CC BY
8
Рябов Е.В., Китов Б.И., Мухачев Ю.С.
УДК 622.44
АВТОМАТИЗАЦИЯ РЕНТГЕНОРАДИОМЕТРИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ДОВОДКИ КОНЦЕНТРАТОВ
Автоматическоe обнаружение и извлечение полезного компонента из потока смеси кусков различных веществ относится к важнейшим задачам горнообогатительной, алмазодобывающей, угольной промышленности
констант известно, что при энергиях больших 20 кэВ атомные коэффициенты рассеяния не столь сильно зависят от атомного номера, как атомные коэффициенты фотоэлектрического поглощения [3]. Если первые для легких и тя-
и корнеплодов от посторонних включений, при переработке вторичного металлургического сырья.
При значительном отличии средних атомных номеров полезного и сопутствующего компонентов кусковой смеси перспективной
[1,2]. Оно применяется при при очистке зерна желых элементов отличаются примерно в 8-10
раз, то вторые отличаются в 500-1000 раз. Поэтому интенсивность рассеянного излучения определяется не столь рассеивающей способностью вещества, как поглощением рассеянного излучения при выходе из этого вещества. Рентгенооптическая схема (РОС), схема технологией обнаружения является рентгено- тракта регистрации и схема блока управления абсорбционный метод , так как лежащий в его приведены на рис.1.
основе закон зависимости коэффициента фо- Кроме рассеянного рентгеновского излу-
тоэлектрического поглощения от атомного но- чения от объекта, регистрируется рассеянное мера т» Const -X3 - z4, указывает на высокую рентгеновское излучение от рассеивающего чувствительность интенсивности прошедшего экрана, выполненного из материала с низким рентгеновского излучения, к вещественной атомным номером, установленного между принадлежности обьекта. объектом и детектором.
Однако метод оказался хорош только при При таком расположении экрана сигнал фиксированном положении анализируемого детектора представляет собой сумму постоян-объекта относительно источника и детектора ной и импульсной составляющих. излучения. При свободном же движении объекта в пространстве, например при его движении по ленте транспортера, при движении по наклонному лотку или при свободном падении объекта через зону анализа, площадь облучения его поверхности изменяется случайным образом в весьма щироких пределах, сводя к нулю преимущества метода.
Для решения этой проблемы предлагается отказаться от регистрации прошедшего через объект первичного рентгеновского излучения, заменив его регистрацией рассеянного излучения под небольшим углом в прямом направлении. Из экспериментов по измерению атомных
Рис. 1. Структурная схема системы обнаружения РРС. 1-ис-точник рентгеновского излучения; 2-рассеивающий экран; 3- сцинтиллятор; 4-фотоэлектронный умножитель (ФЭУ); 5- предварительный усилитель (ПУ); 6-блок обработки сигнала; 7-блок разделения сигналов; 8-блок управления рентгеновским излучателем; 9-блок питания ФЭУ.
ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
Постоянная составляющая формируется составляющей, совпадающей по знаку с
рассеянным рентгеновским излучением от эк- сигналом фона от экрана (Рис.2) . рана и зависит от интенсивности первичного При прохождении в зоне облучения ирасс
рентгеновского излучения и поверхностной объектна с высоким атомным номером, напри-
плотности вещества экрана. Импульсная со- мер, циркона, сигнал рассеянного излучения,
ставляющая сигнала формируется при пересе- совпадающий по знаку с сигналом фона от рас-
чении объектном компонента пучка первич- сеяния на дополнительном экране, имеет ма-
ных рентгеновских лучей. лую величину вследствие того, что излучение,
При прохождении объекта через пучок рассеянное облучаемой стороной объектна
первичных рентгеновских лучей наблюдается проходит через зерно компонента с высоким
два различных процесса: во-первых, объект рассеивает первичное рентгеновское излучение, часть которого попадает на детектор и суммируется с постоянной составляющей, во-вторых, объект перекрывает часть рентгеновского пучка, в результате чего уменьшается интенсивность излучения, падающего на дополнительный экран, а следовательно уменьшается интенсивность сигнала от этого экрана.
Таким образом результирующий сигнал детектора представляет собой сумму трех составляющих
и = и + и - и ,
сигн экр расс. погл. '
где исигн- результирующий сигнал детектора,
иэкр — постоянный сигнал рассеяния дополнительного экрана,
и?асс — импульсный сигнал рассеяния объектна компонента,
ипогл — импульсный сигнал поглощения первичного излучения объектном компонента.
В отсутствии объекта в зоне анализа наблюдается постоянный во времени фоновый сигнал иэкр , определяемый интенсивностью первичного рентгеновского излучения и поверхностной плотностью дополнительного экрана.
При прохождении в зоне облучения объекта с низким атомным номером, например алмаза, сигнал рассеянного излучения ирасс совпадает по знаку с сигналом фона образованного рассеянием на экране, и имеет значительную величину вследствие того, что излучение рассеянное на объекте проходит через его вещество практически без ослабления . Кроме того, объект с низким атомным номером является слабым препятствием для потока первичного излучения, падающего на дополнительный экран, то есть сигнал ипогл оказывается по величине много меньше, чем и . Общий
атомным номером и поглощается в самом зерне практически полностью. Одновременно, это же зерно с высоким атомным номером, проходя через пучок первичного излучения, ослабляет поток первичного излучения, падающий на дополнительный экран, на большую величину вследствие низкой прозрачности компонента с высоким атомным номером, то есть сигнал ипоглпо величине много больше, чем ирасс. Общий сигнал имеет вид постоянной составляющей и дополнительной импульсной составляющей, противоположной по знаку сигналу фона от экрана (рис.2).
Далее в блоке обработки сигнала выделяется только импульсная составляющая сигнала. Если принять полярность постоянной составляющей положительной, то зерна алмаза будут давать сигналы положительного знака, зерна сопутствующих компонентов с наиболее высоким атомным номером (например, циркон), будут давать сигналы отрицательной полярности, а зерна со средним атомным номером, наиболее близким к алмазу (например, кварц), вообще не будут давать сигналов и пройдут через зону анализа не изменяя уровень
фона иэкр.
Толщина вспомогательного экрана, его материал и поверхностная плотность подбираются так, чтобы были равными нулю сигналы либо от зерен компонентов, наиболее близких по атомному номеру к алмазу, например, квар-
сигнал имеет вид постоянной составляющей и дополнительной импульсной
Рис.2. Формы сигналов для материалов с существенно различными атомными номерами.
©
УПРАВЛЕНИЕ В ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ
цы, либо от зерен компонентов составляющих основную часть смеси компонентов, например, известняки.
Недостатком способа является низкая селективность разделения полезного и сопутствующих компонентов крупнокускового материала связанная с тем,что в моменты времени соответствующие входу и выходу куска сопутствующего компонента смеси в облучаемую область наблюдаются сигналы рассеяния от его нижней, а затем верхней открытых поверхностей, сравнимые с сигналами от куска полезного компонента. Данный недостаток приводит к тому, что исполнительный механизм системы отсекает в приемник не только полезный, но и сопутствующий компонент.
Для решения этой проблемы предлагается использовать двухдетекторный датчик рассеянного излучения (рис.3).
В данной схеме процессы, формирующие сигнал от объектов с малым и большим атомным номером, существенно различаются . По мере проникновения полезного компонента , имеющего малый атомный номер, в поток рентгеновского излучения увеличивается количество рассеивающих центров и увеличивается, следовательно, число квантов вторичного излучения, которые, вследствие высокой прозрачности алмаза в рентгеновском диапазоне, сначала почти беспрепятственно, а затем с небольшим ослаблением в теле объекта направляются в детектор. По этой же причине затенение рассеивающего экрана почти не увеличивается. В результате общий сигнал, содержащий постоянную (фоновую) и дополнительную импульсную составляющую, обладает полярностью, соответствующей увеличению излучения. Длительность импульса зависит от
размера зерна и высоты потока рентгеновского излучения, заданной коллиматором.
Выход алмаза из зоны облучения сопровождается столь же монотонным спадом сигнала. Это наблюдается одновременно как в верхнем, так и в нижнем детекторах.
Сопутствующий объект, обладает большим, чем полезный объект коэффициентом фотоэлектрического поглощения, он сильнее затеняет рассеивающий экран, он сильнее поглощает собственное вторичное излучение.
Динамика прохождения куска сопутствующего минерала через плоский поток рентгеновского излучения характерна тремя ярко выраженными фазами
1. При входе в зону обнаружения крупного куска скользящее рассеяние излучения от его нижней поверхности беспрепятственно распространяется в направлении нижнего детектора. В результате в сигнале нижнего блока детектирования наблюдается сравнительно короткий импульс с полярностью, совпадающей с полярностью сигналов, наблюдаемых при прохождении полезного компонента (рис.4,а)
2. При нахождении куска в средней позиции, когда облучается только его средняя, затеняется значительная часть вспомогательного экрана, и, кроме того, возрастает путь вторичного излучения через кусок к детекторам. Этим почти полностью уравновешиваются сигналы, обусловленные процессами поглощения и рассеяния, с небольшим преобладанием первого. В результате этих двух процессов импульсные составляющие сигналов в каждом из детекторов будут иметь полярность противоположную той, что обнаруживается при прохождении полезного компонента и иметь
Рис. 3. Структурная схема системы обнаружения с двухдетекторной РОС. 1-источник рентгеновского излучения; 2-рассеивающий экран; 3.1, 3.2- сцинтилляционные блоки детектирования; 4.1, 4,2 -ПУ блоков детектирования; 5.1,5.2-блоки обработки сигналов; 6.1,6.2-блок предварительного разделения сигналов; 7- блок принятия решения.
ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
Рис.4 Сигналы блока регистрации при пролете объекта из сопутствующего вещества
а) - сигнал на выходе усилителя канала нижнего детектора;
б) - сигнал на выходе усилителя канала верхнего детектора;
в) - сигнал на выходе дискриминатора нижнего канала блока детектирования;
г) - сигнал на выходе дискриминатора нижнего канала блока детектирования.
амплитуду самих сигналов близкую к сигналам от рассеяния излучения вспомогательным экраном.
3. При выходе куска из зоны обнаружения идет такое же, как и в первой фазе, скользящее рассеяние излучения уже от его верхней поверхности в направлении верхнего детектора, что так же сопровождается увеличением сигнала. В результате в сигнале верхнего блока детектирования наблюдается сравнительно короткий импульс с полярностью, совпадающей с полярностью сигналов, наблюда-
емых при прохождении полезного компонента (рис.4,б).
Только во второй фазе движения в оба детектора одновременно поступает верная информация о составе объекта. Сигналы, зарегистрированные на первой и второй фазах, разделены во времени и могут быть исключены применением схемы совпадений.
Для этого из сигналов, поступающих с верхнего и нижнего блоков детектирования выделяется импульсная составляющая сигналов, фильтруются шумы и производится срав-
©
УПРАВЛЕНИЕ В ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ
нение с порогом разделения двумя независимыми дискриминаторами (рис. 4,в и г). Импульсы, снимаемые с выходов двух дискриминаторов, поступают на схему совпадений, то есть на логическую схему «И». На выходе схемы отсутствует импульсы не совпадающие во времени, то есть возникающие при входе сопутствующего минерала с поток приникающего излучения и при выходе из него, а присутствуют только импульсы, возникшие когда зерно полностью погружено в поток.
Измерение сигналов вторичного излучения одновременно двумя детекторами обеспечивает повышение селективности разделения. Прибор на основе двухдетекторного датчика успешно прошел испытания на алмазодобыва-
ющих предприятиях и начат его промышленный выпуск .
БИБЛИОГРАФИЯ
1. Справочник по обогащению руд . Основные процессы. / Под ред. О.С .Богдано-ва.-М: Недра, 1983.- 381 с.
2. Старчик Л. П. Ядерно-физические методы для рудоподготовки // Комплексная переработка минерального сырья. М.:Наука, 1992.- С. 130-136.
3. Таблицы и формулы рентгеноспектрально-го анализа. Методические указания/ Под ред. Н.И.Комяка. —Ленинград:ЛНПО «Бу-ревестник»,1982,вып.3,101с.
Носков С.И.
УДК 115:37.01
ПОПЫТКА ПЕРВИЧНОГО ФОРМАЛЬНОГО АНАЛИЗА РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКЗАМЕНАЦИОННОЙ СЕССИИ
У специалиста, многие годы работающего в области анализа данных (иногда используют термин «прикладная статистика»), вид любой таблицы чисел, отражающих некоторый реальный процесс, вызывает некий «зуд» поис-следовать ее формальными методами с целью выхода на какие-либо практически полезные рекомендации.
В виде такой таблицы могут быть представлены и результаты сессии. Посмотрим, какой их первичный упрощенный формальный анализ можно было бы провести?
Итак, пусть после первого этапа (до пересдач, что предполагает наличие у некоторых студентов двоек) сдачи сессии некоторым кур-
сом стали известны значения величин х
]
/ = 1,п, 7 = 1, т, где
/ — номер студента,
7 — номер сдаваемой дисциплины (или номер принимающего ее преподавателя); п — число студентов на курсе;
т — число сдаваемых дисциплин (без зачетов!)
х- оценка, полученная /-ым студентом по
]-ой дисциплине.
Проанализируем эти величины на предмет их взаимной согласованности. А именно, в какой мере оценки, выставляемые 7-ым преподавателем, согласуются с оценками других преподавателей?
Сразу следует сделать одну важную оговорку. Безусловно, степень такой согласованности не должна никоим образом влиять на оценку профессионального уровня преподавателя, или, что уж совершенно недопустимо, отражаться на его внутреннем педагогическом статусе. Но известную полезную информацию, могущую повлиять на возможную корректировку преподавателем или манеры преподавания, или своей «сессионной тактики», или рабочей программы дисциплины, или еще чего-то профессионально важного, анализ такой согласованности способен дать. Этим те-
