Спосіб і апарат для аналізування та сортування потоку матеріалу

1. Спосіб аналізу вмісту раніше визначеного матеріалу в неоднорідному потоці матеріалу за допомогою випромінювання для забезпечення визначення і зміни вмісту цього матеріалу в потоці матеріалу, який полягає в тому, що а) опромінюють матеріал рентгенівським випромінюванням, що має принаймні два енергетичних рівні, і б) вимірюють коефіцієнт пропускання випромінювання через матеріал для кожного енергетичного рівня окремо, в) вимірюють коефіцієнт пропускання випромінювання за допомогою датчика і г) на підставі значень коефіцієнтів пропускання, що вимірюють датчиком, проводять визначення щонайменше товщини й ефективного атомного складу матеріалу, який відрізняється тим, що використовують датчик, який має множину суттєво суміжних точкових чутливих елементів, забезпечуючи визначення розмірів і форми окремих елементів у потоці матеріалу, і на основі цих даних одержують можливість відокремлення матеріалу, що визначають, від потоку матеріалу за допомогою сортувальних засобів, при цьому одночасно використовують метод безконтактного контролю для аналізу матеріалу, що підлягає 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що визначенню. д) подають дані, отримані для кожного чутливого елемента на етапі (г) визначення, принаймні товщини й ефективного атомного складу матеріалу, у процесор зображень і 2 (19) 1 3 82826 4 і суттєво перпендикулярно джерелу випромінювання, і при цьому містить принаймні 25, краще - принаймні 100, ще краще -принаймні 500, а ще краще - принаймні 2500 точкових чутливих елементів. 11. Апарат для аналізу потоку матеріалу, що містить засіб подачі для забезпечення руху потоку матеріалу через апарат в одному напрямку, засіб для опромінювання матеріалу і датчики для вимірювання випромінювання, що пройшло через матеріал, який відрізняється тим, що засіб для опромінювання виконаний з можливістю забезпечити випромінювання принаймні двох енергетичних рівнів, а датчики виконані з можливістю вимірювати випромінювання різних енергетичних рівнів, причому ці датчики містять множину суттєво суміжних точок вимірювання, які розташовані суттєво в ряд, що є суттєво перпендикулярним до напрямку руху матеріалу, при цьому апарат містить засоби, які дозволяють аналізувати потік матеріалу за допомогою принаймні одного безконтактного методу контролю. 12. Апарат за п. 11, який відрізняється тим, що він також містить сортувальні засоби, для забезпечення вибіркового видалення матеріалу, що визначають в потоці матеріалу за допомогою датчиків. Даний винахід стосується способу і апарата для аналізування і сортування потоку матеріалу. Зокрема, винахід стосується способу і апарата для аналізування і сортування потоку матеріалу за допомогою рентгенівського випромінювання. З цією метою, спосіб містить у собі етапи, які згадуються в обмежувальній частині п.1 формули винаходу. У даній області техніки відомий такий спосіб. Для досягнення вищезгаданої мети, опромінюють групу однотипних елементів рентгенівським випромінюванням, яке має два рівні енергій збудження. Загальне пропускання при опроміненні на цих двох рівнях визначають окремо. На підставі виміряного загального пропускання стає можливим визначення типу групи елементів. Такого роду спосіб має дуже обмежені можливості. Він дозволяє вимірювати тільки загальне пропускання і не придатний для аналізу окремих елементів групи. Цей спосіб не може бути застосований для одночасного, але роздільного аналізу малих об'єктів. Завдання винаходу полягає в тім, щоб розробити удосконалений спосіб, за допомогою якого можна виключити вищезгадані недоліки. Конкретне завдання винаходу полягає в тім, щоб розробити удосконалений спосіб, за допомогою якого об'єкти можна аналізувати і виявляти окремо. Задачею винаходу також є розробка удосконаленого способу, за допомогою якого можна аналізувати, визначати і, на вибір, сортувати різні об'єкти, які відрізняються один від одного. вирішення цієї задачі запропоновано Для спосіб, відмітні ознаки якого відповідають п. 1 формули винаходу. На основі виміряних коефіцієнтів пропускання, спосіб, що відповідає винаходу, забезпечує можливість, щонайменше, у кожнім елементі відображення оцінити товщину, коефіцієнт поглинання і середній ефективний атомний номер матеріалу. Сортування можна проводити автоматично, а також вручну, на підставі інформації, яка видається апаратом. Відповідно до кращого конкретного варіанта здійснення, датчик містить множину суттєво лінійно орієнтованих точкових чутливих елементів датчика, а потік матеріалу подається в напрямку, принаймні, приблизно перпендикулярному до лінійки чутливих елементів датчика, і коефіцієнти пропускання при цьому вимірюється суттєво безперервно. Якщо потік матеріалу подається через апарат безперервно, а опромінювання проводиться з однієї сторони потоку матеріалу, то можна одержати ясне зображення матеріалу, що подається. Змінюючи відстань між сусідніми чутливими елементами датчика, можна збільшувати або зменшувати роздільну здатність. Відповідно до додаткового конкретного варіанта здійснення, вимірювання коефіцієнтів пропускання можна проводити з попередньо обраною частотою. Ця частота може складати, наприклад, щонайменше, 20Гц, але в типовому випадку складає 200Гц або більше. Ця частота також залежить від швидкості подачі потоку матеріалу. У кращому варіанті, роздільна здатність по горизонталі (тобто в напрямку, суттєво паралельному лінійці чутливих елементів датчика) приблизно дорівнює роздільній здатності по вертикалі (тобто в напрямку руху потоку матеріалу). Відповідно до додаткового конкретного варіанта здійснення, спосіб відрізняється тим, що інформацію про коефіцієнти пропускання, яка одержується для кожного точкового чутливого елемента, подають у процесор для обробки зображень, і тим, що за допомогою процесора зображень визначають, щонайменше, відмінності по складу, формі і розмірам різних частинок, які існують між частинками в потоці матеріалу. Це забезпечує належну і точну класифікацію частинок. Наприклад, створюється можливість передбачити сортувальний апарат, який розташовують вище по технологічному ланцюжку обробки потоку матеріалу і за допомогою якого можна відбирати бажані матеріали різних типів. Відповідно до однієї кращої особливості, винахід відрізняється тим, що пропускання кожного чутливого елемента датчика визначають протягом послідовних інтервалів часу таким чином, що вимірювання можна проводити в точках, які розташовані поруч у потоці матеріалу в напрямку його руху. Відповідно до іншої кращої особливості, винахід відрізняється тим, що потік матеріалу рухається на поверхні транспортера, причому даний потік матеріалу з однієї сторони поверхні опромінюють за допомогою джерела 5 рентгенівського випромінювання, а випромінювання, що пройшло виявляють на протилежній стороні цієї поверхні. Відповідно до однієї кращої особливості, спосіб, що відповідає винаходу, поєднують з одним або більше додатковими способами безконтактного виявлення, наприклад, заснованими на випромінюванні, яке обирається з групи, що складається з інфрачервоного випромінювання, видимого світла, ультрафіолетового випромінювання або іншого електромагнітного випромінювання, наприклад, на основі датчиків, що працюють з низькочастотними електромагнітними полями (100 - 100000Гц). Це дає переваги, які полягають в тому, що стає можливим аналіз матеріалів, які по своєму атомному складу мало відрізняються один від одного, за допомогою одного кращого конкретного Відповідно до ще інших способів виявлення. варіанта здійснення, потік матеріалу вибирають з аналогічних матеріалів, які відрізняються по складу. Наприклад, матеріал може містити скло різних типів, метали різних типів, органічні і неорганічні речовини різних типів, тверді викопні палива різних типів, синтетику різних типів, суміші зольних залишків сміттєспалювання або змішані продукти складного складу. Також можливе змішування цих матеріалів із забруднюючими речовинами інших типів, аналіз яких можна успішно здійснювати за допомогою способу, що відповідає винаходу. Також стає можливим виявлення областей забруднення в межах однієї частинки. Наприклад, стає можливою точна диференціація між твердими викопними паливами і гірськими здійсненні способу, що відповідає При породами. винаходу, випромінювання є рентгенівським випромінюванням. Зокрема, переважно використовувати, щонайменше, два рівня енергії збудження випромінювання, що мають середню різницю енергій, щонайменше, 10кеВ, краще принаймні, 20кеВ, ще краще -принаймні, 40кеВ, а ще краще - принаймні, 70кеВ. Відповідно до додаткового кращого конкретного варіанта здійснення, випромінювання є рентгенівським випромінюванням, при цьому рівень енергії збудження однієї частини випромінювання відповідає енергетичному рівню, що знаходиться між, приблизно, 10 і 100кеВ, а інша частина має енергетичний рівень між, приблизно, 100 і 200кеВ. У деяких випадках застосування ці рівні можна регулювати у відповідності з вимогами, що накладаються. Як згадувалося вище, винахід також стосується апарата для аналізу потоку матеріалу за допомогою випромінювання, що містить, принаймні, один засіб подачі, для забезпечення руху потоку матеріалу через апарат в одному напрямку, засіб для опромінювання матеріалу і датчики для вимірювання випромінювання, що пройшло через матеріал, який відрізняється тим, що засіб для опромінювання випромінює хвилі, щонайменше, двох енергетичних рівнів, а датчики вимірюють випромінювання різних енергетичних рівнів, причому ці датчики містять множину, власне кажучи, сусідніх точок вимірювання, які розташовані суттєво в ряд, суттєво перпендикулярно напрямку руху матеріалу. Такий 82826 6 апарат забезпечує можливість дуже точного виявлення окремих об'єктів у потоці матеріалу. Конкретна краща особливість такого апарата полягає в тім, що він містить засіб обробки зображень, що забезпечує визначення, щонайменше, форми і розміру різних об'єктів у потоці матеріалу. Можна також визначати забруднюючі речовини в межах частинки. Кращий апарат містить засіб, при використанні якого можна аналізувати потік матеріалу за допомогою одного або більше додаткових безконтактних методів виявлення, наприклад, заснованих на інфрачервоному випромінюванні, видимому світлі, ультрафіолетовому випромінюванні або електромагнітних полях. Нижче буде наведено пояснення винаходу на декількох прикладах конкретних кращих варіантів здійснення. Відповідно до винаходу, спосіб, відповідно до першого конкретного варіанта здійснення, реалізують шляхом вимірювання коефіцієнтів пропускання рентгенівського випромінювання в двох різних діапазонах, виражених у кілоелектронвольтах, і при роздільній здатності приблизно 2x2мм. Це означає, що міжцентрова відстань між точковими чутливими елементами датчиків складає приблизно 2мм. Швидкість руху матеріалу, який аналізується, в площині, що знаходиться між джерелом випромінювання і датчиком, і частоту, на якій проводять вимірювання, визначає вищезгадана роздільна здатність по вертикалі. Якщо подача матеріалу не відбувається, то вимір відповідає максимальному пропусканню. Якщо між джерелом випромінювання і датчиком знаходиться якийнебудь матеріал, то виміряна інтенсивність випромінювання буде менша згаданого максимального значення. зображено апарат, за На Фіг.1 умовно допомогою якого можна здійснити спосіб, що відповідає винаходу. На зображеному конкретному варіанті здійснення, апарат містить два так званих лінійних датчики 5 і 5', відповідно, а також джерела випромінювання 2 і 2', відповідно, які розташовані на деякій відстані від лінійних датчиків. Як показано на кресленні, є два окремих джерела випромінювання 2 і 2', відповідно, які випромінюють в напрямку датчиків 5 і 5', відповідно. Ці джерела випромінювання 2 і 2' випромінюють хвилі різних енергетичних рівнів. Кожний із двох лінійних датчиків 5 і 5' чутливий до хвиль лише одного з енергетичних рівнів, на яких працюють джерела випромінювання 2 і 2' . Як видно на кресленні, матеріал 3, що аналізується, подають у вигляді твердих частинок різного складу, показаних на Фіг.1 різним кольором у розфарбуванні частинок, в одному напрямку, зображеному стрілками 6, при цьому подачу частинок здійснюють між лінійними датчиками 5, 5' і джерелами випромінювання 2, 2' в напрямку, зображеному стрілками 7. Як показано на Фіг.1, лінійні датчики 5, 5' розташовані приблизно перпендикулярно напрямку руху частинок. Ці лінійні датчики також можуть бути розташовані під кутом до напрямку руху потоку матеріалу. Подачу частинок можна здійснювати між датчиками 5, 5' і джерелами випромінювання 2, 2' 7 в горизонтальній площині транспортування, наприклад, по стрічці транспортера. Разом з тим, можна також подавати частинки таким чином, що вони будуть падати, вертикально або під кутом, але можливий рух і по похилій площині. Швидкість частинок, що аналізуються, у кращому варіанті відома. Коефіцієнти пропускання, що вимірюються лінійними датчиками 5 і 5', подаються в процесор 1 зображень. Цей блок обробки, наприклад комп'ютер, виконаний з можливістю визначення форми і розміру частинок, яка зумовлюється поєднанням частоти вимірювань і швидкості транспортування частинок, з одного боку, і роздільною здатністю, яка досягається за допомогою множини окремих датчиків 5 і 5', з іншого боку. Процесор зображень переважно оснащено запам'ятовуючим пристроєм для збереження даних, що отримуються. Швидкість частинок може знаходитись в широкому діапазоні, але кращою є швидкість, щонайменше, 5см на секунду. Відповідно до додаткового кращого конкретного варіанта здійснення, ця швидкість складає, принаймні, 20см на секунду, краще - принаймні, 0,5м на секунду, ще краще - принаймні, 1м на секунду, а найкраще - принаймні, 2м на секунду. В залежності від роздільної здатності, тобто від кількості точкових чутливих елементів у лінійних датчиках 5 і 5', забезпечується можливість виявлення твердих частинок, що мають розмір, наприклад, більше 1мм. Як показано на кресленні, датчики є нерухомими, а частинки подаються через апарат. Разом з тим, можливий і варіант, у якому вздовж нерухомої площини, на якій знаходяться частинки, переміщюються датчики і - на вибір - джерела випромінювання. Ширина поверхні 4, на якій відбувається подача частинок на зображеному конкретному варіанті здійснення, щонайменше, дорівнює ширині аналізованих частинок. У кращому варіанті ширина поверхні кратна ширині часток. Якщо подачу частинок здійснюють на стрічці транспортера або по похилій площині повинна бути щонайменше часткова, а краще повна проникність стрічки або поверхні для випромінювання. У випадку рентгенівських променів рівень енергії випромінювання повинен знаходитися переважно в діапазоні від 20 до приблизно 200кеВ. Замість використання двох датчиків, як показано, можливе використання одного лінійного датчика, що містить дві лінійки: одну лінійку, чутливу до відносно низького енергетичного рівня, і іншу лінійку, чутливу до відносно високого енергетичного рівня. Датчик також може бути виконаний поперемінно чутливим до низького і високого енергетичних рівнів. Відповідно до додаткового конкретного варіанта здійснення, можливе використання датчиків, що чутливі до конкретного діапазону енергії випромінювання або які чутливі до більш ніж одного діапазону енергії випромінювання. У такому випадку, переважно забезпечується чіткий поділ різних залежності від процесора зображень, Тоді, у відповідних окремих зон. що використовується, можливе вимірювання коефіцієнтів пропускання з частотою, 82826 8 щонайменше, 20 разів на секунду (20Гц). Відповідно до кращого конкретного варіанта здійснення, можливе зчитування, щонайменше, 100 разів на секунду, а відповідно до додаткового кращого конкретного варіанта здійснення - з частотою, щонайменше, 200 разів на секунду. За допомогою винаходу можливе виявлення відмінностей у складі частинок, а на додаток до того, що можливе визначення форми і розмірів частинок, також можливе визначення внутрішньої структури частинок в рамках локальних відмінностей у складі в межах частинки. Процесор 1 обробки зображень виконано з можливістю визначення розміру, товщини, окружності, текстури і т.д. частинок, що подаються. На вибір, також можна визначати структуру окремих зон в межах однієї частинки. Вимірюваний коефіцієнт пропускання залежить від інтенсивності (I 0) джерела випромінювання, коефіцієнта (µ) поглинання, характерного для частинки (який є функцією довжини хвилі λ), і товщини (d) матеріалу, що ідентифікується. Ця функція виражається наступною залежністю: І = I 0·е-µ(λ)·d. Виконуючи вимірювання на двох енергетичних рівнях, (один низький рівень, виражений у кілоелектронвольтах, а інший - високий рівень, виражений у кілоелектронвольтах) , можна апроксимувати як товщину d матеріалу, так і коефіцієнт поглинання µ. Оскільки товщина в обох випадках однакова, можна обчислити відношення µвис/µниз, яке є характеристичним параметром матеріалу і не залежить від товщини. Оскільки матеріал рухається в деякому відомому напрямку, можна обчислити форму, а значить - і розмір окремих частинок за допомогою послідовних вимірювань, проведених з використанням датчиків і відомої роздільної здатності. Можливе визначення відносних розходжень у товщині частинки, навіть якщо склад цієї частинки не цілком однорідний або постійний. У такому випадку, вимірювана інтенсивність І випромінювання буде залежати від товщини частинки. Користуючись параметром µвис/µниз, можна виміряти не залежні від товщини і існуючі в матеріалі відмінності між частинками. Характеристики, що визначаються, реєструють за допомогою запам'ятовуючого пристрою в процесорі зображень 1, а після статистичної обробки користувач може одержати до них безпосередній доступ, і/або їх можна використовувати для керування виконуючим механізмом, який зроблено з можливістю сортування потоку частинок, принаймні, на дві частини потоку. Цей механізм може мати, наприклад, джерела стиснутого повітря, які забезпечують продувку частинок у бажаному напрямку. Такі способи відомі контролю області Ця система придатна для в даній всього матеріалу, що має вигляд твердих частинок, техніки. мінімальний розмір яких складає приблизно 1мм. Зокрема, система придатна для контролю сировинних матеріалів первинного походження (наприклад, які одержуються гірничодобувною промисловістю) або вторинного походження (які одержуються при руйнуванні різними способами, наприклад, такими, як знос, демонтаж або 9 82826 виділення з руди, або, які одержуються у формі потоку відходів промислової діяльності, наприклад, такої, як обробка матеріалу, виготовлення товарів і будівельні роботи), при цьому мінімальний розмір частинок може складати 1 мм або більше, наприклад, може складати, принаймні, близько 5мм. Апарат, відповідно до даного винаходу, найбільше підходить для наступних застосувань. 1.Ідентифікація і, за бажанням, сортування суміші сплавів кольорових металів на окремі конкретні метали і сплави, наприклад, відділення немагнітної фракції з відходів утилізації легкових автомобілів, електронних і інших утилізованих споживчих товарів. Зокрема, запропонована система придатна для відділення різних сплавів алюмінію від сплавів магнію. 2. Ідентифікація і, за бажанням, сортування деяких типів скла, що впливають на процес переплавляння, від рециркулюючого скла (тарного скла), особливо термостійкого і свинцевого скла. 3. Ідентифікація і, за бажанням, сортування компонентів, що впливають на сміттєспалювання, наприклад, синтетичних компонентів, багатих хлором і бромом, важких металів, і т.д., від потоків змішаних вторинних органічних палив і відходів, наприклад, відходів дроблення або здрібнювання, побутових і інших промислових відходів. 4. Ідентифікація і, за бажанням, поділ різних типів синтетики, наприклад, поділ синтетики одного типу на синтетику з наповнювачем і Комп’ютерна верстка І.Скворцова 10 синтетику без наповнювача, поділ полістиролу і поліметилметакрилату або поліетилентерефталату і полівінілхлориду. 5. Ідентифікація і, за бажанням, відділення деревних залишків, гіпсових, азбестових, синтетичних матеріалів, металів і інших забруднюючих речовин від потоків матеріалу, що з'являється в результаті будівельних робіт і зносу споруджень. 6. Ідентифікація і, за бажанням, відділення забруднюючих речовин, зокрема, сланцю й інших матеріалів від добутого вугілля. 7. Керування термоустановкою для спалювання сміття на підставі даних, які одержуються за допомогою наведеної вище системи виявлення з потоку матеріалу, що подається . 8. Ідентифікація і, за бажанням, вибір сортування великих шматків руди, що мають низький або високий вміст металомістких мінералів. 9. Ідентифікація і, за бажанням, відділення органічних речовин, наприклад, деревини, від піску і гравію. 10. Ідентифікація і, за бажанням, сортування промислового текстилю і шкіри різної якості і різних типів. Повинно бути очевидно, що апарат, який відповідає винаходу, не обмежується застосуванням лише для наведених вище процесів і не зводиться до конкретного варіанта здійснення, який описано і представлено на кресленні. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601