CC BY
12
УДК 681.183/185 Мухачев Юрий Сегргеевич,
к. ф.-м. н., доцент кафедры «Физика, механика и приборостроение», Иркутский государственный университет путей сообщения, тел. +7-902-761-81-11, e-mail: mukhachev_yu_s@mail.ru
Китов Борис Иванович, д. т. н, профессор, зав. кафедрой «Физика, механика и приборостроение», Иркутский государственный университет путей сообщения,
тел. 3952-63-83-63
ИССЛЕДОВАНИЕ ВИДОВ СИГНАЛОВ УПРАВЛЕНИЯ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫМ
МЕХАНИЗМОМ СЕПАРАТОРА
Y. S. Mukhachyov, Bs. I. Kitov
THE STUDY OF SIGNAL TYPES FOR CONTROLLING THE ACTUATING MECHANISM OF A SEPARATOR
Аннотация. Приведены результаты математического моделирования процессов рассеяния рентгеновского излучения алмазами и сопутствующими минералами в процессах рентгенорадиометрической сепарации алмазов. В статье приводятся результаты исследования различных видов сигналов управления исполнительным механизмом сепаратора алмазов. Анализ проводится для рентгенооптической схемы, включающей два детектора, установленных с необлучаемой стороны образца, и вспомогательный экран, полупрозрачный для рентгеновского излучения. Детекторы установлены выше и ниже прямого луча. Вспомогательный экран расположен между образцом и детекторами.
Рентгеновское излучение падает на переднюю поверхность облучаемого образца, частично рассеивается в оба детектора. Излучение, прошедшее через образец без рассеяния, падает на вспомогательный экран и рассеивается в оба детектора одновременно. Полезный сигнал каждого из детекторов содержит две составляющие: излучение, рассеянное образцом, и излучение, рассеянное вспомогательным экраном.
На основе результатов модели предложены два алгоритма обработки сигналов: амплитудный и амплитудно-временной. Амплитудный метод позволяет повысить селективность сепарации алмазов при позерновой подаче материала, а амплитудно-временной позволяет осуществить обнаружение алмазов в потоке материала.
Ключевые слова: рентгеновское излучение, рассеяние, поглощение, математическое моделирование, алмазы, минералы, детекторы рентгеновского излучения, рентгенооптическая схема.
Abstract. The paper presents the mathematical model of X-ray radiation's scattering by diamonds and the accompanying minerals in the X-ray radiometric separation of diamonds. The paper presents the results of studying different signal types for controlling the actuating mechanism of a diamond separator. The calculations are done for the X-ray optical scheme with two detectors positioned at the unirradiated side of the sample and the auxiliary screen, which is semi-transparent for X-ray radiation. The detectors are above and below the direct beam. The auxiliary screen is between the sample and the detectors. The X-ray radiation reaches the frontal surface of the irradiated sample and is partially scattered to both detectors. The radiation that passes through the sample without scattering falls on the auxiliary screen and is simultaneously scattered to both detectors. The useful signal of each detector contains two components: radiation scattered by the sample and radiation scattered by the auxiliary screen.
The model experiment is used to offer two algorithms for the signals' processing: the amplitude and the amplitude-temporal one. The amplitude method allows to improve the selective efficiency of the separation in the grain-by-grain feed of the material, while the amplitude-temporal method allows to detect diamonds in the stream of raw material.
Keywords: X-ray radiation, scattering, absorption, mathematical modeling, diamonds, minerals, X-ray detectors, X-ray optical
scheme.
Введение
Отличие атомного номера углерода от среднего атомного номера вмещающих пород делает перспективным применение рентгенорадиометри-ческих методов сепарации для обогащения углей и алмазов [1]. Экспериментальные данные по измерению прозрачности природных алмазов в рентгеновских лучах можно найти в книге [2].
Первые попытки технической реализации принципа рентгеновской абсорбции описаны в патенте [3]. Сортировочная машина выполнена в виде барабана с отверстиями на цилиндрической поверхности. Внутри барабана создается вакуум. Частицы руды притягиваются к отверстиям и удерживаются. Внутри барабана расположена
рентгеновская трубка, а снаружи барабана расположены детекторы рентгеновского излучения. Отверстия, перекрытые алмазом, частично пропускают рентгеновское излучение, а частицы пустой породы его не пропускают. Эта конструкция оказалась слишком сложной, и такое направление не получило развития.
Первые сведения об успешном применении процесса рассеяния рентгеновского излучения для идентификации алмаза описаны в патенте фирмы «Де Бирс» [4]. Рентгенооптическая схема предусматривала регистрацию рассеянного вторичного излучения с необлучаемой стороны образца в стороне от прямого рентгеновского луча. Экспериментальные результаты подтвердили возможность
Механика
точного разделения сигналов от алмазов и сопутствующих минералов.
Математическая модель процессов рассеяния с учетом поглощения излучения внутри образца подробно проработана в работе [5]. Там же описано устройство спектрометра малоуглового рассеяния. Дальнейшее развитие рентгенорадио-метрического метода сепарации алмазов проведено в направлении повышения селективности путем введения в рентгенооптическую схему дополнительного полупрозрачного экрана и двух детекторов рассеянного излучения [6, 7].
Наряду с заметным прогрессом в принципиальном решении вопроса разделения алмазов и минералов остается нерешенным ряд вопросов, связанных с влиянием формы, разброса размеров образцов и учетом временного сдвига между сигналами двух детекторов.
Постановка задачи
Моделирование процесса формирования сигнала двух детекторов производится на основании трехмерной модели образца сферической формы. Грубая оценка этого процесса для двумерной модели и монохроматического первичного излучения была приведена авторами в статье [8].
Рентгенооптическая схема рассеяния рентгеновского излучения поясняется рис. 1.
Рентгеновское излучение распространяется вдоль оси х в виде плоскопараллельного луча прямоугольного поперечного сечения.
5. Принципиальной особенностью детекторов является большая площадь входных окон.
Элементарный рентгеновский луч выходит из точки Q и распространяется вдоль оси X в направлении образца. Луч входит в образец в точке А, проходит внутри образца расстояние АВ, испытывая поглощение.
В точке В происходит рассеяние в верхний и в нижний детекторы. Первый луч проходит в образце участок ВС, где испытывает дополнительное поглощение. Затем он выходит из образца и поступает в верхний детектор в точку М. Второй луч проходит в образце участок ВО, испытывает дополнительное поглощение и поступает в нижний детектор в точку N . Третий луч, не испытывая рассеяния, продолжает движение вдоль оси X и проходит по образцу участок пути ВЕ, испытывает поглощение. После выхода из образца прямой луч попадает на полупрозрачный экран 3 в точку Е, в которой часть излучения рассеивается в верхний детектор в точку М и в нижний детектор в точку N .
Энергия рассеянного рентгеновского излучения с учетом его поглощения внутри образца на участке траектории АВСМ вычисляется по следующей формуле:
= • 10 (л).йаобрМ---
йЕ л
й а
ХРобр Мобр (я). е
-Мобр (Я)РобрйАв
хе
■ е
-Мэ (яя )Рэ
"обр.М
Рис. 1. Рентгенооптическая схема рассеяния рентгеновского излучения
Коллиматор 1 формирует падающий рентгеновский пучок. Образец сферической формы 2 с центром в точке z0 движется сверху вниз вдоль оси Z. За образцом установлен полупрозрачный для рентгеновского излучения экран 3, который рассеивает часть падающего рентгеновского излучения. Регистрация рассеянного излучения производится двумя детекторами: верхним 4 и нижним
(1)
где /0 (я) - интенсивность падающего рентгеновского излучения,
- площадь поперечного сечения элементарного участка падающего рентгеновского излучения,
йаобРм - элементарный телесный угол, в
который распространяется рассеянное образцом рентгеновское излучение из точки В в точку М .
й°обр (я,в)
й а
- дифференциальное сечение
обрМ
рассеяния излучения материалом образца в направлении точки М,
Робр - плотность материала образца,
М обр
(я) - массовый коэффициент ослабления рентгеновского излучения материалом образца,
х
й
Э
и - длины отрезков АВ и ВС соответственно,
йхв - дифференциал перемещения внутри
образца вдоль отрезка АЕ.
Энергия рассеянного рентгеновского излучения с учетом поглощения внутри образца на участке траектории АВОЫ вычисляется по следующей формуле
^ (А,А)
dEABDN — dSR ' I0 (A) ' d
ХРобр Mобр (*)•e
-МобрAs )Po6pdBD )РЭ
d fi
хе . ше , (2) где d&обрЫ - элементарный телесный угол, в который распространяется рассеянное образцом рентгеновское излучение из точки В в точку N,
^о6Р (А,А)
d fi
- дифференциальное сечение
обр.Ы
рассеяния излучения материалом образца в направлении точки N,
dBD - длина отрезка BD.
Рассмотрим луч, прошедший через образец по траектории AE и рассеянный с помощью вспомогательного экрана из точки F в поле зрения верхнего детектора в т. M :
в ( \ do3 (А,в)
dEAlEFM - dSR 'I0 (A)^ d fi3.M--—--РЭ X
d fi,
'3.M
х^э (А) • е~Мобр{А)робрС1АЕе^Э(А)Рэс1эсХр, (3) где d- элементарный телесный угол, в который распространяется рассеянное экраном рентгеновское излучение из точки Е в точку М,
dGэ (А,в)
---- - дифференциальное сечение
d ^Э.М
рассеяния излучения материалом экрана в направлении точки М .
Аналогично рассмотрим луч, прошедший через образец по траектории АЕ и рассеянный из точки Е в поле зрения нижнего детектора в т. N :
в г \ doЭ (А, в)
АЕШ = ^Я^О ( А) ' QЭ^N--~--РЭ Х
d fi3.N
-Мэ (As )Рэ1^э
dxp (4)
где d- элементарный телесный угол, в который распространяется рассеянное экраном рентгеновское излучение из точки Е в точку N,
da3 (А,в)
d fi„
- дифференциальное сечение
рассеяния излучения материалом экрана в направлении точки N .
Основное назначение модели заключается в том, чтобы рассчитать зависимость сигнала двух детекторов от координаты центра образца 10 в процессе перемещения образца вдоль оси 2 .
Общий сигнал верхнего детектора в точке М складывается из двух составляющих (1) и (3), принимая вид
dEAM — dEABCM + dEAEFM
— dSR • I0 (!)■
d fi
d°o6p (Щ
'обр. M
dfi
Робр •Мобр (A)X
обр. M
xe
-Мэ (As )Рэ
cosA • dxD +
+d fi
3.M
xe
d°э (A,A)
--—--Рэ Мэ (A)x
""3.M
-Мобр (А)робрЛлж -Мэ (As )Рэ Л
S )Рэ"э dxF )• dA.
(5)
Аналогично для нижнего детектора в точке N с учетом выражений (2) и (4) получаем выражение
dEAN — dEABDN + dEAEFN
— dSR •I0 (A)
d fi
d°o6v (a-a)
обр. N
\
dfi
Робр •Мобр (A)X
'oбр.N
do
Хе-^обр (А)РобрdAB е-Мобр (AS )РобрdBD e Мэ (As )Рэ соэв •dx +
+d fi
da3 (А,в)
3.N
dfi
Рэ Мэ (A)x
хе-Мобр(л)Робрс1л е~Мэ(As)Рэ*эdxp ) • dA . (6)
)
При интегрировании выражений (5) и (6) следует учесть, что переменные , , dBD
зависят от координат точки В (хв, ув ) , угла А и
перемещения центра образца 10 вдоль оси 2 .
Длина отрезка вычисляется как расстояние между точкой А на поверхности сферы с центром 20 и точкой В следующим образом:
dAB = ХВ ~ ХА = ХВ 2 " Уе 2В ~ 20 ) . (7)
Вычисление длины отрезка требует
нахождения координат точки С , которая является пересечением сферы с линией ВМ .
Координата х точки С находится по формуле
N
лв
X
d
э
d
э
'S
лв
e
e
Механика
:,1/2 ={-(к\У\ + К2 ■(г1 - 20 ))± (КУх + К2 (г1 - го ))2 --(1+к,2 + к2)(У,2+(г - Ъо )2 - я2)]2 1/(1+к,2 + к2), (8)
где
к — Ум УВ и к — -
Ух = У В
Ум - У В
Х0 и 2Л — 2т> —
вВм — агат
У(Ум - Ув )2 +(гм - гв )2
(10)
Угол рассеяния от экрана из точки Е в точку м можно найти с помощью формулы ( Г,-ТТ"-ТТЛ
в ем — а1тат
У(Ум - Ув )2 +(гм - гв )2
(11)
2 2 тах 2 хЕ ¿тах
им Л). ^
кЕ ЬЕ '¿о -¿хА я й а
2 2 2
й^обр (Л, в)
Робр
обр.М
ХМобр (я). е
-Мобр ( Я) робр ¿АВ
(х -х ) + (У -У ) + (г -г ) \ м В} \ м В} \ м В '
XСОЭ (ввм ) йЯйхвйУмйгмйУренйгр
2 2 тах 2 Лтах
Из двух решений формулы (8) выбирается значение, соответствующее расположению между точками В и м .
Окончательно расстояние й можно найти с помощью формулы
йВС — \КхС-Хв)Г+(Ус'-Ув^+(гс-гв)Г . (9)
Угол рассеяния вш для излучения, выходящего из точки В в точку м, можно найти с помощью формулы
( Г,-ТТ"-ГП
+ 11 I М 1о (я)
о - ¡1 ¿о 2 2 2
рен рен
^ -и (АР °хр ^
эр (Я)РэкрОэкр "Р "Р СО«вЕм
(4 Со8вг-1
, ¿°экр (Я в) СО8 (вРМ ) ¿¿¿УмйгМ¿уренрен
й а
(хм - хв) +(Ум -Ув) +(гм - гв )
(13)
Подстановка формул (7), (9), (10) и (11) в формулы (5) и (6) дает окончательные выражения для рассеянного излучения в дифференциальной форме.
Спектр рентгеновского излучения аппроксимируется уравнением Крамерса с учетом установки алюминиевого фильтра толщиной 0,3-1,0 мм для выделения жесткой области тормозного излучения. Зависимость массовых коэффициентов ослабления излучения, согласно работам [9-12], аппроксимируется формулой
М(Я) — аЛ + Ь . (12)
Численные значения параметров а и Ь в формуле (12) вычислялись на основе данных, взятых из работы [13].
Значение сечений рассеяния рентгеновского излучения взяты из таблиц [13-15].
Окончательное выражение для сигналов в макроскопической форме получается путем интегрирования по текущим значениям шести переменных.
Вычисление интеграла производится численным методом. Сигнал для нижнего детектора вычисляется с помощью интеграла, подобного выражению (13), в котором в подынтегральных выражениях индексы м заменены на индексы N .
Результаты численного моделирования
Типичные сигналы рассеяния, рассчитанные по модели, изложенной выше, получены для следующих условий.
Диаметр зерен алмаза и сопутствующего минерала равен 5 мм. Напряжение на аноде рентгеновской трубки равно 35 кВ, на первичном излучении установлен фильтр из алюминия толщиной 0,5 мм, ширина первичного рентгеновского луча равна 20 мм, высота рентгеновского луча 1 мм.
Полупрозрачный рентгеновский экран выполнен из полиэтилена толщиной 2 мм, плотностью 0,96 гсм-3. Экран установлен на расстоянии 20 мм от зерен минералов с не облучаемой стороны. Регистрация рентгеновского излучения производится сцинтилляционными детекторами в аналоговом режиме регистрации. Детекторы расположены на расстоянии 50 мм от траектории падения зерен. Поле зрения верхнего детектора имеет ширину 50 мм, высоту 20 мм, нижняя граница детектора лежит на 10 мм выше оси рентгеновского луча. Поле зрения нижнего детектора зеркально симметрично относительно оси рентгеновского луча.
На рис. 2 показаны результаты моделирования трех составляющих сигнала рассеяния рентгеновского излучения: 1) рассеяния от алмаза в нижний детектор (рис. 2, а), 2) рассеяния в верхний детектор (рис. 2, б), 3) рассеяние от экрана в оба детектора (рис. 2, в). Из рисунков видно, что прохождение алмаза через рентгеновский пучок вызывает значительное увеличение рассеянного излучения как в верхний (рис. 2, а), так и в ниж-
У
X
й
-Мэ(Яя )Рэ^йЭв -Мобр(ЯЕ)робрй
х
м
экр
ИРКУТСКИМ государственный университет путей сообщения
ний детекторы (рис. 2, б). В сигнале рассеяния от полупрозрачного экрана при прохождении образца на постоянном уровне наблюдается спад, или отрицательный импульсный сигнал (рис. 2, в).
Полный сигнал верхнего и нижнего детекторов с учетом всех составляющих показан на рис. 3 . В отсутствие образца наблюдается постоянный уровень рассеяния от экрана. При вхождении образца в рентгеновский луч сразу начинается рост, который постепенно замедляется и переходит в спад. На протяжении всего процесса сигнал от алмаза остается выше постоянного уровня (рис. 3, а). Импульсные составляющие сигналов обоих детекторов имеют незначительную асимметрию и значительное перекрытие во времени.
близкой к прямой. На заключительной стадии наблюдается быстрый спад заднего фронта.
Рассеяние в верхний детектор (рис. 4, б) имеет вид импульса, зеркально симметричного относительно начала координат.
Вначале наблюдается достаточно быстрый рост на переднем фронте, затем кривая переходит в линейно нарастающий участок, на заключительной стадии следует быстрый спад заднего фронта.
Рис. 2. Рассеяние рентгеновского излучения от алмаза и экрана в зависимости от смешения образца по оси ^
Электронная обработка сигнала позволяет отделить импульсную составляющую сигнала от постоянного уровня, поэтому дальнейший анализ можно проводить только для импульсной составляющей сигналов, показанной на нижнем рисунке (рис. 3, б).
На рис. 4 показаны результаты моделирования трех составляющих полного сигнала рассеяния рентгеновского излучения от зерна доломита (типичного сопутствующего минерала) такого же размера (5 мм), как у алмаза на рис. 2 и 3.
Рассеяние от зерна сопутствующего минерала в нижний детектор (рис. 4, а) принципиально отличается от рассеяния алмаза (рис. 2, а) как по амплитуде, так и по форме сигнала. Во-первых, амплитуда сигнала от зерна минерала такого же размера и такой же формы значительно меньше. Во-вторых, после завершения участка нарастания передний фронт резко переходит в вершину импульса, которая имеет вид спадающей линии,
Рис. 3. Полный сигнал (а) и импульсная составляющая сигнала (б) от алмаза для нижнего (сплошная линия) и верхнего (пунктирная линия) детекторов
Рис. 4. Рассеяние рентгеновского излучения от доломита и экрана в зависимости от смещения образца по оси Z
Рассеяние от полупрозрачного экрана (рис. 4, в) по форме почти не отличается от аналогичной кривой для алмаза, но имеет значительно большую амплитуду спада в отрицательную об-
Механика
ласть, так как зерно минерала поглощает значительно большую часть первичного излучения.
Различие алмаза и минерала значительно сильнее выражено в полном сигнале рассеяния, в котором рассеяние от минерала и экрана суммируется.
Полный сигнал в отсутствии зерна минерала имеет постоянную составляющую, связанную с рассеянием от экрана. При входе зерна наблюдается незначительный кратковременный подъем сигнала нижнего детектора, который быстро переходит в длительный спад ниже постоянного уровня. В сигнале верхнего детектора сразу начинается длительный спад. В конце сигнала происходит незначительный короткий подъем.
Различие сигналов от алмазов и сопутствующих минералов объясняется двумя основными причинами. Во-первых, рассеянное излучение от передней грани зерна проходит через объем зерна и значительно сильнее ослабляется в сопутствующем минерале по сравнению с алмазом. Во-вторых, тень от минерала на рассеивающем экране намного глубже, чем от алмаза (рис. 5, а, б).
положительные полуволны сигнала от сопутствующих минералов сдвинуты настолько, что не перекрываются совсем.
Наличие существенных отличий двух параметров позволяет выделить два основных направления обработки сигнала:
1. Амплитудный метод;
2. Амплитудно-временной метод.
Амплитудный метод обработки сигнала
Амплитудный метод является однопарамет-
ровым, поэтому рассматривает только обработку амплитуды.
Принципиальным признаком амплитудного метода следует считать суммирование сигналов верхнего и нижнего детекторов и последующую обработку одного суммарного сигнала. Суммирование сигналов может осуществляться либо с помощью суммирования сигналов электронной схемой, либо путем регистрации общего потока рассеянного излучения одним детектором большой площади. Прямой поток рентгеновского излучения в этом случае задерживается свинцовым экраном, установленным в зоне его распространения.
На рис. 6 показана сумма сигналов нижнего и верхнего детекторов сигналов от алмаза (рис. 6, а) и доломита (рис. 6, б).
Сравнение суммарных сигналов от алмаза и доломита показывает, что сигнал от алмаза мало изменил форму, но увеличил амплитуду в два раза (рис. 6, а), тогда как сигнал от доломита практически утратил положительные составляющие импульсного сигнала, и содержит только отрицательную полуволну (рис. 6, б).
Рис. 5. Полный сигнал (а) и импульсная составляющая сигнала (б) от доломита для верхнего (сплошная линия) и нижнего (пунктирная линия) детекторов
Сравнение импульсных составляющих сигналов алмаза и сопутствующего минерала (в данном примере доломита) позволяет выделить следующие принципиальные особенности.
1. Сигнал от алмаза имеет только положительную полярность и большую амплитуду, тогда как каждый из сигналов от сопутствующего минерала имеет как положительную, так и отрицательную полуволны.
2. Положительные полуволны сигнала от алмаза значительно перекрываются во времени, а
Рис. 6. Суммарный сигнал нижнего и верхнего детекторов амплитудного метода обработки для алмаза (а) и доломита (б)
Различие полярностей суммарного импульсного сигнала амплитудного метода обработки сигнала позволяет кардинальным способом повысить селективность сепарации алмазов из смеси минералов при позерновом режиме подачи зерен смеси минералов на заключительных стадиях обогащения алмазосодержащих руд, когда необходимо выделить в концентрат чистые алмазы.
Вместе с тем применение амплитудного метода обработки сигналов при подаче материала в поточном режиме на предварительных стадиях сепарации ограничена возможностью потери положительного импульса от алмаза при суммировании с отрицательным импульсом от сопутствующего минерала при сепарации в поточном режиме, когда в зоне облучения могут одновременно находиться несколько зерен минералов.
Амплитудно-временной метод
обработки сигналов
Амплитудно-временной метод является двухпараметровым и предполагает раздельную обработку сигналов каждого из детекторов с учетом времени и амплитуды.
Формирование сигналов при прохождении через зону обнаружения алмаза показано на рис. 7.
Прохождение алмаза через рентгеновский луч вызывает быстрое нарастание сигнала нижнего детектора (рис. 7, а). Передний фронт совпадает с уровнем дискриминации, указанным пунктирной линией в момент времени ¿1, в этот момент сигнал на выходе амплитудного дискриминатора скачкообразно переходит из состояния логического «0» в уровень логической «1» и сохраняет это значение до момента времени ¿2. В момент времени ¿2 сигнал на выходе амплитудного дискриминатора переключается с уровня логической «1» в уровень логического «0» (рис. 7, б).
Аналогичное преобразование сигнала происходит в канале верхнего детектора. Сигнал детектора сравнивается с уровнем дискриминации в моменты времени ¿3 и ¿4 (рис. 7, в), в результате чего на выходе амплитудного дискриминатора с момента ¿3 до момента ¿4 наблюдается прямоугольный импульс с амплитудой, равной уровню логической «1» (рис. 7, г).
Логические сигналы с выходов двух амплитудных дискриминаторов поступают на два входа логической схемы «И». Поскольку оба импульса перекрываются по времени, то на выходе схемы формируется прямоугольный импульс с передним фронтом при ¿3 и задним фронтом при ¿2 (рис. 7, д). Этот импульс запускает процесс отсечки, при ко-
тором исполнительный механизм срабатывает и отклоняет алмаз в приемник концентрата.
Формирование сигналов при прохождении через зону обнаружения сопутствующего минерала показано на рис. 7, е-к.
Вхождение зерна сопутствующего минерала в рентгеновский луч вызывает в нижнем детекторе двухполярный сигнал, начинающийся с короткого положительного импульса (рис. 7, е), который сравнивается с порогом дискриминации в моменты времени ^ и ¿2. На выходе амплитудного дискриминатора появляется соответствующий импульс прямоугольной формы с амплитудой, равной уровню логической «1» (рис. 7, ж).
Рис. 7. Обработка сигналов рассеяния рентгеновского излучения в амплитудно-временном методе для сигналов от алмаза (а-д) и сигналов от сопутствующего минерала (е-к)
В период наблюдения отрицательной полуволны импульса сигнал на выходе амплитудного дискриминатора равен уровню логического «0».
Сигнал верхнего детектора начинается с отрицательной полуволны, в течение которой на выходе амплитудного дискриминатора сигнал остается равным логическому «0». В конце сигнала наблюдается положительная полуволна, в течение которой сигнал сравнивается с уровнем дискриминации в моменты времени и (рис. 7, з), соответственно на выходе амплитудного дискриминатора появляется прямоугольный сигнал с амплитудой, равной уровню логической «1» (рис. 7, и).
Механика
Прямоугольные импульсы поступают на вход схемы совпадений (логической схемы «И»), но поскольку импульсы не перекрываются во времени, то на выходе схемы совпадений сигнал отсутствует (рис. 7, к). Исполнительный механизм не срабатывает, и зерно сопутствующего минерала свободно пролетает в приемник хвостов.
Как видно из изложенного, амплитудно-временной метод, в отличие от амплитудного, не требует максимального ослабления положительных полуволн сигналов, необходимо только обеспечить разнесение положительных полуволн во времени. Раздельная обработка сигналов двумя независимыми каналами приводит к тому, что амплитуда отрицательной полуволны может быть значительно меньше, чем в амплитудном методе, поэтому появляется возможность применения метода при подаче материала в поточном режиме.
Заключение
Математическая модель процесса регистрации рассеянного рентгеновского излучения в двухдетекторной схеме с использованием экрана, полупрозрачного для рентгеновского излучения, позволяет выявить основные амплитудные и амплитудно-временные особенности сигналов двух детекторов, наблюдаемых при прохождении зерен алмазов и сопутствующих минералов.
Анализ результатов моделирования позволил предложить два метода обработки сигналов регистрации рассеянного рентгеновского излучения амплитудный и амплитудно-временной.
Амплитудный метод позволяет производить точное разделение алмазов и сопутствующих минералов при позерновом режиме подачи материала в зону облучения.
Амплитудно-временной метод позволяет осуществить сепарацию алмазов на предварительной стадии сепарации в режиме поточной подачи материала в зону облучения.
Дальнейшее развитие исследований необходимо продолжить в направлении оптимизации параметров полупрозрачного рентгеновского экрана, учета размеров и геометрической формы зерен минералов, взаимного расположения элементов рентгенооптической схемы.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Мокроусов В.А., Лилеев В.А. Радиометрическое обогащение нерадиоактивных руд. М. : Недра, 1979. 192 с.
2. Хайдаров А.А., Гафитуллина Д.С., Аргунов К.П. Ядерно-физические методы контроля качества алмазов. Ташкент : Фан, 1986. 160 с.
3. Пат. GB 941301 Великобритании, МПК G08C, B02F.Improved means for sorting grains [Электронный ресурс] ; патентообладатель: ACEC, Brussels, Belgium, Belgium Body Corporate. №1144/63. Дата приоритета Франции: 21.07.1960 ; заявл. 25.01.1961 ; опубл. 06.11.1963. URL: http://worldwide.espacenet.com/ publicationDetails. (дата обращения 22.02.2016).
4. UK Patent Application GB 2013335. Diamond detection [Электронный ресурс] / P.G.Lurie, S.M. Horszowski ; патентообладатель: De Beers Diamond Division (proprietary) Limited. МПК G01N23/00, G01N23/20, G01N23/22 ; дата приоритета: 31.01.1978 ; опубл. 29.01.1979. URL: http://worldwide.espacenet.com/ publicationDe-tails/. (дата обращения 22.02.2016).
5. Kitov B.I., Mukhachev Yu. S. Detection of Minerals Byscattered X-Ray Radiation / X-Ray Spectrometry. London : 2010. V. 39. P. 32-36.
6. Пат. 2366519 Рос. Федерация, МПК B07C/346. Способ сепарации алмазосодержащих материалов и устройство для его осуществления / Е.В. Рябов, Ю.С. Мухачев, Б.И. Китов : патентообладатель Иркут. гос. ун-т путей сообщ. № 2007133843/03 ; заявл. 10.09.2007 ; опубл.
20.03.2009.
7. Пат. 2401165 Рос. Федерация, МПК B07C/346 Способ сепарации алмазосодержащих материалов и устройство для его осуществления / Е.В. Рябов, Ю.С. Мухачев, Б.И. Китов : патентообладатель Иркут. гос. ун-т путей сообщ. № 2009103793/12 ; заявл. 04.02.2009 ; опубл.
10.10.2010.
8. Kitov B.I.,Mukhachyov Yu. S., Ryabov E. V. Time Lag as a Characteristic Feature in the Indeti-fication of a Moving Object by a Two-Detector X-ray Sensor/ X-Ray Spectrometry,London. 2016. V. 45. Рр.48-53.
9. Блохин М.А. Физика рентгеновских лучей. М. : Гостехтеориздат, 1953. 455 с.
10. Рентгенотехника : справочник / под ред. В.В. Клюева. М. : Машиностроение. 1980. Кн. 1. 1980. 431 с.
11.Павлинский Г.В. Основы физики рентгеновского излучения. М. : Физматлит, 2007. 240 с.
12. Бахтиаров А.В. Рентгеноспектральный флуоресцентный анализ в геологии и геохимии. Л. : Недра. 1985. 144 с.
13.Бахтиаров А.В., Чернобережская С.А. Коэффициенты рассеяния рентгеновских лучей // Ап-
паратура и методы рентгеновского анализа. Л. : Машиногстроение, 1972. С. 200-218.
14. Маренков О.С., Комяк Н.И. Фотонные коэффициенты взаимодействия в рентгенорадиометри-ческом анализе. Л. : Энергоатомиздат, Ленингр. отд-ние. 1988. 244 с.
15.Дифференциальнные макроскопические сечения рассеяния характеристического рентгеновского излучения : метод. рек. / под общ. ред. Н.И. Комяка. Л. : ЛНПО «Буревестник». 1979. 240 с.
