DE3000602A1

DE3000602A1 - Verfahren und vorrichtung zur bestimmung der art von transportiertem material

Info

Publication number: DE3000602A1
Application number: DE19803000602
Authority: DE
Inventors: Ian Adsley; Staffordshire Burton-On-Trent; Gerard Mary Croke; Piotr Maria Surzyn; John Stanton Wykes
Original assignee: Coal Industry Patents Ltd
Current assignee: Coal Industry Patents Ltd
Priority date: 1979-01-12
Filing date: 1980-01-09
Publication date: 1980-07-31
Also published as: GB2039363B; ZA8074B; AU5443380A; CA1130931A; GB2039363A; FR2446477A1; FR2446477B3; US4359639A; AU532351B2; SE440826B; SE8000238L

Description

ΒΊΤΕΝΤ/INHflLTE "" BROSh D-8023 München-Pullach, Wiener Str. 2; Tel. (0B9) 7 93 30 71, Telex 5 212 147 tvos d; Cables: »Patentibus» München

Anmelderin: COAL INDUSTRY (PATENTS) LIMITED

Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Art von transportiertem Material

Ingenieure

9. Januar 1980

Ihr Zeichen: Tag:

Case 3974 Date: vBü/hö

BESCHREIBUNG

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der Art von transportiertem Material.

Die Art von transportiertem Material kann dadurch untersucht werden, daß das Material einer Strahlung ausgesetzt wird und daß die Wechselwirkungen zwischen der Strahlung und dem Material erfaßt bzw. ausgewertet werden. Solche Untersuchungen wurden dadurch verbessert, daß das Material einer Strahlung von zwei unterschiedlichen Energieniveaus ausgesetzt wurde und daß die verschiedenen Wechselwirkungen der Strahlungen auf den beiden Energieniveaus-korreliert wurden, um die Art des Materiales zu untersuchen.

Unglücklicherweise tritt bei diesem zwei-Energie-Verfahren das Problem auf, daß sie bei manchen Anwendungszwecken keine ausreichende Genauigkeit bei der Bestimmung der Art des transportierten Materiales liefern,

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wenn relativ größere Materialmengen transportiert werden, da eine unelastische Streuung einer Strahlung von einer Strahlungs quelle mit relativ höherer Energie durch Wechselwirkungen, die von einer Strahlungsquelle mit relativ geringer Energie stammen, wesentlich beeinflußt werden kann.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das obige Problem zu lösen, d.h. ein ausreichend genaues Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zu schaffen, mit dem die Art des transportierten Materiales bestimmt werden kann.

Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird bei einem Verfahren zur Bestimmung der Art des transportierten Materiales folgendes durchgeführt: Die Strahlung von mindestens zwei Energienieveaus wird zu Strahlen gebündelt (collimating), das transportierte Material wird den Strahlen ausgesetzt, die ungestreute Strahlung bei diesen mindestens zwei Energieniveaus wird nach Durchgang durch das transportierte Material erfaßt und aus der erfaßten Strahlung wird die Art des trans portierten Materiales abgeleitet.

Die Strahlung wird durch Anordnung einer Abschirmung umeine Strahlungsquelle herum gebündelt bzw. zu parallelen Strahlen ausgerichtet. Der Detektor ist abgeschirmt, um wesentliche Interferenzen von Reaktionen nahe der Oberfläche, die von der relativ höheren der mindestens zwei Strahlungsenergien stammen, zu verhindern, und zwar bei einer Erfassung der relativ ge ringeren Energie der mindestens zwei Strahlungsenergien. Alternativ hierzu ist die Strahlungsquelle mit relativ höherer Energie räumlich von der Strahlungsquelle der relativ geringeren Energie " getrennt angeordnet. Die Strahlung mit relativ geringer Energie enthält eine Intensitätskomponente, die von der natürlichen Hintergrundsstrahlung stammt. Diese Komponente wird gemäß einer vorgewählten Eichung subtrahiert.

Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält

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eine Vorrichtung zur Bestimmung der Art von transportiertem Material eine Strahlungsquellenanordnung zur Lieferung einer Strahlung mit mindestens zwei Energieniveaus, eine Detektoranordnung zur Erfassung ungestreuter Strahlung nach ihrem Durchgang durch das transportierte Material und eine Kollimator-Einrichtung zur Bündelung der Strahlung zu Strahlen, die durch die Detektoranordnung erfaßbar sind.

Vorzugsweise besteht die Kollimator-Einrichtung aus einer Abschirmung, die rings um die Quelle mit der relativ höheren Energie der beiden Energiequellen angeordnet wird, um die Strahlung zu einem Nadelstrahl (enges Lichtbündel) zu bündeln. Die Detektoranordnung enthält eine um ihre Peripherie angeordnete Abschirmung, die Oberflächenreaktionen(nahe der Oberfläche) von gestreuter Strahlung mit hoher Energie an dem Detektor verhindert.

Die Vorrichtung enthält weiterhin einen Prozessor, der von der Detektoranordnung stammende Signale verarbeitet, um die Art des transportierten Materiales zu bestimmen. Der Prozessor subtrahiert vorzugsweise eine Signalkomponente, die der natürlichen Strahlungsintensität entspricht, von den Signalen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand dreier Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit den Figuren ausführlicher erläutert. Es zeigt:

Figur 1 eine unvollständige, schematische Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispieles der Erfindung einschließlich einer Fördereinrichtung;

Figur 2 eine schematische Ansicht eines Teiles der Figur 1, aus der mehr Details zu entnehmen sind;

Figur 3 eine schematische Ansicht eines weiteren Teiles der Figur 1, aus der mehr Details zu entnehmen sind;

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Figur 4 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung bei einer Fördereinrichtung als schematische Darstellung;

Figur 5 eine Seitenansicht der Figur 4;

Figur 6 ein Diagramm der erfaßten Strahlung;

Figur 7 ein weiteres Diagramm der erfaßten Strahlung;

Figur 8 ein elektrisches Blockschaltbild;

Figur 9 ein Diagramm von Korrelationsparametern; und

Figur 10 eine schematische Ansicht eines dritten Ausführungsbeispieles der Erfindung als Teil einer Fördereinrichtung.

Die Art eines Materiales kann dadurch untersucht werden, daß das Material mit elektromagnetischer Energie im Gamma-Strahlungsbereich des Spektrums bombardiert wird. Gammastrahlen können mit Materie über den fotoelektrischen Effekt und den Compton-Effekt Wechselwirkungen haben. In Abhängigkeit von der Art des Materiales können Gamma-Strahlen verschiedener Energien auf verschiedene Weise diese Wechselwirkungen ausführen, d.h. beispielsweise, Gamma-Strahlen mit einer Energie wirken im wesentlichen alleine gemäß dem Compton-Effekt, während Gamma-Strahlen mit unterschiedlicher Energie sowohl gemäß dem fotoelektrischen Effekt als auch gemäß dem Compton-Effekt die Wechselwirkungen erfahren.

Im folgenden sei eine Situation betrachtet, bei der ein Förderband eine Mischung aus Kohle und Stein trägt, wobei Gammastrahlen mit unterschiedlichen Energien auf verschiedene Art und Weise Wechselwirkungen erfahren. Es werden beispielsweise Gamma-Strahlen mit einer Energie von 660 keV beispielsweise aus einer Caesium 137-Quelle beim Durchgang durch die

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' ^wm O *■■

Kohle/Stein-Mischung um einen Prozentsatz abgeschwächt bzw. gedämpft, der im wesentlichen von der Masse des Materials auf dem Förderband abhängt. Dies liegt daran, daß die Gammastrahlen im wesentlichen durch die Compton-Streuung abgeschwächt werden, die in weitem Maße von der Arte des Materiales unabhängig ist und im wesentlichen proportional zur Elektronendichte in dem Gamma-Strahlen-Weg. Andererseits werden Gammastrahlen mit 60 keV, beispielsweise aus einer Americium-241-Quelle beim Durchgang durch die Kohle/Stein-Mischung um einen Prozentsatz abgeschwächt, bzw. gedämpft, der etwa proportional zur mittleren Atomzahl der Elemente, die die Mischung auf dem Förderband bilden, ist. Dies liegt daran, daß die Gamma-Strahlen weitestgehend durch fotoelektrische Wechselwirkungen abgeschwächt werden, die erfordern, daß die Elektronen streng an den Kern gebunden sind, auf den der entsprechende Gamma-Strahl auftrifft.

Aus obigem dürfte deutlich geworden sein, daß es prinzipiell möglich ist, sowohl die Masse als auch die Art des Materiales auf einem Förderband zu bestimmen, vorausgesetzt, daß die Dämpfungswerte der Gamma-Strahlen bei den beiden Energien, d.h. 60 und 66O keV, adäquat geeicht sind.

Im folgenden wird ein praktisches Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung und deren Arbeitsweise im Zusammenhang mit Figur beschrieben. Mit dem Bezugszeichen 1 ist ein Förderband bezeichnet, das auf Rollen 2 läuft. Mehrere Sätze von Rollen sind längs des Förderbandes in periodischen Abständen angeordnet. Das Förderband bzw. der Förderer 1 ist mit einer Mischung 3 aus Kohle und Stein beladen. Eine (Strahlungs)-Quellenanordnung 5 einer Gamma-Strahlung ist oberhalb des Förderers 1 angeordnet und ein Detektor 7 für die Strahlung ist unterhalb des Förderers angeordnet. Die Quellenanordnung und der Detektor 7 werden mittels eines stützenden Rahmens in einer gewünschten gegenüberliegenden Stellung gehalten.

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Zwei Strahlen einer Gamma-Strahlung sind mit dem Bezugszeichen 11 bzw. 12 bezeichnet. Der Strahl 11 ist ein Nadelstrahl (enges Lichtbündel) und der Strahl 12 ist ein Fächerstrahl (fächerförmiges Lichtbtindel). Der Strahl 11 hat eine relativ höhere Energie als der Strahl 12. Die Quelle und der Detektor liegen zwischen den Rollen, so daß letztere die Strahlen nicht stören.

In Figur 2 ist die Quellenanordnung 5 für die Strahlung detaillierter dargestellt. Es ist zu ersehen, daß der Nadelstrahl 11 aus einer Quelle 14 und der Fächerstrahl 12 aus einer Quelle 15 abgeleitet wird. Die Quelle 14 ist tief in die Quellenanordnung 5 eingesetzt, während es die Quelle nicht ist. Die Quellenanordnung enthält ein Haltermaterial 17, das im wesentlichen für Gamma-Strahlen undurchdringlich ist und das folglich bewirkt, daß der Nadelstrahl 11 bzw. der Fächerstrahl 12 geformt werden. Unterhalb des Haltermateriales 17 ist eine Abschirmung 19 angeordnet, dieüber StUtzarme 20 an dem Haltermaterial 17 befestigt ist. Die weitere Abschirmung stellt sicher, daß ein Nadelstrahl von Gammastrahlen erzeugt wird und eine entsprechende Anwendung einer solchen Abschirmung kann ermöglichen, daß die Hoch-Energiequelle nicht tief eingesetzt werden muß.

In Figur 3 ist der Detektor 7 detaillierter dargestellt. Der Detektor 7 enthält einen Szintillations-Kristall 21 und eine Photoelektronen-Vervielfacherröhre 22. Eine für Gamma-Strahlung im wesentlichen undurchdringliche Abschirmung 25 ist oberhalb des Kristalls angeordnet. Die Abschirmung 25 besitzt eine Öffnung 26, durch die ankommende Strahlung passieren kann. Der Szintillations-Kristall besitzt einen im wesentlichen kreisförmigen Erfassungsbereich, dessen Radius in der Größenordnung des dreifachen der Öffnung 26 liegt. Folglich hat der Detektor einen reduzierten Arbeitsflächenbereich und in dem Zylinder unter dem reduzierten Bereich auftretende Reaktionen werden durch einen Kristallring umgeben bzw. begrenzt und liegen somit nicht nahe der Kristallfläche. Auf diese Weise

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werden Reaktionen, die zu einem Austritt des größten Teiles ^! der Gammaenergie aus dem Kristall führen,verhindert, da die Auftrittswahrscheinlichkeit solcher Reaktionen nahe der Kristallfläche anwächst.

Der Strahl mit geringer Energie braucht nicht gefächert zu sein, da von ihm stammende unelastische Kollisionen geringere Energie aufweisen und von dem Detektor nicht erfaßt oder ausgewertet werden. Der Strahl mit höherer Energie ist ein Nadelstrahl, so daß unelastische Streuungen, die durch ihn ] verursacht werden und die mit den Kanälen für geringe Energie j interferieren, reduziert werden. Natürlich wird während des I Betriebes der gleiche Abschnitt des Strahles mit geringer |

Energie wie der des Strahles mit hoher Energie von dem De- | tektor mit dieser Abschirmung erfaßt werden.

In Figur 4 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, wobei - wo sinnvoll - gleiche Bezugszeichen i

verwendet werden. In dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind zwei Strahlungsquellen 30 bzw. 31 dargestellt. Die Quelle 30 erzeugt eine Strahlung mit relativ hoher Energie und die Quelle 31 eine Strahlung mit relativ geringer Energie. Detektoren 33 und 34 erfassen die Strahlung von den Quellen 30 bzw. 31. Der Detektor 34 ist durch eine zusätzliche Abschirmung 35 an seiner einen Seite gegenüber dem Detektor 33 für die relativ hohe Energie abgeschirmt.

Aus Figur 5 ist zu ersehen, daß der Strahl mit der Gammaenergie aus der Quelle mit hoher Energie über das Material auf demFörderband gefächert ist.

In Figur 6 ist ein Diagramm gezeigt, bei dem die Gammaenergie als Abzisse und die Anzahl von Gamma-Zählungen als Ordinate aufgetragen ist. Die Energieachse ist unterbrochen bzw. gesplittet, so daß die beiden Kanäle von 60 keV und 660 keV dargestellt werden können. Eine Kurve 41 zeigt die bei 60 keV empfangenen Zählinhalte von der Quelle geringerer Energie,

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wenn kein Material auf dem Förderband vorhanden ist. Eine Kurve 42 zeigt die Zählinhalte, die empfangen werden, wenn eine Dichte von M-Kilogramm Kohle pro qm Förderband auf dem Förderband vorhanden ist und eine Kurve 43 zeigt den Zählinhalt der empfangen wird, wenn die gleiche Menge von Steinen auf dem Förderband vorhanden ist. Ähnliche Kurven sind für die "Quelle höherer Energie aufgezeichnet und sind mit den Bezugszeichen 46, 47 und 48 versehen. Ein Vergleich der Kurven 41, 42 und 43 mit den Kurven 46, 47 und 48 zeigt, daß die gleiche Masse Kohle oder Stein (oder Kohle/Stein) die Strahlung von der Quelle mit höherer Energie um den gleichen Betrag abschwächt, wobei jedoch die Abschwächung der Strahlung mit geringerer Energie davon abhängt, ob Kohle oder Stein auf dem Förderband ist.

In dem Teil des empfangenen Spektrums mit geringerer Energie kann eine wesentliche Interferenz durch natürliche Streuung der betrachteten Energie verursacht werden. Folglich ist es erforderlich, diese natürliche Streuung zu quantifizieren, so daß dieser Effekt eliminiert werden kann.

In Figur 7 ist ein Diagramm dargestellt, bei dem die Gamma-Energie als Abszisse und die empfangenen Zählinhalte pro Sekunde als Ordinate aufgetragen sind. Die Gamma-Energie des Kanales mit geringer Energie ist mit I bezeichnet. Ein

■n

benachbarter Kanal, der mit I bezeichnet ist und einen Korrekturkanal darstellt, zeigt die Zählinhalte, die bei dieser benachbarten Energie, die die natürliche Streuung aufweist, empfangen wird. Die Breite des Korrekturkanales ist

T)

so gewählt, daß die Intensität I , d.h. die Gesamtzahl der Zählinhalte pro Sekunde in diesem Kanal gleich der Intensität ist, die in dem Kanal I , der den Hintergrund aufweist, auftritt. In der Praxis ist der Kanal I üblicherweise energiemäßig breiter als der Kanal I . Folglicn ist die intensität der Strahlung, die zu der tatsächlichen Quelle der geringen

T Ή Energie gehört, durch die Formel I=I-I zu beschreiben.

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3QQ06Q2

In Figur 8 ist ein elektrisches Blockschaltbild, des Schaltkreises dargestellt, der zur Bestimmung der Art des Materiales auf diesem Förderband erforderlich ist. Die Detektoren 33 und 34 sind jeweils einem Verstärker 50 bzw. 51 zugeordnet. Der Ausgang des Verstärkers 50 wird einem Zwei-Kanal-Analysierer 54 zugeführt, wobei zwei Kanäle erforderlich sind, um die Hintergrundssignale und die Signale mit geringerem Energie-

L B

pegel entsprechend der obigen Formel I=I - I zu unterscheiden. Der Ausgang des Verstärkers 51 wird einem Ein-Kanal-Analysierer 55 zugeführt. Der Zwei-Kanal-Analysierer 54 liefert Ausgangssignale, die die Dichte der Hintergrundstrahlung

B L

I und die der Strahlung I mit geringerer Energie bezeichnen. Der Ein-Kanal-Analysierer erzeugt ein Ausgangssignal, das die Dichte der Strahlung I bei höherer Energie bezeichnet. Diese

BL U
Ausgangssignale I , I und I werden einer Prozessoreinheit 58 zugeführt, die weiterhin Eicheingänge 60 und 61 aufweist, denen Signale zugeführt werden können, die die Werte der

•η τ TT

Signale I , I und I bei leerem Förderband anzeigen, wobei

TJ T TJ

diese Signale bei leerem Förderband mit Iq, Ijt und Iq bezeichnet werden.

Da der Wert I gleich I_n ist, wenn kein Material auf dem

U Förderband ist und da der Wert von I gegen Null strebt, wenn eine große Materialmenge auf dem Förderband ist, so ist die Masse M des Materiales auf dem Förderband annähernd

Die Masse des Materiales wird genauer durch die folgende Formel ausgedrückt:

M = F ^ In

wobei E¹ eine einfache Funktion bezeichnet, die eine Proportionalitätskonstante bezogen auf In Lj-iL 1 enthält und f eine Schiefer-5raktion (shale fraction), \Iq, wie nachfolgend beschrieben wird.

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f kann in dieser Formel vernachlässigt werden, ohne daß eine wesentliche Ungenauigkeit hierdurch entsteht.

Die Verarbeitungseinheit 58 führt eine Berechnung entsprechend der obigen Formel aus und liefert ein Ausgangssignal, das die Masse des Materials auf dem Förderband bezeichnet.

Da für eine vorgegebene Materialmasse auf dem Förderband der Wert von

proportional dem Wert von In

ist, wenn das Material ausschließlich Kohle ist und da eine Abweichung von dem Wert / i^u \von der Schiefermenge auf dem Förderband abhängt, so V i^yist die Schief er-Fraktion oder Stein-Fraktion . f auf dem Förderband, die oben erwähnt wurde, annähernd durch die folgende Formel gegeben:

Gleichung 1

wobei a eine Proportionalitätskonstante ist.

In Figur 9 ist ein Diagramm dargestellt, bei dem R als Ordinate und f_at+11e11 als Abszisse aufgetragen^st, wobei

In

und ^f _aictuell ^der a-^k-tuelle Wert der Schiefer-Fraktion auf dem Förderband ist.

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-¹⁴- 3Q006Q2

Eine detailliertere Berechnung der Schiefer-Fraktion würde durch folgende Gleichung gegeben:

f Yn\ / »*e - ^Κμ _σ \

Gleichung 2

wobei ^q, ^g die Dichten von Kohle bzw. Stein sind und u,„_t /*„ die linearen Absorptionskoeffizienten von Kohle bzw. Stein, die durch die entsprechenden Indizes L bzw. U für die geringere und höhere Energie bezeichnet sind.

Untersuchungen ergaben, daß die Gleichung 2 für Kohle und Stein annähernd linear ist, d.h. f«=kR - b, wobei k eine Proportionalitätskonstante ist und b konstant.

Aus dem Diagramm ist zu ersehen, daß die Beziehung zwischen ^aktuell ^{Und R} annähernd linear ist. Folglich liefert die Prozessoreinheit 58, die eine Berechnung nach der Formel

durchführt, einen genauen Wert für die Schiefer-Fraktion des Materiales auf dem Förderer. Der Wert von f wird in den Prozessor zeitlich integriert, so daß die Art des transportierten Materiales pro Zeiteinheit bestimmt wird.

In Figur 10 ist ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, wobei gleiche Bezugszeichen verwendet werden, wie bei den ersten und zweiten beschriebenen Ausführungsbeispielen, sofern sinnvoll. Aus Figur 10 ist zu ersehen, daß drei Detektoren 102, 103 und 104 unter dem Förderer 1 angeordnet sind. Die Detektoren sind alle Detektoren für geringere Energie (obwohl ein ähnlicher Satz von drei Detektoren für höhere Energie vorgesehen sein könnte) und alle drei liegen innerhalb des Fächerstrahles der Strahlung mit niedriger

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Energie. In einer leicht modifizierten Form des dritten Ausführungsbeispieles kann für jeden entsprechenden Detektor eine Quelle vorgesehen sein. Der Vorteil von drei Detektoren liegt daran, daß drei Signale des Wertes der erfaßten Bewertung erhalten können. Folglich zeigen die Detektoren nicht an, daß die Materialverteilung auf dem Förderband im wesentlichen gleichförmig ist, was ein einzelner Detektor täte. Dies ist dann von Bedeutung, wenn das Förderband ungleichmäßig beladen ist, was durch sporadischen output von beispielsweise einer Anzahl verschiedener Abbaufronten auftreten kann, wobei solche Fälle mit durchgezogenen Linien, gestrichelten Linien und punktierten Linien in der Figur 10 dargestellt sind.

Während des Betriebes verringert der hohe Bündelungsgrad des Gamma-Energiestrahles und des betrachteten Szintillations-Kristallfeldes, das der Abschirmung zugehörig ist, den Effekt einer Abwärtsstreuung (downscatter) in der Beladung des Materiales der energiereicheren Quelle auf dem Förderband. Aus Gründen der anzuwendenden, oben beschriebenen Bündelung (Kollimation), muß der Kristall größer sein, als der Strahldurchmesser, so daß mindestens ein Ring von 25 mm aus Szintillationsmaterial den zentralen, direkt bestrahlten Teil des Kristalls umgibt. Folglich würde bei einem typischen System, das einen Strahl mit 2,5 cm Durchmesser verwendet, der Strahl auf einen Kristall von 7,5 cm auftreten, wobei der äussere Ring von 5 cm - wie oben erläutert - abgeschirmt bleibt. Folglich hat ein Gamma-Strahl mit höherer Energie (bei den vorliegenden Anwendungen typischerweise eine 660 keV-Energie von einer Cäsium 137-Quelle), nachdem er einen unelastischen Stoß in dem mittleren Teil des Szintillator s erlitten hat, noch einen gewissen Weg zu durchlaufen, bevor er austritt. Die Wahrscheinlichkeit, daß dies auftritt, ohne daß er mehr als ungefähr ein Zehntel seiner Energie innerhalb des Kristalls abgibt (und hierdurch in dem Kanal mit niedrigerer Energie erscheint - typischerweise 60 keV von

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einer Americium 241-»Quelle) ist stark verringert. Hierdurch werden bei einem CsI (Na)-Szintillations-Kristall der obigen Abmessungen die in den Kanal für geringere Energie, d.h. in den Spektralbereich des Am-241-Lichtes auftretenden Zählwerte aufgrund der unelastisch gestreuten höherenergetischen Gamma-Photonen nur in der Größenordnung von 2,5 % derjenigen Zählwerte sein, die in dem Hochenergiekanal, d.h. in dem Cs-137-Licht auftreten. Größere Ringbereiche oder ein weiteres Einengen des zentralen Teiles werden diesen Prozentsatz weiter verringern.

Der hohe BUndelungsgrad des Strahles verringert die beobachtete Herunterstreuuungs-Verteilung (downscatter contribution) der Materialbeladung, d.h. diejenigen Gamma-Photonen die unelastisch auf diese Energie gestreut sind, bevor sie in den Kristall eintreten, auf die Größenordnung eines Zehntels des

Förder
Wertes für normale V»bandbeladungen, so daß diese Verteilung ignoriert werden kann und eine konstante "Herunterstreuungs-Korrektur", die durch die Kristallgeometrie festgelegt ist, vorgenommen werden kann. Folglich werden beispielsweise 2,5 % der Zählinhalte des höheren Kanales von denen des niedrigeren Kanales subtrahiert, um den aktuellen Signalpegel des niedrigeren Kanales zu erhalten. Die Genauigkeit dieser Korrektur kann dadurch verbessert werden, daß für die Material-"Herunterstreuungs"-Verteilungen (entgegengesetzt zu der Kristall-Verteilung) dieser beobachteten Herunterstreuung angenähert wird. Dies bedeutet im vorliegenden Fall, daß das

I -Signal = I - 2,5 x 10""² χ I^U für die Streuungskorrektur ohne Material und das.

I^L-Signal = I^L -

2.5 χ ld"² - 2 χ 10"³ In

gesetzt wird, um eine Material-Herunterstreuungskorrektur zuzulassen, wobei der letzte Ausdruck in der Klammer proportional der Materialmasse auf dem Förderband ist, wie oben er-

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läutert wurde.

Allerdings sind für typische Förderbandbeladungen in Bergwerken (^100 kg/m ) solche Herunterstreuungs-Verringerungen und - Korrekturtechniken nicht geeignet, Zusammensetzungsgenauigkeiten von besser als + 10 % der Schiefer-Fraktion zu erreichen, da die ersten und zweiten Ausdrücke der obigen Gleichungen noch aufgrund der sehr geringen Pegel von I , die in solche Beladungen eindringen, in vergleichbarer Größenordnung liegen. Eine Vergrößerung der Aktivität der Quelle mit geringerer Energie und hierbei des Signales mit geringerer Energie ist durch die maximale Zählgeschwindigkeit des Zählsystems begrenzt. Wenn die maximale Zählgeschwindigkeit, die von dem System noch ausgeführt werden kann, bei I_n„ liegt,

γ TT

so muß offensichtlich I« + Iz. kleiner oder gleich als I_m__v sein. Mit dieser Einschränkung sollten die relativen Stärken der Quellen der höheren und geringeren Energie so gewählt sein, daß der resultierende Fehler der Größe f, d.h. der Schiefer-Fraktion, minimiert ist. Bei typischen Bergwerksbeladungen und einem I__„ von 25.000 Zählschritten pro Sekunde sollte ein Americium 241, Cäsium-137-System relative Gamma-Aktivitäten von zwei zu eins aufweisen.

Die Forderungen nach einem hohen Bündelungsgrad zur Verringerung der ^llHerunterstreuungs"-Verteilung von der Streuung in dem Material bedeutet üblicherweise, daß lediglich ein kleines Segment des Förderers von irgendeinem Sensor abgetastet werden kann. Dies bedeutet, daß bei einer typischen Bergwerkssituation die Abtastfehler groß sein werden, es sei denn eine große Anzahl von Abtastsystemen wird verwendet (wodurch die Kosten bedeutend erhöht werden).

Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung können höhere Genauigkeiten erreicht werden und größere Abtastbereiche angewandt werden. Die Gamma-Strahlen mit höherer und niedrigerer Energie werden physikalisch getrennt und zu sepa-

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raten Szintillations-Kristallen geleitet. Die Kanalauswahl j und der Zählprozeß werden separat durchgeführt, so daß die | Datenwege für höhere und niedrigere Energie voneinander ge- '< trennt sind, bis I und I ausgewertet wurden. Hierdurch werden die Daten der geringeren Energie lediglich von einem Szintillator erhalten, der nicht der höheren Energie ausgesetzt ist und folglich ist kein Herunterstreuen (downscatter) von der höheren Energie zu sehen. Eine Bündelung der Strahlen | ist unbedingt in der Richtung der Detektortrennung notwendig, jedoch nicht in der Richtung senkrecht hierzu, so daß, wenn zwei Strahlen längs der Förderrichtung getrennt werden, geringe Bündelung längs des Förderers notwendig ist und so er- '< heblich größere Teile des Förderbandes mit einem einzigen j

Sensor abgetastet werden können.

Die Hauptrauschquelle in dem Kanal für die geringere Energie ist jetzt die natürliche Hintergrundsstrahlung. Diese kann zwei Hauptteile enthalten, und zwar aufgrund der allgemeinen Umgebung und aufgrund irgendwelcher aktiver Teile in dem Mineral auf dem Förderband. Beide Komponenten werden die Quantität und Zusammensetzung der Beladung auf dem Förder- j band verändern, d.h. die erste aufgrund der Änderung der Abschirmung, die durch veränderte Beladungen auf den Umgebungshintergrund einwirken und die zweiten aufgrund der Änderungen der gesamten Aktivität auf dem Förderband. Für weitere dynamische Genauigkeitsverbesserungen muß dies berücksichtigt werden. Glücklicherweise ist die Spektralverteilung des Hintergrundes für diese Energien relativ stabil, obwohl die Größe des Hintergrundes sich beträchtlich ändern kann. Folglich ist der zweite Kanal in dem Gerät zur Erfassung der geringeren Energie auf eine solche Energiebreite auszulegen, daß der Betrag des natürlichen Hintergrundes in diesem Spektralbereich gleich dem Betrag in dem Kanal für den niedrigen Energiebereich selbst ist. Der "Hintergrund"-Kanal liegt (energiemäßig) unmittelbar über dem Kanal für die geringere Energie und die Kanalbreite wird empirisch bestimmt, so daß die obigen Bedingungen eingehalten werden.

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Die Breite kann seitenweise eingestellt werden. Allerdings ist es wünschenswert, daß die Breite bei den meisten Einrichtungen im wesentlichen konstant bleibt. Die Datenwege für dieses dritte System sind schematisch in Figur 8 - wie oben beschrieben - gezeigt. Weiterhin sollte bemerkt werden, daß die Zählgeschwindigkeitseinschränkung jetzt I_Q oder I_Q kleiner oder gleich als I__„ ist, was maximale Strahlungsstärke für die geringere Energie ermöglicht. In der Praxis ist es üblicherweise nicht erforderlich, die Größe I_n der Größe I___v anzunähern, dader größere Abschirmungsaufwand durch die geringe Genauigkeitsvergrößerung nicht gerechtfertigt ist. Aus obiger Beschreibung ist zu ersehen, daß ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zur Bestimmung der Art von transportiertem Material geschaffen wurde.

Sämtliche aus der Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung hervorgehenden Merkmale und Vorteile der Erfindung, einschließlich konstruktiver Einzelheiten und räumlicher Anordnungen, können sowohl für sich als auch in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.

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-to-

Leerseite

Claims

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D-8023 München-Pullach, Wiener Str 2. Tel (089) 7 93 30 71. Telex 5 212 147 bros d. Ciihles «Patentibus- Mnnchcii
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Ingenieure
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PATENTANSPRÜCHE

1J Verfahren zur Bestimmung der Art von transportiertem Material, bei dem das transportierte Material einer Bestrahlung unterworfen wird, bei dem die ungestreute Strahlung nach Durchgang durch das transportierte Material erfaßt wird und bei dem aus der erfaßten

die ArV
Strahlung des transportierten Materiales abgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlung mindestens zu zwei Strahlen unterschiedlicher Energie gebündelt wird und daß die nichtgestreute Strahlung bei den mindestens zwei Energien erfaßt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlung durch Anordnung einer Abschirmung um eine (Strahlungs)-Quelle herum gebündelt wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Detektor abgeschirmt ist, um wesentliche Interferenzen von nahe der Oberfläche auftretenden Reaktionen zu verhindern, die bei Erfassung

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der Strahlung mit relativ geringer Energie von den mindestens zwei Strahlungsenergien von der Strahlungsquelle mit höherer Energie von den mindestens zwei Strahlungsenergien stammen.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle der relativ höheren Strahlungsenergie räumlich von der Quelle der relativ geringen Strahlungsenergie entfernt angeordnet ist.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlung mit relativ geringer Energie eine Intensitätskomponente enthält, die von einer natürlichen Hintergrundsstrahlung stammt und daß diese Komponente entsprechend einer vorgewählten Eichung subtrahiert wird.

6. Vorrichtung zur Bestimmung der Art von transportiertem Material mit einer Strahlungsquellenanordnung und einer Detektoranordnung, die ungestreute Strahlung nach ihrem Durchgang durch das transportierte Material erfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquellenanordnung (5; 14, 14; 30, 31) eine Strahlung mit mindestens zwei Energieniveaus liefert, die durch Kollimationseinrichtungen (19, 20) zu zwei Strahlen (11, 12) gebündelt wird, wobei die Strahlen durch die Detektoranordnung (7; 21-26; 33, 34; 102-104) erfaßt werden.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollimatoreinrichtung eine Abschirmung (19) enthält, die um die Quelle (14) mit relativ höherer Energie der mindestens zwei Energieniveaus anordenbar ist, um die Strahlung zu einem Nadelstrahl (11) zu bündeln.

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8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoranordnung (7; 33, 34) eine um ihren Umfang angeordnete Abschirmung (25, 35) aufweist, wobei diese Abschirmung Reaktionen von gestreuter Strahlung mit höherer Energie an dem Detektor, die dicht an der Oberfläche auftreten, im wesentlichen unterdrückt.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6-9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Prozessor (58) vorgesehen ist, der die von der Detektoranordnung (7; 33, 3A-; 102-104) abgeleiteten Signale verarbeitet, um die Art des transportierten Materials zu bestimmen.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Prozessor (58) so aufgebaut ist, daß er eine Signalkomponente, die der natürlichen Strahlungsintensität entspricht, von den Signalen subtrahiert.

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