also have multiple lines in order to move in the conveying direction X add up the pixels lying one behind the other with a delay corresponding to the conveying speed in order to reduce the noise.

Durch die entsprechend ausgebildeten Anstellwinkel für jeden Sensorabschnitt 11 und den dazu parallel liegenden Filterabschnitten 17 und den dazu parallel angeordneten Kollimatorabschnitten 41 trifft die Röntgenstrahlung 21 im Wesentlichen orthogonal auf diese linienförmigen bzw. flächigen Bauteile und zwar genau orthogonal im Zentrum des jeweiligen Sensor-/Kollimarabschnittes 11, 41. Somit treten an den Sensorabschnitten 11 keine wesentlichen, von der Geometrie abhängigen Fehler, insbesondere keine Fehler aufgrund von deutlich schräg einfallenden Strahlen auf. Entsprechend können die Messergebnisse sowohl des ersten Zeilensensors 14 wie auch des zweiten Zeilensensors 15 unmittelbar einander örtlich zugeordnet werden, ohne dass Parallaxenausgleiche etc. erforderlich sind. Entsprechend verhindert diese Anordnung ein etwaiges unterschiedliches Abschwächen des Röntgensignals aufgrund von verschiedenen Einfallswinkeln auf die Filtereinrichtung. Da die Filtereinrichtung 16 unmittelbar über dem zweitem Zeilensensor 15 dazu parallel aufgebracht ist, treten auch hier keine größeren Fehlwinkel auf (Fehlwinkel < 2,2°). Durch die Ausbildung des Kollimators 4 mit den ebenfalls parallel zu den Sensorabschnitten 11 angeordneten Kollimatorabschnitten 41 erfolgt hier ebenfalls eine gleichmäßige Abschattung (Abblendung) der Röntgenstrahlung 21. Bei bevorzugter Ausgestaltung mit nach außen hin zunehmender Breite des Spaltes 40 je Kollimatorabschnitt 41 wird zusätzlich die Intensitätsabschwächung des Röntgenstrahls 21 mit zunehmender Wegstrecke an den beiden äußeren Rändern des Zeilensensor 1 ausgeglichen, so dass auch hier ein weitgehender Ausgleich von aufgrund der Geometrie vorliegender Messfehler getroffen wird. Allenfalls ist im Randbereich bei entsprechend größerem Spalt 40 des äußeren Kollimatorabschnittes 41 mit einer geringfügigen Zunahme der Unschärfe zu rechnen, wohingegen das Messsignal in seiner Intensität ausreichend stark sein dürfte, um nicht im Rauschen unterzugehen.Due to the appropriately designed angle of attack for each sensor section 11 and the filter sections lying parallel to it 17th and the collimator sections arranged parallel thereto 41 hits the X-rays 21 essentially orthogonally to these linear or flat components, specifically exactly orthogonally in the center of the respective sensor / collimator section 11 , 41 . Thus step on the sensor sections 11 no significant errors dependent on the geometry, in particular no errors due to rays falling at an angle. The measurement results of both the first line sensor 14th as well as the second line sensor 15th are directly assigned to each other locally without parallax compensations etc. being necessary. Correspondingly, this arrangement prevents any different attenuation of the X-ray signal due to different angles of incidence on the filter device. As the filter device 16 immediately above the second line sensor 15th is applied in parallel to this, there are no major misalignments here either (misalignment <2.2 °). Through the design of the collimator 4th with the also parallel to the sensor sections 11 arranged collimator sections 41 there is also a uniform shadowing (masking) of the X-ray radiation 21 . In a preferred embodiment with the width of the gap increasing towards the outside 40 per collimator section 41 is also the attenuation of the intensity of the X-ray beam 21 with increasing distance at the two outer edges of the line sensor 1 compensated, so that an extensive compensation of measurement errors due to the geometry is made here as well. At most, there is a correspondingly larger gap in the edge area 40 of the outer collimator section 41 a slight increase in the blurring can be expected, whereas the intensity of the measurement signal should be strong enough not to be drowned in the noise.

Insgesamt wird durch die Zergliederung (Segmentierung) des Zeilensensors 1 in der Schüttgutanalysevorrichtung die Möglichkeit geschaffen, die Messergebnisse, auch bei übereinanderliegenden Zeilensensoren 14, 15 und auch bei energiedispersiven Sensoren, stets örtlich genau zuzuordnen, um bei Differenzbildern Parallaxenfehler zu vermeiden. Ferner wird durch diese Ausrichtung der Sensorik ein unerwünschtes Überspringen auf benachbarte Pixel durch schräg einfallende Röntgenstrahlung 21 vermieden. Durch eine (behutsame) Anpassung der Spaltbreite an den außenliegenden Kollimatorabschnitten 41 kann zudem der Intensitätsverlust aufgrund der größeren Abstände zwischen Röntgenquelle 2 und Sensorabschnitt 11 (zum Teil) ausgeglichen werden. Somit wird durch die geometrischen Vorsorgemaßnahmen hinsichtlich Ausrichtung der Sensorabschnitte und Kollimatorspaltbreitenanpassung eine hardwaremäßige Messfehlerbeseitigung erzielt, sodass die sonst bei dieser Röntgenanalyse erforderlichen Korrekturtabellen für Offset (zeitliche Verschiebung) und Gain (Signalverstärkung) nicht mehr erforderlich oder jedenfalls nur noch Korrekturwerte enthalten, die gegenüber herkömmlichen Tabellen um eine Größenordnung kleiner sind. Bisher hatten diese Offset-Gain-Tabellen Verstärkungswerte von 10 - 50 %, wohingegen nunmehr allenfalls noch Verstärkungskorrekturen von 0 - 5 % erforderlich sind.Overall, the breakdown (segmentation) of the line sensor 1 created the possibility in the bulk material analysis device, the measurement results, even with superimposed line sensors 14th , 15th and also with energy-dispersive sensors, always to be assigned precisely in terms of location in order to avoid parallax errors in differential images. Furthermore, this alignment of the sensor system prevents undesired jumping over to neighboring pixels due to x-rays incident at an angle 21 avoided. By (carefully) adjusting the slit width on the outer collimator sections 41 there can also be a loss of intensity due to the greater distances between the X-ray source 2 and sensor section 11 (partly) compensated. The geometric precautionary measures with regard to the alignment of the sensor sections and the adjustment of the collimator gap width result in a hardware-based elimination of measurement errors, so that the correction tables for offset (temporal shift) and gain (signal amplification) that are otherwise required for this X-ray analysis are no longer required or at least only contain correction values that are compared to conventional tables are an order of magnitude smaller. Previously, these offset-gain tables had gain values of 10-50%, whereas now only gain corrections of 0-5% are necessary.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11: ZeilensensorLine sensor
1010: Gehäusecasing
1111: SensorabschnittSensor section
1212th: Sensorabschnittträger Sensor section carrier
1414th: erster Zeilensensorfirst line sensor
1515th: zweiter Zeilensensorsecond line sensor
1616: FiltereinrichtungFilter device
1717th: FilterabschnittFilter section
1818th: Platine circuit board
22: RöntenquelleX-ray source
2121: Röntgenstrahl X-ray
33: Förderstrecke Conveyor line
44th: KollimatorCollimator
4040: Spaltgap
4141: KollimatorabschnittCollimator section
4242: Überlappung overlap
BB.: SchüttgutBulk material
XX: FörderrichtungConveying direction

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

US 6122343 [0003]
EP 1703996 B1 [0004]

Claims

Bulk material analysis device with a conveyor line (3) for the bulk material (B), an X-ray source (2) on one side of the conveyor line (3) and at least one line sensor (1) opposite the X-ray source (2) on the other side of the conveyor line (3), wherein the line sensor (1) is equipped with a plurality of pixels arranged transversely to the conveying path (3), characterized in that the line sensor (1) is composed of several straight sensor sections (11), all of which are essentially at the same height close to and are arranged transversely to the conveyor line (3), each sensor section (11) being oriented in its center orthogonally to the X-ray source (2).

Bulk analysis device according to Claim 1 , characterized in that the line sensor (1) has energy dispersive sensors for the detection of several X-ray energy levels.

Bulk analysis device according to Claim 1 , characterized in that a first line sensor (14) and a second line sensor (15) are provided for the detection of two X-ray energy levels, the second line sensor (15) being provided with a filter device (16) for detecting harder X-rays.

Bulk analysis device according to Claim 3 , characterized in that the filter device (16) is segmented into filter sections (17) corresponding to the straight sensor sections (11), each filter section (17) being arranged parallel to the respective straight sensor section (11).

Bulk material analysis device according to one of the preceding claims, characterized in that a collimator (4) having a gap (40) with a gap width is arranged in the radiation direction of the X-ray radiation (21) in front of the line sensor (1), the collimator (4) corresponding to the straight line Sensor sections (11) are segmented into collimator sections (41) and each collimator section (41) is arranged parallel to the respective straight-line sensor section (11).

Bulk analysis device according to Claim 5 , characterized in that each collimator section (41) has a somewhat greater length extension than the associated straight sensor section (11), so that overlaps (42) of the collimator sections (41) result.

Bulk analysis device according to Claim 5 or 6th , characterized in that the slit width of each collimator section (41) increases from the center of the collimator (4) on both sides over the width of the line sensor (1).

Bulk material analysis device according to one of the preceding claims, characterized in that the pixels of the line sensor (1) have a rectangular pixel area, the long side of the pixel area being aligned parallel to the conveying direction (X) of the bulk material (B).

Bulk material analysis device according to one of the preceding claims, characterized in that the line sensor (1) consisting of the sensor sections (11) is constructed in one or more lines.

Bulk material separation device with a bulk material analysis device according to one of the preceding claims, characterized in that the bulk material analysis device is followed by a fall section and a blow-out device on this fall section in the conveying direction (X) of the bulk material (B), the blow-out device being dependent on the measurement results of the bulk material analysis device via computer-controlled evaluation means for property-dependent Separating the bulk material (B) is controllable.

Bulk material analysis method in which the bulk material (B) is conveyed laterally, illuminated by X-ray radiation (21) and the resulting X-ray transmission signal for determining the properties of the bulk material (B) is recorded via a line sensor (1), characterized in that the X-ray radiation (21) in is directed at an angle of +/- 4 ° to the orthogonal to the line sensor (1).

Bulk material analysis method with a collimator (4) arranged in front of the line sensor (1) in the direction of the X-ray radiation (21) and having a slit (40) with a slit width Claim 11 , characterized in that the slit width of the collimator (4) is enlarged as the distance traveled by the X-ray radiation (21) increases.