PL245020B1 - System for analysis and separation of materials to determine their chemical composition and method of analysis and separation of materials to determine their chemical composition - Google Patents
System for analysis and separation of materials to determine their chemical composition and method of analysis and separation of materials to determine their chemical composition Download PDFInfo
- Publication number
- PL245020B1 PL245020B1 PL430784A PL43078419A PL245020B1 PL 245020 B1 PL245020 B1 PL 245020B1 PL 430784 A PL430784 A PL 430784A PL 43078419 A PL43078419 A PL 43078419A PL 245020 B1 PL245020 B1 PL 245020B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- ray
- energy
- radiation
- bands
- photons
- Prior art date
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 98
- 238000000926 separation method Methods 0.000 title claims abstract description 38
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 title claims abstract description 11
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims abstract description 10
- 239000000126 substance Substances 0.000 title claims abstract description 10
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 82
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 21
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 18
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 10
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 claims abstract description 3
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 3
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 claims abstract 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 12
- 238000011545 laboratory measurement Methods 0.000 claims description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 2
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 2
- 230000005484 gravity Effects 0.000 abstract description 2
- 238000010183 spectrum analysis Methods 0.000 abstract description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 10
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000000739 chaotic effect Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 description 1
- 239000004148 curcumin Substances 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000005442 electron-positron pair Effects 0.000 description 1
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 1
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
- G01N23/02—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material
- G01N23/06—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material and measuring the absorption
- G01N23/083—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material and measuring the absorption the radiation being X-rays
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B07—SEPARATING SOLIDS FROM SOLIDS; SORTING
- B07C—POSTAL SORTING; SORTING INDIVIDUAL ARTICLES, OR BULK MATERIAL FIT TO BE SORTED PIECE-MEAL, e.g. BY PICKING
- B07C5/00—Sorting according to a characteristic or feature of the articles or material being sorted, e.g. by control effected by devices which detect or measure such characteristic or feature; Sorting by manually actuated devices, e.g. switches
- B07C5/34—Sorting according to other particular properties
- B07C5/344—Sorting according to other particular properties according to electric or electromagnetic properties
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
- G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
- G01N21/3563—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for analysing solids; Preparation of samples therefor
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
Abstract
Przedmiotem zgłoszenia jest układ do analizy i separacji materiałów wyposażony w przenośnik taśmowy, źródło promieniowania rentgenowskiego X, detektor pomiaru promieniowania X, który ma źródło promieniowania X umieszczone w ten sposób, że promienie X przenikają przez mierzony materiał na całej szerokości taśmy przenośnika taśmowego przy czym detektory promieniowania składają się z wielokrotnych czujników promieniowania umieszczonych na całej szerokości taśmy, zaś układ czujników wyposażony jest w urządzenia przetwarzania danych w zakresie dwuenergetycznej (DE Dual Energy) lub wieloenergetycznej (ME Multi Energy) analizy promieniowania X, a także komputerowy system obliczeniowy sterujący układem odrzucającym cząstki materiału znajdującego się poniżej progu kryterium separacji i urządzenia odbierające odseparowane frakcje materiału, charakteryzuje się tym, że układ analizy rentgenowskiej wyposażony jest dodatkowo w układ hiper-spektralnej analizy w zakresie promieniowania podczerwonego przy pomocy źródła promieniowania podczerwonego (15) oraz hiper-spektralnej kamery (19) analizującej obraz promieni odbitych od powierzchni (17) badanego materiału (4) oraz ma wielopasmowy detektor (9) pomiaru promieniowania rentgenowskiego X (2) w kształcie matrycy ustawionych w szeregu niezależnych czujników promieniowania rentgenowskiego X pokrywających całą szerokość taśmy przenośnika taśmowego (5), posiada detektory promieniowania (3) o różnych współczynnikach tłumienia promieniowania rentgenowskiego X przy zróżnicowanej energii tego promieniowania. Zgłoszenie obejmuje także sposób analizy i separacji materiałów dla określenia ich składu chemicznego w celu ich dalszej separacji, charakteryzuje się tym, że mierzony materiał (4) jest wprowadzany pomiędzy źródło promieniowania rentgenowskiego X (1) a detektory promieniowania (3) z kontrolowaną prędkością przenośnika taśmowego (5) i/lub z kontrolowaną prędkością za pomocą grawitacji lub innego znanego układu generującego stabilne przemieszczanie się materiału a wielopasmowy detektor (9) pomiaru promieniowania rentgenowskiego X (2), dokonuje pomiaru ilości i energii fotonów promieniowania X (2) dla poszczególnych niezależnych pasm energetycznych i przedstawia je w formie impulsów elektrycznych o intensywności proporcjonalnej do energii fotonów.The subject of the application is a system for the analysis and separation of materials equipped with a belt conveyor, an X-ray source, an X-ray measurement detector, which has an X-ray source placed in such a way that the X-rays penetrate the measured material over the entire width of the belt conveyor belt, with the detectors radiation consists of multiple radiation sensors placed across the entire width of the belt, and the sensor system is equipped with data processing devices for dual-energy (DE Dual Energy) or multi-energy (ME Multi Energy) X-ray analysis, as well as a computer computing system controlling the particle rejection system material below the threshold of the separation criterion and devices receiving the separated material fractions, is characterized by the fact that the X-ray analysis system is additionally equipped with a hyper-spectral analysis system in the field of infrared radiation using an infrared radiation source (15) and a hyper-spectral camera (19). ) analyzing the image of rays reflected from the surface (17) of the tested material (4) and has a multi-band detector (9) for measuring X-ray radiation (2) in the shape of a matrix arranged in a series of independent X-ray sensors covering the entire width of the conveyor belt (5), it has radiation detectors (3) with different attenuation coefficients of X-ray radiation at different energies of this radiation. The application also includes a method of analyzing and separating materials to determine their chemical composition for further separation, characterized by the fact that the measured material (4) is introduced between the X-ray source (1) and radiation detectors (3) with a controlled belt conveyor speed (5) and/or at a controlled speed using gravity or another known system generating stable material movement, and the multi-band detector (9) for measuring X-rays (2) measures the number and energy of X-ray photons (2) for individual independent bands energy and presents them in the form of electrical impulses with an intensity proportional to the photon energy.
Description
Opis wynalazkuDescription of the invention
Przedmiotem wynalazku jest układ do analizy i separacji materiałów dla określenia ich składu chemicznego i sposób analizy i separacji materiałów dla określenia ich składu chemic znego, typu, rodzaju oraz formy występowania. Separacja taka może być wykorzystana do sortowania materiałów takich jak: skały, minerały, rudy metali, metale, obiekty w procesie recyklingu, ogólnie odpady oraz inne materiały, przy których ważne jest określenie ich składu chemicznego w celu ich dalszej separacji.The subject of the invention is a system for the analysis and separation of materials to determine their chemical composition and a method of analysis and separation of materials to determine their chemical composition, type, type and form of occurrence. Such separation can be used to sort materials such as: rocks, minerals, metal ores, metals, objects in the recycling process, waste in general and other materials where it is important to determine their chemical composition for further separation.
Znana jest konstrukcja urządzenia do separacji materiałów z amerykańskiego patentu US2006171504A1 lub US2007086568A1. W metodzie tej, detektory promieniowania posiadają podwójną warstwę czujników analizujących ten sam fragment materiału. Promieniowanie X po przejściu przez analizowany materiał, pada na pierwszą warstwę czujników. Pierwsza warstwa analizuje bezpośrednio ilość energii promieniowania X padającą na czujnik po przejściu przez próbkę materiału. Druga warstwa znajduje się za filtrem wyhamowującym promieniowanie X i również mierzy energie tego promieniowania. W ten sposób pierwsza warstwa dokonuje pomiaru całkowitej energii fotonów Et promieniowania X, które docierają do czujnika, zarówno tych o wysokiej Eh jak i niskiej energii El. Druga warstwa czujników dokonuje pomiaru tylko fotonów o wyższych energiach Eh, ponieważ te o niższej energii zostały pochłonięte przez filtr. W ten sposób możliwe jest zmierzenie dwóch poziomów energii przechodzących przez analizowany materiał. Warstwa górna czujników mierzy całkowitą ilość energii Et, a warstwa dolna mierzy tylko energie o wysokim poziomie Eh. Poprzez odjęcie tych sygnałów od siebie, otrzymamy energie o niskim poziomie El = Et - Eh. Jednocześnie powszechnie wiadomo jest ze podczas przenikania promieni X przez materię, energia tego promieniowania jest tłumiona. Stopień tłumienia tej energii zależny jest głównie od zjawisk, jakie w tym układzie powstają: zjawisko fotoelektryczne, rozpraszanie Comptona oraz tworzenie par elektron-pozyton. Podczas przenikania promieni X o energii do około 200 keV, w większości materiałów zachodzą tylko dwa pierwsze zjawiska: fotoelektryczne i rozpraszanie Comptona i zjawiska te są zależne od ilości padającej energii promieniowania X oraz od rodzaju materiału. Przykładowo aluminium o grubości 1 mm, poddane działaniu promieniowania X o energii 100 keV daje współczynnik tłumienia 4,48%, a przy energii 50 keV 9,45%. Jednocześnie taka sama grubość miedzi daje współczynnik tłumienia 33,6% przy energii 100 keV, a przy energii 50 keV 90,3%. Porównując ilorazy tych współczynników przy E50/E100 uzyskamy wartości 2,1 dla aluminium i 2,7 dla miedzi. Głównym ograniczeniem metody dwuenergetycznej jest to, że każdy z czujników mierzący energie fotonów padających na dany czujnik, zarówno dla pierwszej jak i drugiej warstwy, dokonuje pomiaru sumarycznego określonej grupy fotonów promieniowania X. Są to czujniki oparte na scyntylatorach. Fotony promieniowania X padają na zewnętrzną warstwę czujnika, gdzie znajduje się scyntylator. Jest to z reguły kryształ materiału, który poprzez wzbudzenie promieniowaniem X powoduje efekt świecenia światłem widzialnym, które zostaje mierzone przez fotodiodę. W momencie, gdy do kryształu scyntylatora dostanie się foton promieniowania X, następuje efekt fotoelektryczny i rozpraszanie Comptona, podobnie jak w analizowanym wcześniej materiale. Jednak w przypadku scyntylatora, efekt fotoelektryczny można w efektywny sposób zamienić na fotony światła widzialnego i zmierzyć ich intensywność, która będzie proporcjonalna do energii i ilości fotonów promieniowania X padających na kryształ scyntylatora. Jednak w efekcie, gdy do czujnika dotrą w niemal tym samym czasie fotony promieniowania X o niskiej i wysokiej energii, pomiar energii tych fotonów będzie sumaryczny, czyli będzie to pomiar całkowitej energii, która dotarła do czujnika scyntylatorowego. Wspomniane ograniczenia powodują, że nie jest możliwe rozróżnienie wielu rodzajów materiałów. Zwłaszcza fakt ten staje się bardzo istotny w przypadku separacji materiałów mieszanych (jak minerały lub stopy metali), gdzie w skład materiału wchodzi wiele pierwiastków i ich związków. Wówczas pomiar dwuenergetyczny jest nieprecyzyjny, a interpretacja rodzaju materiału w oparciu o tylko dwa poziomy energetyczne jest trudna i chaotyczna.The design of a material separation device is known from the American patent US2006171504A1 or US2007086568A1. In this method, radiation detectors have a double layer of sensors analyzing the same fragment of material. After passing through the analyzed material, X-rays fall on the first layer of sensors. The first layer directly analyzes the amount of X-ray energy falling on the sensor after passing through the material sample. The second layer is located behind the filter that inhibits X-rays and also measures the energy of this radiation. In this way, the first layer measures the total energy of the X-ray photons Et that reach the sensor, both those with high Eh and low energy El. The second layer of sensors only measures photons with higher energies Eh, because those with lower energy have been absorbed by the filter. In this way, it is possible to measure two energy levels passing through the analyzed material. The top layer of sensors measures the total amount of Et energy, and the bottom layer only measures high Eh energies. By subtracting these signals from each other, we obtain low-level energies El = Et - Eh. At the same time, it is common knowledge that when X-rays penetrate through matter, the energy of this radiation is suppressed. The degree of attenuation of this energy depends mainly on the phenomena that arise in this system: the photoelectric effect, Compton scattering and the formation of electron-positron pairs. During the penetration of X-rays with energy up to about 200 keV, in most materials only the first two phenomena occur: photoelectric and Compton scattering, and these phenomena depend on the amount of incident X-ray energy and the type of material. For example, aluminum with a thickness of 1 mm, exposed to X-rays with an energy of 100 keV, gives an attenuation coefficient of 4.48%, and at an energy of 50 keV - 9.45%. At the same time, the same copper thickness gives an attenuation coefficient of 33.6% at an energy of 100 keV, and at an energy of 50 keV 90.3%. Comparing the ratios of these coefficients at E50/E100, we obtain values of 2.1 for aluminum and 2.7 for copper. The main limitation of the dual-energy method is that each sensor measuring the energy of photons falling on a given sensor, both for the first and second layers, performs a summary measurement of a specific group of X-ray photons. These are scintillator-based sensors. X-ray photons fall on the outer layer of the sensor, where the scintillator is located. It is usually a crystal of material which, when excited by X-rays, causes the effect of illuminating with visible light, which is measured by a photodiode. When an X-ray photon enters the scintillator crystal, the photoelectric effect and Compton scattering occur, similarly to the previously analyzed material. However, in the case of a scintillator, the photoelectric effect can be effectively converted into visible light photons and their intensity measured, which will be proportional to the energy and number of X-ray photons incident on the scintillator crystal. However, as a result, when low- and high-energy X-ray photons reach the sensor at almost the same time, the measurement of the energy of these photons will be cumulative, i.e. it will be a measurement of the total energy that reached the scintillator sensor. The mentioned limitations make it impossible to distinguish many types of materials. This fact becomes especially important in the case of separation of mixed materials (such as minerals or metal alloys), where the material contains many elements and their compounds. Then the dual-energy measurement is imprecise, and the interpretation of the type of material based on only two energy levels is difficult and chaotic.
Celem wynalazku jest opracowanie układu do analizy i separacji materiałów dla określenia ich składu chemicznego i sposób analizy i separacji materiałów dla określenia ich składu chemicznego, typu, rodzaju oraz formy występowania.The purpose of the invention is to develop a system for the analysis and separation of materials to determine their chemical composition and a method of analysis and separation of materials to determine their chemical composition, type, type and form of occurrence.
Układ do analizy i separacji materiałów wyposażony w przenośnik taśmowy, źródło promieniowania rentgenowskiego X, detektor pomiaru promieniowania X, który ma źródło promieniowania X umieszczone w ten sposób, że promienie X przenikają przez mierzony materiał na całej szerokości taśmy przenośnika taśmowego przy czym detektory promieniowania składają się z wielokrotnych czujników promieniowania umieszczonych wzdłuż całej szerokości taśmy, zaś układ czujników wyposażony jest w urządzenia przetwarzania danych w zakresie dwuenergetycznej (DE Dual Energy) lub wieloenergetycznej (ME Multi Energy) analizy promieniowania X, a także komputerowy system obliczeniowy sterujący układem odrzucającym cząstki materiału znajdującego się poniżej progu kryterium separacji i urządzenia odbierające odseparowane frakcje materiału, charakteryzuje się tym, że wyposażony jest dodatkowo w układ hiper-spektralnej analizy w zakresie promieniowania podczerwonego przy pomocy źródła promieniowania podczerwonego oraz hiper-spektralnej kamery analizującej obraz promieni odbitych od powierzchni badanego materiału oraz ma wielopasmowy detektor pomiaru promieniowania rentgenowskiego X w kształcie matrycy ustawionych w szeregu niezależnych czujników promieniowania rentgenowskiego X pokrywających całą szerokość taśmy przenośnika, posiada detektory promieniowania o różnych współczynnikach tłumienia promieniowania rentgenowskiego X przy zróżnicowanej energii tego promieniowania.A system for the analysis and separation of materials equipped with a belt conveyor, an X-ray source, an X-ray measurement detector, which has an X-ray source placed in such a way that the X-rays penetrate the measured material over the entire width of the belt conveyor belt, and the radiation detectors consist of from multiple radiation sensors placed along the entire width of the belt, and the sensor system is equipped with data processing devices for dual-energy (DE Dual Energy) or multi-energy (ME Multi Energy) analysis of X-rays, as well as a computer computing system controlling the system that rejects particles of material located on the belt. below the threshold of the separation criterion and devices receiving separated material fractions, it is additionally equipped with a hyper-spectral analysis system in the field of infrared radiation using an infrared radiation source and a hyper-spectral camera analyzing the image of rays reflected from the surface of the tested material and has a multi-band X-ray measurement detector in the shape of a matrix arranged in a series of independent X-ray sensors covering the entire width of the conveyor belt, has radiation detectors with different attenuation coefficients of X-ray radiation at different energies of this radiation.
Korzystnie kamera hiper-spektralna promieniowania podczerwonego, posiada układ optyczny pokrywający całą szerokość taśmy przenośnika taśmowego.Preferably, the infrared hyperspectral camera has an optical system covering the entire width of the conveyor belt.
Korzystnie źródło promieniowania rentgenowskiego X posiada możliwość generowania stabilnej energii fotonów promieniowania rentgenowskiego X na całej szerokości taśmy przenośnika taśmowego.Preferably, the X-ray source is capable of generating stable X-ray photon energy across the entire width of the conveyor belt.
Korzystnie układ ma nie mniej niż dwie jednostki urządzenia odbierającego odseparowane frakcje materiału.Preferably, the system has at least two units of the device receiving separated material fractions.
Korzystnie urządzenia odbierające odseparowane frakcje materiału są w formie pojemników.Preferably, the devices receiving the separated material fractions are in the form of containers.
Korzystnie urządzenia odbierające odseparowane frakcje materiału są w formie taśm przenośnikowych odtransportowujących odseparowany materiał i/lub w formie kanałów przesypowych odtransportowujących odseparowany materiał.Preferably, the devices receiving the separated material fractions are in the form of conveyor belts transporting the separated material and/or in the form of transfer channels transporting the separated material.
Sposób analizy i separacji materiałów dla określenia ich składu chemicznego w celu ich dalszej separacji, charakteryzuje się tym, że mierzony materiał jest wprowadzany pomiędzy źródło promieniowania rentgenowskiego X a detektory promieniowania z kontrolowaną prędkością przenośnika taśmowego i/lub z kontrolowaną prędkością, a wielopasmowy detektor pomiaru promieniowania rentgenowskiego X, dokonuje pomiaru ilości i energii fotonów promieniowania X dla poszczególnych niezależnych pasm energetycznych i przedstawia je w formie impulsów elektrycznych o intensywności proporcjonalnej do energii fotonów; po czym mierzona powierzchnia (17) materiału (4) jest wprowadzana w bezpośrednie sąsiedztwo źródła promieniowania podczerwonego (15) i kamery hiper-spektralnej (19) z kontrolowaną prędkością, przy czym źródło promieniowania podczerwonego (15) oświetla powierzchnię materiału (17) a hiper-spektralna kamera promieniowania podczerwonego (19) dokonuje pomiaru intensywności fotonów promieniowania podczerwonego (16) odbitego od powierzchni materiału (17) dla poszczególnych niezależnych pasm częstotliwości promieniowania podczerwonego i przedstawia je w formie impulsów elektrycznych o intensywności proporcjonalnej do intensywności fotonów, a układ przetwarzania danych (21) z kamery hiper-spektralnej (19) przedstawia rozkład intensywności zmierzonych fotonów dla zadanej ilości niezależnych pasm częstotliwości promieniowania podczerwonego w ilości od jednego pasma do nawet kilkuset pasm jednocześnie.A method of analyzing and separating materials to determine their chemical composition for further separation is characterized by the fact that the measured material is introduced between an X-ray source and radiation detectors with a controlled belt conveyor speed and/or at a controlled speed, and a multi-band radiation measurement detector X-ray, measures the number and energy of X-ray photons for individual independent energy bands and presents them in the form of electrical impulses with an intensity proportional to the photon energy; then the measured surface (17) of the material (4) is introduced into the immediate vicinity of the infrared radiation source (15) and the hyperspectral camera (19) at a controlled speed, wherein the infrared radiation source (15) illuminates the surface of the material (17) and the hyperspectral - the spectral infrared radiation camera (19) measures the intensity of infrared radiation photons (16) reflected from the material surface (17) for individual independent frequency bands of infrared radiation and presents them in the form of electrical impulses with an intensity proportional to the photon intensity, and the data processing system ( 21) from the hyperspectral camera (19) shows the intensity distribution of the measured photons for a given number of independent frequency bands of infrared radiation, ranging from one band to even several hundred bands simultaneously.
Korzystnie wielopasmowy detektor pomiaru promieniowania rentgenowskiego X dokonuje pomiaru ilości i energii fotonów promieniowania X dla poszczególnych niezależnych pasm energetycznych w sposób sumaryczny lub grupowy, lub indywidualny. W podczerwieni, analizujemy intensywność fotonów w różnych pasmach częstotliwości tego światła i klasyfikujemy je do zakresów częstotliwości.Preferably, the multi-band X-ray measurement detector measures the number and energy of X-ray photons for individual independent energy bands in a summary, group or individual manner. In infrared, we analyze the intensity of photons in different frequency bands of this light and classify them into frequency ranges.
Korzystnie układ przetwarzania danych z detektorów wielopasmowych dokonuje przeliczenia i klasyfikacji impulsów elektrycznych z czujników przedstawiając je jako rozkład ilości zm ierzonych fotonów dla poszczególnych pasm energii promieniowania rentgenowskiego X.Preferably, the data processing system from multi-band detectors converts and classifies electrical impulses from the sensors, presenting them as a distribution of the number of measured photons for individual X-ray energy bands.
Korzystnie układ przetwarzania danych z wielopasmowego detektora i z detektorów promieniowania przedstawia rozkład ilości zmierzonych fotonów dla zadanej ilości niezależnych pasm energii promieniowania rentgenowskiego X w ilości od dwóch do nawet kilkuset pasm.Preferably, the data processing system from the multi-band detector and radiation detectors presents the distribution of the number of measured photons for a given number of independent X-ray energy bands ranging from two to even several hundred bands.
Korzystnie źródło promieniowania podczerwonego posiada możliwość generowania stabilnej wiązki fotonów na całej szerokości taśmy przenośnika taśmowego.Preferably, the infrared radiation source has the ability to generate a stable photon beam across the entire width of the conveyor belt.
Korzystnie źródło promieniowania podczerwonego generuje stabilną wiązkę fotonów w szerokim zakresie częstotliwości, lub tylko w wąskich wybranych pasmach takiego promieniowania.Preferably, the source of infrared radiation generates a stable beam of photons in a wide range of frequencies, or only in narrow selected bands of such radiation.
Korzystnie układ komputerowego systemu obliczeniowego określającego kryteria separacji materiałów, rozpoznaje różnice w rozkładach ilości zmierzonych fotonów dla poszczególnych pasm energetycznych promieniowania rentgenowskiego X i jednocześnie rozpoznaje różnice w rozkładach ilości zmierzonych fotonów dla poszczególnych pasm częstotliwości promieniowania podczerwonego, definiując w ten sposób różnice między separowanymi materiałami i ich własnościami.Preferably, the computer computing system defining the criteria for material separation recognizes differences in the distributions of the number of measured photons for individual energy bands of X-ray radiation and at the same time recognizes differences in the distribution of the number of measured photons for individual frequency bands of infrared radiation, thus defining the differences between the separated materials and their properties.
Korzystnie układ komputerowego systemu obliczeniowego określającego kryteria separacji materiałów, poprzez zadane parametry kryteriów separacji, w sposób całkowicie niezależny wybiera poszczególne pasma energetyczne dla promieniowania rentgenowskiego X oraz poszczególne pasma częstotliwości dla promieniowania podczerwonego, i porównuje wartości odpowiadające ilościom i intensywnościom zmierzonych w tych pasmach fotonów.Advantageously, the computer computing system determining the material separation criteria, through the set parameters of the separation criteria, completely independently selects individual energy bands for X-ray radiation and individual frequency bands for infrared radiation, and compares the values corresponding to the amounts and intensities of photons measured in these bands.
Korzystnie układ komputerowego systemu obliczeniowego określającego kryteria separacji materiałów, porównuje wartości odpowiadające ilościom i intensywnościom zmierzonych w tych pasmach fotonów, poprzez wykonanie obliczeniowych operacji matematycznych.Preferably, the computer system defining the material separation criteria compares the values corresponding to the amounts and intensities of photons measured in these bands by performing computational mathematical operations.
Korzystnie układ komputerowego systemu obliczeniowego określającego kryteria separacji materiałów, bazuje na wcześniejszych pomiarach laboratoryjnych określających najlepsze konfiguracje liczb odpowiadających zawartości fotonów w poszczególnych pasmach energetycznych promieniowania rentgenowskiego X oraz intensywności fotonów w poszczególnych pasmach częstotliwości promieniowania podczerwonego, w celu rozróżnienia separowanych materiałów.Preferably, the layout of the computer computing system defining the criteria for material separation is based on previous laboratory measurements determining the best configurations of numbers corresponding to the photon content in individual energy bands of X-ray radiation and the photon intensity in individual frequency bands of infrared radiation, in order to distinguish separated materials.
Korzystnie układ odrzucający cząstki materiału znajdujące się poniżej progu kryterium separacji, określa opóźnienie i czas trwania impulsu do sterowania elementami wykonawczymi układu odrzucającego tak, aby efektywnie odrzucić wybrane cząstki materiału w momencie pojawienia się ich na wylocie z taśmy niezależnie od położenia względem szerokości taśmy.Preferably, the system rejecting material particles below the separation criterion threshold determines the delay and pulse duration to control the actuators of the rejection system so as to effectively reject selected material particles when they appear at the outlet of the belt, regardless of their position relative to the belt width.
Korzystnie układ odrzucający steruje wieloma dyszami pneumatycznymi ustawionymi w rzędzie wzdłuż szerokości taśmy.Preferably, the rejection system controls a plurality of pneumatic nozzles arranged in a row along the width of the belt.
Korzystnie układ odrzucający steruje wieloma łopatkami mechanicznymi ustawionymi w rzędzie wzdłuż szerokości taśmy.Preferably, the rejection system controls a plurality of mechanical blades arranged in a row along the width of the belt.
Korzystnie układ odrzucający steruje elementami wykonawczymi i ustawionymi w rzędzie wzdłuż szerokości taśmy, pod i/lub nad trajektorią lotu materiału i odrzucającymi cząstki w górę i/lub w dół.Preferably, the rejection system controls actuators arranged in a row along the width of the belt, under and/or above the material flight trajectory, and rejecting particles up and/or down.
Przedmiot wynalazku został uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku schematycznym, na którym Fig. 1 przedstawia schemat blokowy procesu w widoku z boku, Fig. 2 przedstawia schemat blokowy procesu w widoku z góry.The subject of the invention is shown in an embodiment in a schematic drawing, in which Fig. 1 shows a block diagram of the process in a side view, Fig. 2 shows a block diagram of the process in a top view.
Na przenośniku taśmowym 5, rozprowadzony jest materiał 4 przeznaczony do sortowania, jako pojedyncza warstwa. Nad przenośnikiem znajduje się źródło promieniowania X (Roentgena) 1, które emituje promieniowanie 2 w kierunku prostopadłym do taśmy 5 przenośnika poruszającego się zgodnie z kierunkiem 14. Pod przenośnikiem znajdują się detektory 3 promieniowania rentgenowskiego X, które przekazują sygnał do układu przetwarzania danych w postaci wielopasmowego detektora 9 a następnie do głównej jednostki obliczeniowej 8. Źródło promieniowania X 1 pokrywa w całości szerokość taśmy 5 przenośnika emitując na nią podobną energię względem szerokości. Wielopasmowe detektory promieniowania 9 składają się z wielokrotnych czujników promieniowania analizując w ten sposób niezależnie każdy punkt na szerokości taśmy w zakresie niezależnych pasm energetycznych. W momencie przesuwania się materiału 4 razem z taśmą 5 przenośnika poruszającego się w kierunku 20, powstaje obraz analizowanych całych cząstek materiału linia po linii. W głównej jednostce obliczeniowej 8 analizowany jest sygnał z układu przetwarzania danych wielopasmowego detektora 9 i na podstawie parametrów nastawnych urządzenia separującego, podejmowana jest decyzja o odrzuceniu cząstek materiału o innych własnościach. W efekcie informacja o decyzji odseparowania takich cząstek jest przekazywana do układu odrzucającego 7 i z odpowiednim opóźnieniem czasowym uruchamiane są dysze pneumatyczne 6 układu odrzucającego. W ten sposób odseparowywane są cząstki o odmiennych własnościach do pojemnika 10 zgodnie z trajektorią 12, a cząstki nieodrzucone spadają swobodnie do pojemnika 11 zgodnie z trajektorią 13. W układzie odrzucającym na całej szerokości taśmy niezależnie od położenia cząstek względem taśmy, działa układ dysz 6, który składa się z wielokrotnych niezależnych dysz sprężonego powietrza, które są uruchamiane w odpowiednim czasie i w odpowiedniej strefie względem szerokości taśmy. Źródło promieniowania podczerwonego 15 posiada możliwość generowania stabilnej wiązki fotonów na całej szerokości taśmy przenośnika taśmowego 5.On the conveyor belt 5, the material 4 intended for sorting is distributed as a single layer. Above the conveyor there is an X-ray source 1 which emits radiation 2 in a direction perpendicular to the conveyor belt 5 moving in direction 14. Below the conveyor there are X-ray detectors 3 which transmit the signal to the data processing system in the form of a multi-band detector 9 and then to the main computing unit 8. The X-ray source 1 covers the entire width of the conveyor belt 5, emitting energy on it similar to the width. Multiband radiation detectors 9 consist of multiple radiation sensors, thus independently analyzing each point along the width of the tape in a range of independent energy bands. When the material 4 moves together with the conveyor belt 5 moving in direction 20, an image of the analyzed whole material particles line by line is created. In the main computing unit 8, the signal from the data processing system of the multi-band detector 9 is analyzed and, based on the adjustable parameters of the separation device, a decision is made to reject material particles with different properties. As a result, information about the decision to separate such particles is transmitted to the rejection system 7 and the pneumatic nozzles 6 of the rejection system are activated with an appropriate time delay. In this way, particles with different properties are separated into the container 10 according to the trajectory 12, and the unrejected particles fall freely into the container 11 according to the trajectory 13. In the rejecting system, a system of nozzles 6 operates over the entire width of the belt, regardless of the position of the particles in relation to the belt. consists of multiple, independent compressed air nozzles that are activated at the right time and in the right zone relative to the belt width. The infrared radiation source 15 has the ability to generate a stable photon beam across the entire width of the conveyor belt 5.
Źródło promieniowania podczerwonego 15 generuje stabilną wiązkę fotonów w szerokim zakresie częstotliwości lub tylko w wąskich wybranych pasmach takiego promieniowania. Mierzona powierzchnia 17 materiału 4 jest wprowadzana w bezpośrednie sąsiedztwo źródła promieniowania podczerwonego 15 i kamery hiper-spektralnej 19 z kontrolowaną prędkością przenośnika taśmowego 5 i/lub z kontrolowaną prędkością za pomocą grawitacji.The infrared radiation source 15 generates a stable beam of photons in a wide range of frequencies or only in narrow selected bands of such radiation. The measured surface 17 of the material 4 is brought into the immediate vicinity of the infrared radiation source 15 and the hyperspectral camera 19 at a controlled speed of the conveyor belt 5 and/or at a controlled speed by gravity.
Mierzona powierzchnia 17 materiału 4 jest wprowadzana w bezpośrednie sąsiedztwo źródła promieniowania podczerwonego 15 i kamery hiper-spektralnej 19 z kontrolowaną prędkością za pomocą innego znanego układu generującego stabilne przemieszczanie się materiału.The measured surface 17 of the material 4 is introduced into the immediate vicinity of the infrared radiation source 15 and the hyperspectral camera 19 at a controlled speed using another known system that generates stable movement of the material.
Źródło promieniowania podczerwonego 15 oświetla powierzchnię materiału 17 a hiper-spektralna kamera promieniowania podczerwonego 19 dokonuje pomiaru intensywności fotonów promieniowania podczerwonego 16 odbitego od powierzchni materiału 17 dla poszczególnych niezależnych pasm częstotliwości promieniowania podczerwonego i przedstawia je w formie impulsów elektrycznych o intensywności proporcjonalnej do intensywności fotonów.The infrared radiation source 15 illuminates the surface of the material 17 and the hyperspectral infrared radiation camera 19 measures the intensity of the photons of infrared radiation 16 reflected from the surface of the material 17 for individual independent frequency bands of infrared radiation and presents them in the form of electrical impulses with an intensity proportional to the intensity of the photons.
Układ przetwarzania danych 21 z kamery hiper-spektralnej 19 przedstawia rozkład intensywności zmierzonych fotonów dla zadanej ilości niezależnych pasm częstotliwości promieniowania podczerwonego w ilości od jednego pasma do nawet kilkuset pasm jednocześnie. Układ komputerowego systemu obliczeniowego 8 określającego kryteria separacji materiałów 4, rozpoznaje różnice w rozkładach ilości zmierzonych fotonów dla poszczególnych pasm energetycznych promieniowania rentgenowskiego X i jednocześnie rozpoznaje różnice w rozkładach ilości zmierzonych fotonów dla poszczególnych pasm częstotliwości promieniowania podczerwonego, definiując w ten sposób różnice między separowanymi materiałami i ich własnościami.The data processing system 21 from the hyperspectral camera 19 presents the intensity distribution of the measured photons for a given number of independent frequency bands of infrared radiation, ranging from one band to even several hundred bands simultaneously. The computer computing system 8 defining the criteria for the separation of materials 4 recognizes differences in the distributions of the number of measured photons for individual energy bands of their properties.
Układ komputerowego systemu obliczeniowego 8 określającego kryteria separacji materiałów, poprzez zadane parametry kryteriów separacji, w sposób całkowicie niezależny wybiera poszczególne pasma energetyczne dla promieniowania rentgenowskiego X oraz poszczególne pasma częstotliwości dla promieniowania podczerwonego i porównuje wartości odpowiadające ilościom i intensywnościom zmierzonych w tych pasmach fotonów 18. Układ komputerowego systemu obliczeniowego 8 określającego kryteria separacji materiałów 4, porównuje wartości odpowiadające ilościom i intensywnościom zmierzonych w tych pasmach fotonów, poprzez wykonanie obliczeniowych operacji matematycznych.The system of the computer computing system 8 defining the criteria for the separation of materials, through the set parameters of the separation criteria, completely independently selects individual energy bands for X-ray radiation and individual frequency bands for infrared radiation and compares the values corresponding to the quantities and intensities of photons measured in these bands 18. The system computer computing system 8 defining the material separation criteria 4, compares the values corresponding to the quantities and intensities of photons measured in these bands by performing computational mathematical operations.
Układ komputerowego systemu obliczeniowego 8 określającego kryteria separacji materiałów, bazuje na wcześniejszych pomiarach laboratoryjnych określających najlepsze konfiguracje liczb odpowiadających zawartości fotonów w poszczególnych pasmach energetycznych promieniowania rentgenowskiego X oraz intensywności fotonów w poszczególnych pasmach częstotliwości promieniowania podczerwonego, w celu rozróżnienia separowanych materiałów.The layout of the computer computing system 8 defining the criteria for material separation is based on previous laboratory measurements determining the best configurations of numbers corresponding to the photon content in individual energy bands of X-ray radiation and the photon intensity in individual frequency bands of infrared radiation, in order to distinguish separated materials.
Układ odrzucający 7 cząstki materiału 4 znajdujące się poniżej progu kryterium separacji, określa opóźnienie i czas trwania impulsu do sterowania elementami wykonawczymi układu odrzucającego tak, aby efektywnie odrzucić wybrane cząstki materiału w momencie pojawienia się ich na wylocie z taśmy niezależnie od położenia względem szerokości taśmy.The system 7 rejecting material particles 4 below the separation criterion threshold determines the delay and pulse duration to control the actuators of the rejection system so as to effectively reject selected material particles when they appear at the outlet of the belt, regardless of their position relative to the belt width.
Układ odrzucający 7 steruje wieloma dyszami pneumatycznymi 6 ustawionymi w rzędzie wzdłuż szerokości taśmy, steruje wieloma łopatkami mechanicznymi ustawionymi w rzędzie wzdłuż szerokości taśmy oraz steruje elementami wykonawczymi i ustawionymi w rzędzie wzdłuż szerokości taśmy, pod i/lub nad trajektorią lotu materiału 4 i odrzucającymi cząstki w górę i/lub w dół.The rejection system 7 controls a plurality of pneumatic nozzles 6 arranged in a row along the belt width, controls a plurality of mechanical blades arranged in a row along the belt width, and controls actuators and elements arranged in a row along the belt width, under and/or above the flight trajectory of the material 4 and rejecting particles in up and/or down.
Wykaz oznaczeńList of markings
- źródło promieniowania rentgenowskiego X- X-ray source
- fotony promieniowania rentgenowskiego X- X-ray photons
- detektory promieniowania rentgenowskiego X- X-ray detectors
- materiał badany- tested material
- przenośnik taśmowy- belt conveyor
- dysze pneumatyczne- pneumatic nozzles
- układ odrzucający- rejection system
- układ komputerowego systemu obliczeniowego- layout of a computer computing system
- wielopasmowy detektor promieniowania , 11 - urządzenia odbierające , 13 - trajektoria opadania materiału- multiband radiation detector, 11 - receiving devices, 13 - material falling trajectory
- kierunek przesuwu materiału- direction of material movement
- źródło promieniowania podczerwonego- source of infrared radiation
- fotony promieniowania podczerwonego- infrared photons
- powierzchnia materiału odbitego- surface of the reflected material
- przebieg fotonów promieniowania- waveform of radiation photons
- kamera hiper-spektralna- hyperspectral camera
- kierunek taśmy przenośnika- direction of the conveyor belt
- układ przetwarzania danych- data processing system
Claims (20)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL430784A PL245020B1 (en) | 2019-07-31 | 2019-07-31 | System for analysis and separation of materials to determine their chemical composition and method of analysis and separation of materials to determine their chemical composition |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL430784A PL245020B1 (en) | 2019-07-31 | 2019-07-31 | System for analysis and separation of materials to determine their chemical composition and method of analysis and separation of materials to determine their chemical composition |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL430784A1 PL430784A1 (en) | 2021-02-08 |
| PL245020B1 true PL245020B1 (en) | 2024-04-22 |
Family
ID=72659311
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL430784A PL245020B1 (en) | 2019-07-31 | 2019-07-31 | System for analysis and separation of materials to determine their chemical composition and method of analysis and separation of materials to determine their chemical composition |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| PL (1) | PL245020B1 (en) |
-
2019
- 2019-07-31 PL PL430784A patent/PL245020B1/en unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL430784A1 (en) | 2021-02-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20220390390A1 (en) | Material analysis and separation system for the determination of their chemical composition and material analysis and separation method for the determination of their chemical composition | |
| US8855809B2 (en) | Material sorting technology | |
| US7693261B2 (en) | Method and apparatus for inspection of materials | |
| US7564943B2 (en) | Method and apparatus for sorting materials according to relative composition | |
| EP0358965B1 (en) | Method and apparatus for the detection and imaging of heavy metals | |
| US9116100B2 (en) | Method for the identification of materials in a container | |
| US8781072B2 (en) | Apparatus and method for characterisation of materials | |
| GB2285506A (en) | Detecting diamond inclusions in kimberlite particles | |
| WO2009024817A1 (en) | Method and apparatus for inspection of materials | |
| EP0819247A1 (en) | A method and an apparatus for analysing a material | |
| EP0064842A1 (en) | Material sorting | |
| JP5890327B2 (en) | DETECTOR DEVICE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME, APPARATUS AND METHOD FOR MATERIAL INSPECTION AND CHARACTERISTIC ANALYSIS | |
| RU2344885C2 (en) | Device and method for separation of bulky materials | |
| AU2002339180A1 (en) | X-ray grading apparatus and process | |
| PL245020B1 (en) | System for analysis and separation of materials to determine their chemical composition and method of analysis and separation of materials to determine their chemical composition | |
| PL232047B1 (en) | System for analysis and separation of materials | |
| EP0064810A1 (en) | Sorting particulate material | |
| Murray et al. | Evaluation of automatic explosive detection systems | |
| CA2245141C (en) | On-line diamond detection | |
| CL2023000444A1 (en) | Material analysis and separation system for the determination of their chemical composition | |
| JP7123989B2 (en) | X-ray inspection device | |
| RU2670677C9 (en) | Device for diamond separation | |
| WO2023175459A1 (en) | X-ray separator for sorting metals from recycled material |