RU12534U1 - Рентгенолюминесцентный сепаратор - Google Patents

Abstract

Рентгенолюминесцентный сепаратор, содержащий средства подачи и транспортировки исходного материала, импульсный источник рентгеновского излучения с генератором импульсов возбуждения, выход которого подключен к входу возбуждения источника излучения, по крайней мере одно фотоприемное устройство с управляемым высоковольтным источником питания, блок регистрации и исполнительный механизм с блоком управления, отличающийся тем, что блок регистрации выполнен в виде аналого-цифрового преобразователя, сигнальный вход которого подключен к выходу фотоприемного устройства, блока таймеров, вход которого подключен к выходу генератора импульсов возбуждения, блока регистров сигнала, регистра порога, регистра уровня и арифметико-логического устройства, первый выход которого подключен к входу блока управления исполнительным механизмом, а второй и третий выходы - к входам сложения и вычитания реверсивного счетчика, выходы которого поразрядно соединены с соответствующими входами цифроаналогового преобразователя, выход которого подключен к управляющему входу высоковольтного источника питания, при этом вход запуска аналого-цифрового преобразователя подключен через схему ИЛИ к выходам блока таймеров, информационные выходы аналого-цифрового преобразователя поразрядно соединены с соответствующими информационными входами/выходами блока регистров сигнала, а также подключены к информационным входам/выходам арифметико-логического устройства и к информационным выходам регистра порога и регистра уровня, вход записи блока регистров сигнала подключен к выходу схемы ИЛИ через устройство задержки, входы чтения регис

Description

B07C 5/342

РЕНТГЕНОЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЙ СЕПАРАТОР

Предлагаемая полезная модель относится к устройствам для обогащения дробленого минерального материала, использующим в качестве разделительных признаков для обнаружения полезных минералов свойство полезного минерала светиться под воздействием рентгеновского излучения. Папример, такой сепаратор может быть использован на всех стадиях обогащения алмазосодержащего сырья.

Известен рентгенолюминесцентный сепаратор, содержащий средства подачи и транспортировки исходного материала, источник рентгеновского излучения с импульсным возбуждением на основе рентгеновской трубки, генератор импульсов возбуждения, выход которого подключен ко входу возбуждения источника излучения, по крайней мере одно фотоприемное устройство и исполнительный механизм, электрически соединенные с системой автоматического управления работой сепаратора, включающей блок регистращш, вход которого соединен с выходом фотоприемного устройства. Выделение сигнала от полезного минерала, например алмаза, из совокупности возможных сигналов от люминесцирующих минералов в таком сепараторе производится путем анализа медленной (долгоживущей) компоненты люминесценции. Для этого сигнал медленной компоненты отделяется от сигнала люминесценции воздуха с помощью аналоговых ключей, управление которыми свихронизировано с импульсами возбуждения источника излучения. После этого сигнал пропускается через фильтр нижних частот, напряжение на выходе которого зависит от длительности (постоянной времени) сигнала медленной компоненты.

Поскольку предполагается, что длительность сигнала медленной компоненты алмаза (1-10 мс) больше, чем у сопутствующих люминесцирующих мннералов(1 мс), амплитуда сигнала на выходе фильтра для алмаза также будет больше, чем для сопутствуюпщх минералов, что позволяет определить амплитудный компаратор, установленный на выходе блока регистрации. Компаратор выдает сигнал на Зшравление исполнительным устройством, если сигнал с выхода фильтра в момент регистрации превышает заданный порог /1/.

Указанный сепаратор имеет два основных недостатка: во-первых, амплитудно-временной метод разделения имеет своим следствием зависимость качества разделения от эквивалентного усиления в системе регистрации (дозы облучения - засветки рентгеном, напряжения питания фотоприемника, загрязненности оптического окна фотоприемника и пр.) и, во-вторых, блок регистрации сепаратора работает по единственной методике разделения и не позволяет учесть другие информативные характеристиьси сигнала люминесценции для улучшения разделения (селективности), так как временные параметры разделения задаются аналоговой схемой и не могут легко перестраиваться на изменение характеристик обогащаемого минерального материала.

Известно также устройство для анализа послесвечения (медленной компоненты люминесценции) светоизлучающего материала, в котором фотоприемное устройство соединено с аналого-цифровым преобразователем, выход которого подключен к операционной схеме для раздельного вычисления пиковой амплитуды люминесценции и амплитуды медленной компоненты в определенный момент времени, соединенной с блоком для раздельной индикации выходных величин операционной схемы /2/.

измерения. Однако это устройство не обеспечивает работы в реальном времени и не может быть использовано в технологии обогащения.

Наиболее близким аналогом предлагаемой полезной модели является люминесцентный сепаратор ЛС-Д-4-03, содержащий средства подачи и транспортировки исходного материала, импульсный источник рентгеновского излучения с генератором импульсов возбуждения, выход которого подключен ко входу возбз ждения источника излучения, по крайней мере одно, фотоприемное устройство с управляемым высоковольтным источником питания, блок регистрации и исполнительный механизм с блоком управления . Управление высоковольтным источником питания выполнено в виде схемы автоматической регулировки усиления (АРУ), включающей аналоговый ключ для выделения сигнала люминесценции воздуха, соединенный с интегратором - усреднителем амплитуды сигналов воздуха, выход которого подключен к инвертирующему входу аналогового сумматора, где этот сигнал суммируется (вычитается) с уставкой напряжения питания фотоприемника, а выход сумматора соединен со входом управления выходным напряжением источника питания фотоприемного устройства /3/. Работа АРУ основывается на изменении напряжения питания фотоприемного устройства, имеющем обратный знак по отношению к изменению амплитуды сигнала люминесценции воздуха, что приводит к изменению эквивалентного усиления в системе регистрации.

В этом сепараторе качество разделения минералов не зависит от эквивалентного усиления в блоке регистрации. Однако использование в блоке регистрации системы обработки сигнала в аналоговом виде не позволяет, также как и в сепараторе /1/, легко перестраивать параметры разделения и, следовательно, эффективно работать при изменяющихся характеристиках обогащаемого материала.

возможности использования для разделения полезного и сопутствующих люминесцирующих минералов нескольких характеристик свтнала люминесценции, использующих различные численные значения параметров разделения (например, одновременно быстрой (короткоживущей) и медленной компонент), без изменения электрической схемы блока регистрации.

Поставленную задачу решает рентгенолюминесцентный сепаратор, содержащий устройство подачи и транспортировки исходного материала, импульсный источник рентгеновского излучения с генератором импульсов возбуждения, выход которого подключен ко входу возб)ждения источника излучения, по крайней мере одно, фотоприемное устройство с управляемым высоковольтным источником питания, блок регистрации и исполнительный механизм с блоком управления, в котором блок регистрации выполнен в виде аналого-цифрового преобразователя, сигнальный вход которого подключен к выходу фотоприемного устройства (ФПУ), блока таймеров, вход которого подключен к выходу генератора импульсов возбуждения, блока регистров сигнала, регистра порога, регистра уровня и арифметико-логического устройства, первый выход которого подключен ко входу блока управления исполнительным механизмом, а второй и третий выходы - ко входам сложения и вычитании реверсивного счетчика, выходы которого поразрядно соединены с соответствующими входами цифро-аналогового преобразователя (ЦАП), выход которого подключен к управляющему входу высоковольтного источника питания, при этом вход запуска АЦП подключен через схему ИЛИ к выходам блока таймеров, информационные выходы АЦП поразрядно соединены с соответствующими информационными входами/выходами блока регистров сигнала, а также подключены к информационным входам/выходам арифметико-логического устройства (АЛУ) и к информационным выходам регистра порога и регистра уровня, вход записи (WR) блока регистров сигнала подключен к выходу схемы ИЛИ

через устройство задержки, входы чтения (RD) регистра порога, регистра уровня и блока регистров сигнала соединены с соответствующим выходом АЛУ, а входы выборки (CS) указанных регистров соединены с соответствующими выходами АЛУ.

В отличие от наиболее близкого аналога блок регистрации выполнен в виде аналого-щ1фрового преобразователя (АЦП), сигнальный вход которого подключен к выходу фотоприемного устройства (ФПУ), блока таймеров, вход которого подключен к выходу генератора импульсов возбуждения, блока регистров сигнала, регистра порога, регистра уровня и арифметикологического устройства (АЛУ), первый выход которого подключен ко входу блока управления исполнительным механизмом, а второй и третий выходы ко входам сложения и вычитания реверсивного счетчика, выходы которого поразрядно соединены с соответствующими входами цифро-аналогового преобразователя (ЦАП), выход которого подключен к управляющему входу высоковольтного источника питания, при этом вход запуска АЦП подключен через схему ИЛИ к выходам блока таймеров, информационные выходы АЦП поразрядно соединены с соответствующими информационными входами/выходами блока регистров сигнала, а также подключены к информационным входам/выходам арифметико-логического устройства (АЛУ) и к информационным выходам регистра порога и регистра зфовня, вход записи (WR) блока регистров сигнала подключен к выходу схемы ИЛИ через устройство задержки, входы чтения (RD) регистра порога, регистра уровня и блока регистров сигнала соединены с соответствующим выходом АЛУ, а входы выборки (CS) указанных регистров соединены с соответствующими выходами АЛУ.

На фиг. 1 схематически показан рентгенолюминесцентный сепаратор в качестве одного из вариантов осуществления полезной модели.

На фиг. 2 представлены временные диаграммы сигналов, поясняющие процесс выделения сигнала от обогащаемого продз сга - алмаза (2а - на выходе генератора импульсов возбуждения; 26 - на выходе блока таймеров; 2в - выходные сигналы ФПУ - входные сигналы АЦП.

Рентгенолюминесцентный сепаратор, изображенный на фиг. 1 содержит устройство 1 подачи и транспортировки исходного материала (на фиг.1 не показан) в зону регистрации А, хвостовой и концентратный отсеки 2 и 3 для выходного материала (на фиг. 1 не отмечен), импульсный источник 4 рентгеновского излучения на основе рентгеновской трубки, генератор 5 импульсов возбуждения (ГИ), выход которого подключен к входу возбуждения источника 4 излучения, по крайней мере, одно фотоприемное устройство (ФПУ) 6 с управляемым высоковольтным источником 7 питания (ВИП) и исполнительный механизм 8 с блоком управления (на фиг.1 не показан). Блок 9 регистрации, выполнен в виде АЦП 10, сигнальный вход 11 которого подключен к выходу ФПУ 6, блока 12 таймеров, вход которого подключен к выходу генератора 5 импульсов возбуждения, блока 13 регистров сигнала (БРС), регистра 14 порога (РП), регистра 15 уровня (РУ) и АЛУ 16, первый выход 17 которого подключен к входу блока заявления исполнительным механизмом 8, а второй и третий выходы 18 и 19 - к входам сложения и вычитания реверсивного счетчика (PC) 20, выходы которого поразрядно соединены с соответствующими входами ЦАП 21, выход которого подключен к зттравляющему входу высоковольтного источника 7 питания. При этом вход запуска 22 АЦП 10 подключен через схему 23 ИЛИ к выходам блока 12 таймеров, информационные выходы (шина данных) АЦП 10 поразрядно соединены с соответствующими информационными входами/выходами блока 13 регистров сигнала, а также подключены к информационным входам/выходам АЛУ 16 и к информационным выходам регистра 14 порога и регистра 15 уровня, вход 24 записи блока 13 регистров сигнала подключен к выходу схемы 23 ИЛИ через устройство 25 задержки

(УЗ), входы чтения (RD) регистра 14 порога, регистра 15 уровня и блока 13 регистров сигнала соединены с соответствующим выходом АЛУ 16, а входы выборки (CS) указанных регистров соединены с соответств то1цими выходами АЛУ 16.

Предлагаемый сепаратор работает следующим образом. Устройство 1 подачи и транспортировки подает исходный материал в зону регистрации А, где материаи облучается импульсами рентгеновского излучения, создаваемыми источником 4 излучения, который возбуждается импульсами генератора 5 импульсов возбуждения. Для определенности, например, длительность импульса ти 0.5 мс, а период - Ти 4 мс (см. фиг.2а). Каждым импульсом генератора 5 запускается блок 12 таймеров, который формирует четыре временных интервала (tO-tl, tl-t2, t2-t3, t3-t4) (см. фиг.2б) и выдает на выходах, соответствующих каждому интервалу времени, короткий импульс. С тммарная длительность всех четырех интервалов меньше периода Ти, а, по крайней мере, один интервал (tO-tl) меньще длительности импульса ти. Выходные сигналы блока 12 таймеров поступают на входы схемы 23 ИЛИ. По каждому из импульсов, снимаемых с выхода схемы 23 РШИ на вход запуска 22 в АЦП 10 запускается цикл аналого-цифрового преобразования (АЦП) сигнала, поступающего на сигнальный вход 11 АЦП 10 от ФПУ 6. ФПУ 6 воспринимает сигналы люминесценции, возбуждаемые в зоне регистрации А под воздействием рентгеновского излучения. Выходные сигналы ФПУ 6 - входные сигналы АЦП 10 (см. фиг.2в) представляют собой композицию:

сигнала люминесценции воздуха (в) - этот сигнал в виде последовательности периодических импульсов, повторяющих период и длительность импульсов излучения, присутствует на входе АЦП независимо от наличия люминесцирующих минералов в исходном материале; - сигнала люминесценции алмазов, содержащего быструю (al) и медленную (а2) компоненту люминесценции, причем первая имеет место во время

действия импульса (ти) облучения, а вторая - после его завершепия, но обе имеют место только в том периоде (периодах) облучения, когда в зоне регистрации находится алмаз;

- сигнала люминесценции сопутствующих минералов, также содержащего две компоненты (с1) и (с2), расположенные во времени аналогично сигналам алмаза, но, как правило, имеющие меньшую длительность. Время преобразования tnp. АЦП 10 значительно меньше т и (для определенности примем tnp.20 мкс). По истечении этого времени после запуска в АЦП 10 будет сформировано число - цифровое представление значения композиционного сигнала в соответствующий момент времени

(tl, t2, t3 или t4) -Ul, U2, из, U4. Задержанный импульс с выхода устройства 25 задержки (длительность задержки несколько больше tnp. (для определенности примем -22 мкс) поступает на вход 24 записи WR блока 13 регистров сигнала и с шины данных соответствующее цифровое значение сигнала заносится в блок 13 регистров. Блок 13 регистров построен по принципу FIFO (first input - first output), что позволяет осуществлять выборку хранимых значений UL.U4 в порядке поступления. Таким образом, в каждом периоде возбуждения к моменту времени (t4 + tnp.) в блоке 13 регистров сигнала будут сформированы четьфе выборки значения сигнала (U1..U4). Далее АЛУ 16 осуществляет над этими значениями набор операций, необходимый для поддержания автоматической регулировки усиления и обнаружения полезного минерала - алмаза.

Этот набор операций может быть, например, следующим: АЛУ 16 выбирает из блока 13 регистров сигнала значение U1, выдавая сигнал выборки на вход CS блока 13 регистров и посылая сигнал чтения RD. Аналогично из регистра 15 уровня выбирается значение уровня усиления (уровень воздуха) Uyp. подачей сигнала выборки на вход CS регистра 15, а затем сигнала чтения RD. Цепи записи заданного значения уровня также как цепи

записи заданного значения норога в соответствующие регистры 15 и 14 для упрощения схемы не показаны. В АЛУ 16 вычисляется разность Ul-Uyp. Если эта разность положительная (усиление больше заданного уровня), с выхода 19 АЛУ 16 выдается импульс на вход вычитания реверсршного счетчика 20 (этот счетчик изначально при включении питания устанавливается в положение, равное половине емкости счетчика - например, при емкости счетчика 1024 заносится значение 512, соответствующие цепи для упрощения не показаны, что соответствует начальному значению напряжения на ФПУ 6 и, соответственно, исходному усилению ФПУ 6). Если же указанная выше разность отрицательна, выдается импульс на выход 18 АЛУ 16 и далее на вход сложения реверсивного счетчика 20. Счетчик 20 уменьшает (увеличивает) значение на 1 и соответственно изменяется напряжение на выходе ЦАП 21 и на выходе источника 7 питания ФПУ 6 в сторону, противоположную знаку разности, что соответствует отрицательной обратной связи по усилению и обеспечивает работу автоматической регулировки усиления с управлением по напряжению питания ФПУ 6. АЛУ 16 последовательно выбирает из блока 13 регистров сигнала (процедура выборки аналогична описанной выше для U1) численные значения сигнала в шпервале времени, где возможно наличие люминесценции - U2, U3, U4, выбирает значение порога регистрации Ш из регистра 14 порога и вычисляет три значения разности : (U2-U п.), (U3-U п.) и (U4-Un.). Если хотя бы две разности из трех положительны, как это имеет место для сигнала, обозначенного на фиг.2в как (а2), это означает, что сигнал медленной компоненты люмршесценции по своей длительности принадлежит к области, соответствующей алмазу и тогда АЛУ 16 выдает на выход 17 управляющий сигнал на исполнительный механизм 8. Исполнительное воздействие механизма 8 направляет часть потока материала с алмазом в отсек 3 концентрата. Основной поток материала, где не обнарз жены алмазы, сбрасывается в хвостовой отсек 2. Для сигнала сопутствующего минерала.

обозначенного на фиг.2в как (с2) все разности отрицательны и исполнительное воздействие на выходе 17 АЛУ 16 вырабатываться не будет. Набор операций над численными значениями реализаций сигнала, направленный на выполнение двух основных функций: поддержание автоматической регулировки усиления и селекцию сигналов от алмазов на фоне сигналов от сопутствующих элементов, - может быть и иным. Например, управляющий сигнал может формироваться по разделительному признаку, определяемому соотношением быстрой и медленной компонент

3(Ul-Uyp.)/(U2+U3+U4),

где в числителе превышение быстрой компоненты (al) или (с1) над сигналом люминесценции воздуха, а в знаменателе - среднее значение трех реализаций медленной компоненты в том же периоде возбуждения.

Используемые в схеме устройства узлы могут быть реализованы, например, следуюпщм образом:

-блок 12 таймеров - в виде четырех последовательно соединенных микросхем 1006ВИ1 /4 - стр.93/ ;

-АЦП 10 - в виде микросхемы К572 НВ1 /5 - стр.56..58/;

-ЦАН 21 - в виде микросхемы К572 НА1 /5 - стр.45..50/;

-схема 23 ИЛИ - в виде микросхемы К555 ЛЕЗ /4 - стр.36..38/;

-счетчик 20 реверсивный - в виде трех соединенных последовательно микросхем К555ИЕ7 /4 - стр.245/;

-блок 13 регистров сигнала - в виде микросхемы К537 РУ8 /4 - стр. 220..222/;

-регистры 14 и 15 - в виде микросхем К155 ИР13 каждая / 4- стр.213/;

-устройство 25 задержки в виде микросхемы К555АГЗ /4 - стр.97/;

-АЛУ 16 - в виде микросхемы К1816ВЕ35 /6 -стр.86 - 89/.

Таким образом, предлагаемая цифровая обработка сигнала ;ш)минесценции позволяет успешно адаптировать сепаратор на различные продукты обогащения (крупность зерен исходного материала, засоренность

примесями, особенности алмазов данного месторождения и пр.) и стадии обработки (первичное обогащение, доводка).

Источники информации

1.Авторское свидетельство СССР № 1187325, МПК ВОЗВ 13/06.

2.Япония № 6-60286 В4, 1994 г.

3.Рентгеновский сепаратор люминесцентный ЛС-Д-4-03, Техническое описание. ТУ 4276-011-00227703-97,1997 г.

4.Пухальский Г.И., Новосельцева Т.Я. Проектирование дискретных устройств на интегральных микросхемах. Справочник. М. Радио и связь, 1990.

5.Федорков Б.Г. и др. Микроэлектронные цифро-аналоговые и аналогоцифровые преобразователи. М. Радио и связь, 1984.

6.Каган Б.Б., Сташин В.В. Основы проектирования микропроцессорных устройств автоматики. М. Энергоатомиздат., 1987.

Claims (1)

1. Рентгенолюминесцентный сепаратор, содержащий средства подачи и транспортировки исходного материала, импульсный источник рентгеновского излучения с генератором импульсов возбуждения, выход которого подключен к входу возбуждения источника излучения, по крайней мере одно фотоприемное устройство с управляемым высоковольтным источником питания, блок регистрации и исполнительный механизм с блоком управления, отличающийся тем, что блок регистрации выполнен в виде аналого-цифрового преобразователя, сигнальный вход которого подключен к выходу фотоприемного устройства, блока таймеров, вход которого подключен к выходу генератора импульсов возбуждения, блока регистров сигнала, регистра порога, регистра уровня и арифметико-логического устройства, первый выход которого подключен к входу блока управления исполнительным механизмом, а второй и третий выходы - к входам сложения и вычитания реверсивного счетчика, выходы которого поразрядно соединены с соответствующими входами цифроаналогового преобразователя, выход которого подключен к управляющему входу высоковольтного источника питания, при этом вход запуска аналого-цифрового преобразователя подключен через схему ИЛИ к выходам блока таймеров, информационные выходы аналого-цифрового преобразователя поразрядно соединены с соответствующими информационными входами/выходами блока регистров сигнала, а также подключены к информационным входам/выходам арифметико-логического устройства и к информационным выходам регистра порога и регистра уровня, вход записи блока регистров сигнала подключен к выходу схемы ИЛИ через устройство задержки, входы чтения регистра порога, регистра уровня и блока регистров сигнала соединены с соответствующим выходом арифметико-логического устройства, а входы выборки указанных регистров соединены с соответствующими выходами арифметико-логического устройства.