автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.07, диссертация на тему:Исследование и разработка оптико-электронных модулей рентгенолюминесцентных сепараторов алмазосодержащего сырья

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ, МЕХАНИКИ И ОПТИКИ

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫХ МОДУЛЕЙ РЕНТГЕНОЛЮМИНЕСЦЕНТНЫХ СЕПАРАТОРОВ АЛМАЗОСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ

Специальность 05 11 07 - Оптические и оптико-электронные приборы и

комплексы

На правах рукописи

Чертов Александр Николаевич

□03440702

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 2 СЕ и ?пп3

Санкт-Петербург 2008

003446702

Работа выполнена в НПП «Буревестник», ОАО (Санкт-Петербург) и на кафедре оптико-электронных приборов и систем «Санкт-Петербургского государственного университета информационных технологий, механики и оптики» («СПбГУ ИТМО»)

Научный руководитель кандидат технических наук, с н с

Тимофеев Александр Николаевич Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор

Ведущее предприятие - Научно-техническое предприятие «ТКА» Защита диссертации состоится « 7 » октября 2008 года в часов ¿0 минут на заседании диссертационного совета Д 212 227 01 «Оптические и оптико-электронные приборы и комплексы» при Санкт-Петербургском государственном университете информационных технологий, механики и оптики, по адресу Санкт-Петербург, пер Гривцова, д 14, ауд 313-а

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке «СПбГУ ИТМО». Автореферат разослан « ¿Г » 2008 г

Ваши отзывы и замечания по автореферату (в двух экземплярах), заверенные печатью, просим направлять в адрес университета 197101, г Санкт-Петербург, Кронверкский пр, д 49, секретарю диссертационного совета Д 212 227 01

Ученый секретарь

диссертационного совета Д21222701, 1

Демин Анатолий Владимирович кандидат технических наук, доцент Артемьев Василий Викторович

кандидат технических наук

ВМ Красавцев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Рентгенолюминесцентная (РЛ) сепарация является наиболее распространенным методом извлечения алмазов в отечественной технологии обогащения алмазосодержащего сырья Однако, несмотря на то, что за время существования РЛ-метода накоплен большой опыт его практического использования, теоретические основы и закономерности проектирования отдельных модулей и РЛ-сепараторов в целом до настоящего времени разработаны недостаточно, что является причиной методических ошибок при проектировании и заведомого снижения технико-эксплуатационных характеристик обогатительного оборудования

Особое место в структуре сепаратора занимает оптико-электронный модуль (ОЭМ), который решает задачи регистрации и пространственной локализации алмазов в потоке руды

Основными требованиями к ОЭМ являются высокая чувствительность и селективность (избирательность) работы в сложных условиях эксплуатации обогатительного оборудования Однако вследствие большого числа факторов работы ОЭМ, влияющих на процесс регистрации, поиск рационального конструктивного решения является сложной задачей При сегодняшнем уровне развития технической реализации РЛ-сепараторов избежать ошибок при проектировании ОЭМ, устранить или уменьшить влияние недостатков существующих конструкций возможно только при научно обоснованном подходе к изучению основных закономерностей построения ОЭМ

Работы по развитию теории проектирования ОЭМ являются основополагающими для модернизации обогатительного оборудования и создания улучшенных его моделей, а значит, способствуют повышению экономической эффективности алмазодобывающей отрасли и поэтому имеют важнейшее значение

Цель работы

Целью работы являлось исследование особенностей построения и работы ОЭМ РЛ-сепараторов алмазосодержащего сырья, обеспечивающих обнаружение алмазов в потоке руды с выделением пространственно локализованных зон регистрации свечения

Задачи исследования

1 Аналитический обзор и сравнительный анализ существующих оптико-электронных систем регистрации (СР) алмазов в потоке руды.

2 Исследование информативных признаков рентгенолюминесценции алмазов и сопутствующих минералов, а также влияния особенностей движения и облучения потока руды на регистрацию алмазов

3 Создание модели, описывающей распределение чувствительности ОЭМ в зоне регистрации люминесцирующих объектов

4.Разработка обобщенной схемы построения ОЭМ

5 Создание методики габаритно-энергетического расчета оптической системы (ОС) ОЭМ

6 Формирование требований к инженерному расчету параметров и характеристик ОС ОЭМ

7 Разработка и реализация макетов и типовых образцов ОЭМ и экспериментальное исследование их работы

8 Анализ основных факторов работы ОЭМ оказывающих влияние на регистрацию

Методы исследования

В работе применялись аналитические и численные методы геометрической оптики, элементы теории оптимальной фильтрации полезных сигналов от помех в линейных оптико-электронных системах, элементы Фурье-анализа; компьютерные методы моделирования поля чувствительности, рентгенооптической схемы (РОС) и расчета параметров ОС, анализ и синтез оптических и электронных схем ОЭМ; методы экспериментальных исследований эффективности - чувствительности и селективности - работы ОЭМ

Научная новизна диссертации

• математическая модель поля чувствительности ОЭМ, учитывающая геометрию РОС РЛ-сепаратора и оптическую передаточную функцию ОС ОЭМ,

• обобщенная схема построения ОЭМ, учитывающая тип обогатительного процесса и используемый алгоритм селекции,

• методика определения основных (габаритно-энергетических) параметров ОС ОЭМ для условий «мокрого» и «сухого» обогащения и с учетом фонового сигнала люминесценции воздуха,

• расчетно-экспериментальный метод определения амплитуды сигнала люминесценции воздуха, находящегося в поле зрения ОЭМ, на основании компьютерного моделирования РОС;

• стенд для исследований характеристик ОЭМ, а также амплитудно-кинетических характеристик рентгенолюминесценции минералов

Основные результаты, выносимые на защиту

1 Математическая модель поля чувствительности ОЭМ, учитывающая геометрические параметры РОС РЛ-сепаратора и оптическую передаточную функцию ОС ОЭМ

2 Методика габаритно-энергетического расчета ОС ОЭМ для случаев

«мокрого» и «сухого» обогащения и с учетом фонового сигнала люминесценции воздуха

3 Структура типовой конструкции фотометрического канала (ФК) ОЭМ.

4 Результаты сравнительных экспериментальных исследований чувствительности и степени пространственной локализации люминесцирующих объектов макетов и образцов ОЭМ

Практические результаты работы

1 Схема построения ОС ОЭМ, оптимальная с точки зрения обеспечения требуемой чувствительности и пространственной локализации алмазов в потоке руды, и методика ее габаритно-энергетического расчета, учитывающая геометрию РОС и разброс траекторий движения руды

2 Макет двухкомпоненгной ОС четырехканального ОЭМ для сепаратора головного обогащения ЛС-20-07

3 Опытный образец восьмиканального ОЭМ для сепаратора окончательной доводки ЛС-ОД-4-04Н на основе канального фотоэлектронного умножителя (КФЭУ)

4 Стенд для исследований ОЭМ и амплитудно-кинетических характеристик рентгенолюминесценции минералов

Реализация результатов работы подтверждена 4-мя актами использования результатов моделирования, оптимизации и практических исследований по тематике диссертации на научно-производственном предприятии «Буревестник», ОАО (Санкт-Петербург) и на кафедре оптико-электронных приборов и систем Санкт-Петербургского государственного университета информационных технологий, механики и оптики

Апробация работы

Основные результаты работы представлялись на следующих конференциях, в том числе 2-х международных, и семинаре конференции «Прикладная оптика» (Санкт-Пегербург, 2004 г), XXXIV научной и учебно-методической конференции СПбГУ ИТМО (Санкт-Петербург, 2005 г), IV конференции молодых ученых и специалистов «0птика-2005» (Санкт-Петербург, 2005 г.), XXXV научной и учебно-методической конференции СПбГУ ИТМО (Санкт-Петербург, 2006 г), III межвузовской конференции молодых ученых (Санкт-Петербург, 2006 г), конференции «Прикладная оптика» (Санкт-Петербург, 2006 г), XXXVI научной и учебно-методической конференции СПбГУ ИТМО (Санкт-Петербург, 2007 г), IV межвузовской конференции молодых ученых (Санкт-Петербург, 2007 г), Итоговом семинаре по физике и астрономии по

результатам конкурса грантов для молодых ученых Санкт-Петербурга (Санкт-Петербург, 2007 г.)

Публикации

По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ, в том числе по перечню ВАК - 2

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка из 85 наименований, содержит 124 страницы основного текста, 54 рисунка и 9 таблиц

Краткое содержание работы

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы направление исследования, задачи и основные положения, выносимые на защиту

В первой главе представлен критический обзор существующих оптико-электронных систем регистрации (СР) алмазов в потоке руды, который показал, что на сегодняшний день СР, реализующие рентгенолюминесцентный метод, с точки зрения показателя извлечения алмазов из руды и по совокупности рабочих характеристик при сложных условиях эксплуатации обогатительного оборудования, предпочтительнее СР, основанных на принципах регистрации комбинационного рассеяния света, и колориметрических СР, осуществляющих распознавание сортируемых объектов по цвету В то же время СР РЛ-сепараторов обладают рядом констатируемых практикой обогащения недостатков, связанных, в том числе, с недостаточной чувствительностью и ограниченной избирательностью работы их фотоприемной части - оптико-электронных модулей (ОЭМ) - и являющихся причиной снижения технико-эксплуатационных характеристик обогатительного оборудования

Количество фотометрических каналов (ФК) ОЭМ определяется размером зоны возбуждения, который может обеспечить источник рентгеновского излучения, рентгеновская трубка (РТ), в зоне движения материала при сохранении требуемого уровня экспозиционной дозы, а также необходимой производительностью и классом крупности подаваемой на сепарацию руды Алгоритм работы ОЭМ и требования, предъявляемые к его характеристикам и конструкции, в свою очередь, определяются минералогическим составом обогащаемой руды и характеристиками рентгенолюминесценции составляющих ее минералов, способом облучения материала и геометрическими особенностями РОС, характеризующими используемый алгоритм селекции, стадией

обогащения, условиями, в которых осуществляется обогатительный процесс

Конструкция ОЭМ должна обеспечивать

- чувствительность, достаточную для обнаружения алмазов минимального для конкретного типа сепаратора класса крупности руды, подаваемой на сепарацию, при этом уровень сигналов люминесценции достигает' порядка 10~9-10~13 Вт/ср и меньше,

-высокий уровень селективности регистрации алмазов при наличии сопутствующих люминесцирующих минералов,

- независимость работы соседних ФК

В результате критического анализа СР, технологических условий, в которых осуществляется обогащение алмазосодержащих руд, и, как следствие, требований, предъявляемых к работе ОЭМ, установлено, что устранять или уменьшать влияние существующих недостатков возможно только на основании научного подхода к проектированию ОЭМ.

В заключение главы представлена классификационная таблица, включающая подробно рассмотренные СР алмазов, а также имеющие перспективы использования при обогащении алмазосодержащего сырья В качестве классификационных признаков испотьзовались виды применяемых для обогащения первичных излучений, основные физические процессы взаимодействия первичных излучений с минералами, виды регистрируемых излучений и эффективные признаки разделения

Во второй глапе по результатам рассмотрения информативных признаков рентгенолюминесценции алмазов и сопутствующих минералов - спектральных и амплитудно-кинетических характеристик свечения, - а также особенностей движения и облучения руды в сепараторах предложена математическая модель, определяющая значение сигнала ивых(1) на выходе ФК в произвольный момент времени t

Расчет ивых(1) осуществляется через интеграл свертки яркости движущегося люминесцирующего объекта и функций передачи всех принципиальных модулей (узлов) ОЭМ - ОС, приемника излучения и электронной схемы обработки сигналов

Для случая непрерывного возбуждения и разнесенных зон облучения и наблюдения яркость объекта в точке (х, у) зоны регистрации и в произвольный момент времени I определяется формулой

4*,^)= о (1)

при

( _ тг. \ G^W+Mj-) ед'М+л.М Л

е " J R{z,y)eV<k, (2)

' К Г <*М

где Lmax(x, у, t) - яркость минерала в точке (х, у) к моменту выхода из зоны возбуждения, h(t) - функция, описывающая закон послесвечения минерала, - значение, определяемое участком границы зоны

возбуждения; Ах(у) ~ длина пути на уровне у, пройденного точкой в зоне возбуждения, Су30- яркость объема V люминесцирующего воздуха, находящегося в поле зрения ФК, у(х, _у) - выход люминесценции по поверхности объекта, т - постоянная времени люминесценции минерала, R(x, у) - распределение мощности экспозиционной дозы рентгеновского излучения в зоне возбуждения

Яркость объекта для случая импульсного возбуждения и совмещенных зон облучения и регистрации в произвольный момент времени t, в случае равномерной облученности зоны возбуждения

М - Ф,у)

\-к{Ти-ти){1-ф,у,ти)) , (3) + £,„(*,г„)А*-' {ги-ти) ))*"' +¿Г

при пТ„ <Кти + пТи и п = 0,1, 2,

ДА-1

L{x,y,t)=L0{x,y) л

\-Ь{Ти-ти){\-^{х,у,ти)) ,(4)

-х

хЦ{х,у,ги)+Ьио{х,у,0,ти) Ик~\Ти-ти).{\-ф,у,ти)У ] при ти +пти <?<(п + 1) Ти ип = 0,1,2,

где Ьо(х, у) - яркость точки (х, у) при стационарном возбуждении, когда I—>оо, Ь10(х, у, I) - яркость в момент окончания первого импульса рентгеновского излучения, Ь1(х, у, 0 - яркость в момент окончания второго импульса возбуждения

I

ко{х,у,1)=у(х,у) ¡Я^у,у) ю(?-<7 + фЬ при 0<0 <тм, (5)

в

!-т„

Ф,у,')={ь0{х,у)-Ь10(х,у,ти) /¡{Т,,))у. \я(яУ,у) а>Ь-д + 6 + Ти)с1дЛ6)

где Ти и ти - период и длительность импульсов рентгеновского излучения, 9 - временная задержка входа точки объекта в зону облучения относительно начала импульса возбуждения.

На рисунках 1 и 2 представлены графики изменения яркости движущегося люминесцирующего объекта для случаев постоянного и импульсного возбуждения.

Ь, отн. ед.

0.7Г--'1-1----1--т~----г

X, мм

Ьц(х) - сигнал яркости циркона; Ьшм(х) - сигнал яркости алмаза; Ьк(х) - сигнал яркости кальцита Рис. 1 - Формирование сигналов яркости при непрерывном возбуждении

X, мм

Рис. 2 - Формирование сигналов яркости при импульсном возбуждении

Результаты исследований, проведенных на компьютерных моделях процессов возбуждения и затухания люминесценции, показали, что при

непрерывном возбуждении и разнесенных зонах, при известных размере и скорости движения объекта, ширине зоны регистрации, постоянных времени свечения возможно однозначно определить интервал Д между зонами и ширину Ь зоны регистрации, в пределах которой сигнал от алмаза отличается от сигналов минералов-спутников

Случай импульсного облучения отличается необходимостью учета участков входа и выхода светящегося объекта из совмещенной зоны анализа, в пределах которых результаты анализа быстрой (БК) и медленной (МК) компонент сигнала люминесценции искажаются, а также возможной задержки начала импульса возбуждения относительно момента начала входа объекта в зону возбуждения Модель позволяет определить величину, на которую требуется уменьшить ширину зоны регистрации относительно зоны возбуждения для исключения этих погрешностей

Очевидно, что для реализации обоих алгоритмов необходимо использование оптической системы (ОС), обеспечивающей пространственную локализацию регистрации свечения в строго определенных областях пространства заданных формы и размеров Используемая ОС должна обеспечивать равномерность чувствительности каждого из ФК ОЭМ в пределах его зоны регистрации с минимизацией чувствительности за ее пределами

В третьей главе по результатам исследований предложена обобщенная схема построения ОЭМ. Приведены результаты анализа возможных принципиальных схем построения оптической и электронной частей ОЭМ, обосновано оптимальное с точки зрения габаритно-энергетических характеристик решение ОС

Показано, что для двухкомпонентной линзовой ОС ФК, построенной по схеме «объектив-конденсор», необходима минимизация сферической аберрации на краях зоны регистрации, в то время как в центре зоны допустимая величина аберраций может быть выше на порядок

Последовательность процедур по предложенной методике габаритно-энергетического расчета ОС ОЭМ заключается в

-расчете потока излучения от объекта в приближении точечного источника, излучающего в полусферу, с ламбертовским характером излучения,

— учете вклада в итоговый сигнал фоновой составляющей сигнала от свечения воздуха,

-введении поправочных коэффициентов, характеризующих степень запыленности пространства РОС для случая «сухого» обогащения и ослабление сигнала слоем транспортной воды - для «мокрого»,

-расчете необходимого и достаточного для регистрации отношения

сигнал / шум, выполненного в приближении согласованной с принимаемым сигналом электронной части ОЭМ и с учетом формы сигнала от объекта

Оценка вклада шумовой составляющей воздуха осуществляется на основании результатов компьютерного моделирования РОС с расчетом объема светящегося воздуха, находящегося в поле зрения ФК. При этом зависимости амплитуды сигнала люминесценции воздуха от величин анодного тока и напряжения РТ определяются экспериментально

Предложено для расчета отношения сигнал/шум электрический сигнал от объекта на входе электронной схемы ОЭМ аппроксимировать одиночным импульсом колокольной формы с длительностью т1Шп и

л

описывать уравнением /(/) =

I , при 0 < / < г,

и МП

Для этого случая диаметр входного зрачка ОС ОЭМ определяется как

4 Ф" (г + Д2)2 р £>- -^-(7)

при

,, к' л/2 е {1аа+ффт Бфк МЦфЛ)мифМ А/ Фгор = ~1Г -~-> (И)

где Ф'юр - пороговый поток ФЭУ, пересчитанный под излучение объекта,

с учетом спектрального пропускания ОС, Вт; г+Д2 - расстояние до дальней зоны регистрации с учетом разброса траекторий движения материала, м, р - требуемое отношение сигнал / шум, 1е - сила излучения предельного объекта, Вт/ср, тос, Тто и твт - коэффициенты пропускания ОС, слоя транспортной воды (для случая «мокрого» обогащения) и воздушного тракта, к1 и к" - коэффициенты использования ФЭУ потока излучения источника типа А и объекта соответственно; е - заряд электрона, Кл, 1та - темновой анодный ток ФЭУ, А, Фф0М - фоновая составляющая сигнала люминесценции воздуха, Вт, Бф* - интегральная чувствительность фотокатода, А/Вт, Ми - коэффициент усиления ФЭУ при определенном иФЭу, ДА - полоса частот электронной схемы ОЭМ, Гц, Ба - анодная чувствительность ФЭУ, А/Вт

Величина А/ определяется точностью отработки фронтов импульсов люминесценции в несколько мкс

Для оценки величины коэффициента тТв с использованием формулировки закона Бугера-Ламберта-Бера для растворов, при неизвестных концентрации поглощающего вещества и сечения поглощения, предложено применять качественную оценку степени

мутности транспортной воды

Использованный метод инженерного расчета конструктивных параметров и параксиальных характеристик для ОС конденсорного типа обеспечивает минимальную погрешность обнаружения, вносимую ОС, на краях зоны регистрации ФК Данное требование выполняется при минимизации сферической аберрации на краю поля зрения

В четвертой главе рассматриваются результаты исследований макетов и опытного образца ОЭМ для сепараторов головного обогащения ЛС-20-07 с импульсным облучением руды и окончательной доводки ЛС-ОД-4-04Н - с постоянным облучением, созданных с учетом результатов проведенного теоретического анализа особенностей построения ОЭМ и с использованием разработанных методик расчета На рисунке 3 представлен сборочный чертеж ФК ОЭМ для ЛС-20-07

1 - стекло защитное, 2 - объектив, 3 - конденсор, 4 - устройство фотоприемное (ФЭУ и электронная схема обработки)

Рисунок 3 - Конструкция ФК для ЛС-20-07

По результатам энергетического расчета диаметр входного зрачка ОС ФК, при расстоянии 240 мм до базовой плоскости предметов, составил 45 мм Задние фокусные расстояния объектива и конденсора - 49,9 мм и 26,6 мм соответственно Линейные увеличения при размерах расчетной зоны регистрации каждого ФК (40±2) мм х (85±2) мм - -0,24 для объектива и -0,48 для конденсора

Экспериментальные исследования макета ОЭМ для ЛС-20-07, осуществлявшиеся в сепараторе ЛС-20-05-2М с идентичной ЛС-20-07 схемой построения РОС, показали

-требование, при котором имитатор алмаза с силой излучения, в 100 раз превышающей предельную, ни в одном из локальных каналов регистрации, кроме канала, в зоне которого он находится, не должен вызывать превышения установленного порога, выполняется Таким

образом, использование двухкомпонентной ОС позволило добиться необходимой локализации соседних каналов регистрации;

-использование двухкомпонентной ОС для локализации зон регистрации ФК позволило уменьшить амплитуду сигнала люминесценции воздуха в 2 раза;

- перепад чувствительности в пределах локальной зоны регистрации ФК не превышает допустимых (заданных) 30%. Теоретическое (допустимое) и реальное распределения чувствительности ОЭМ показаны на рисунке 4.

Ширина потока материала, см ------теоретическое распределение --- реальное распределение

Рисунок 4 - Распределение чувствительности в зонах регистрации ФК ЛС-20-07

Завал характеристики чувствительности для крайних каналов компенсируется введением в ОС оптических компенсаторов — фильтров переменной прозрачности - и некоторым увеличением напряжения на ФЭУ.

Для ЛС-ОД-4-04Н была разработана модернизированная схема ОЭМ, предусматривающая использование в качестве приемника излучения канального ФЭУ (КФЭУ), что позволило исключить из ОС ФК ранее применявшийся волоконный световод и оптимизировать конструкцию ОЭМ. Экспериментальные исследования проводились на определение чувствительности и селективности работы по критерию соотношения сигнал/шум и сравнение с базовым вариантом - на созданном макете РОС ЛС-ОД-4-04Н, а также в реальных условиях обогатительной фабрики.

Результаты технологических испытаний, проведенных на опытном образце ОЭМ с КФЭУ на ЛС-ОД-4-04Н в условиях обогатительной фабрики, показали, что использование модернизированного ОЭМ

позволяет для данной модели РЛ-сепаратора увеличить чувствительность с [ = I х 10-12 (Вт/ср)х(Р/с)"' до ! = (5-7)х10"!3 (Вт/ср)х(Р/с)"', то есть практически в 2 раза, а извлечение алмазов по основной операции - с 91,7% до 97,5%. При этом рабочее напряжение на ФЭУ в штатной конфигурации ОЭМ, исходя из оптимального значения соотношения сигнал/шум, устанавливалось 600-700 В при максимально возможном Щэу = 1000 В, а для КФЭУ составило порядка 1500 В при динамическом диапазоне управляющих напряжений 0-3000 В и оптимальной работе при напряжениях 2000-2400 В.

На рисунках 5 и 6 представлены сигналы от имитатора с удельной эффективной силой излучения 1 =(4*10"13) [(Вт/ср)х(Р/с)"'], измеренные на выходах штатного и модернизированного ОЭМ.

и, в.................................................. и. в

(Г

2,5 мс/клетке

I, мс

5 мс 'клетке

I, мс

иФЭУ = 600 В, имк = (2-3) В Рисунок 5 а

иКФЭу = 2000 В, иш = (6-8) В Рисунок 6 а

и, В

50 мс/клетке

и, В

100 мс/клетке

Общая шумовая картина Рисунок 5 б

Общая шумовая картина Рисунок 6 б

Приведенные данные говорят о предпочтительности использования

модернизированного варианта ОЭМ

В результате анализа основных погрешностей работы ОЭМ установлено, что наибольшее влияние на процесс регистрации оказывает уменьшение светопропускания ФК вследствие загрязнения и матирования защитных стекол ФК ОЭМ. Загрязнение происходит в результате оседания на защитных стеклах пыли - в сухих РЛ-сепараторах, грязи и примесей, содержащихся в руде и транспортной воде, - в мокрых Матирование является следствием царапающего действия частиц руды, разлетающихся под действием импульсов пневмоотсечки

Для «мокрых» сепараторов предложено наносить на защитные стекла ФК гидрофобные покрытия, сочетающие водоотталкивающие свойства (угол смачивания не меньше 100°) и абразивную стойкость

Для защитных стекол ФК «сухих» сепараторов предложено использование упрочняющих покрытий и постановка перед ними воздушной «завесы», препятствующей оседанию пыли.

Кроме того, уменьшить или исключить матирование стекол возможно обеспечением локализации отсечки

Заключение

Результаты работы сводятся к следующему

1 Анализ существующих радиометрических методов регистрации алмазов в потоке руды и реализующих их систем показал, что по совокупности характеристик - показателю извлечения алмазов, чувствительности и селективности - оптико-электронные модули (ОЭМ), основанные на РЛ-метде, являются наиболее эффективными среди промышленно используемых

2 Установлено, что ограниченная селективность ОЭМ и недостаточные степень локализации зон регистрации и, в ряде случаев, чувствительность являются причиной погрешностей регистрации или же препятствуют обнаружению алмазов в руде

3 Показано, что эффективная регистрация алмазов возможна при совокупном учете

- спектральных и амплитудно-кинетических характеристик рентгенолюминесценции компонентов алмазосодержащей руды;

-прозрачности минералов по отношению к рентгеновскому излучению,

- режима возбуждения люминесценции,

-разброса траекторий и скоростей движения материала в зоне регистрации,

- величины фонового сигнала люминесценции воздуха,

-ослабления сигнала люминесценции в пространстве

рентгенооптической схемы (РОС)

4 Предложена математическая модель поля чувствительности ОЭМ, построенная с использованием элементов теории оптимальной фильтрации сигналов от шумов и позволяющая анализировать воздействие влияющих факторов, а также параметров ОЭМ на выходной сигнал

5 Разработана обобщенная схема построения ОЭМ рентгенолгоминесцентных сепараторов

6 Разработана методика габаритно-энергетического расчета ОС ОЭМ, учитывающая разброс траекторий движения руды, фоновую составляющую свечения воздуха и ослабление сигнала люминесценции в пространстве РОС.

7 На основании компьютерного анализа модели РОС предложен расчетно-экспериментальный метод определения величины фоновой составляющей от сигнала воздуха в зависимости от режима работы РТ

8 Разработаны типовые конструкции ОЭМ для рентгенолюминесцентных сепараторов головного обогащения и окончательной доводки

9 Исследования экспериментальных макетов и опытного образца ОЭМ для сепараторов типа ЛС-20-07 и ЛС-ОД-4-04Н подтвердили достоверность и эффективность предложенных теоретических методов построения и расчета ОЭМ и показали, что разработанные конструкции позволяют добиться увеличения чувствительности до 10 раз и обеспечивают независимость работы соседних ФК при приемлемой, в пределах 30 %, равномерности чувствительности ФК по зоне регистрации

10 Реализована конструкция измерительного стенда, представляющего собой макет РОС и позволяющего осуществлять исследования ОЭМ, а также амплитудно-кинетических характеристик рентгенолюминесценции минералов

По теме диссертации опубликованы следующие работы

1 Бубырь Е В, Коротаев В В , Левитин А И , Похилый Р А , Чертов А Н Особенности энергетического расчета оптической системы фотометрического канала рентгенолюминесцентных сепараторов алмазов // Сборник трудов шестой международной конференции «Прикладная оптика», октябрь 2004 г СПб Т1 «Оптическое приборостроение», с 94-96

2 Араканцев К Г, Похилый Р А, Чертов А Н Исследование неравномерности чувствительности по площадке фотоэлектронных умножителей // Сборник научных трудов второй межвузовской конференции молодых ученых «Вестник», Т 3, СПб, 2005, с 141-145.

3.Чертов А Н Исследование восьмиканального фотометрического блока для реитгенолюминесцентного сепаратора алмазов // Труды четвертой международной конференции молодых ученых и специалистов

«0нтика-2005» / Под ред проф В Г Беспалова, проф С А Козлова СПб. СПбГУ ИТМО, 2005 г, с 130-131

4 Калиниченко Ю Н, Чертов А Н Исследование четырехкомпонентной оптической системы в фотометрическом канале рентгено-люминесцеитного сепаратора алмазного сырья ЛС-20-07 // Научно-технический вестник СПбГУ ИТМО Выпуск 26 Исследования в области приборостроения / Главный редактор д т н, проф В Н Васильев СПб СПбГУ ИТМО,2006 г, с 166-172

5 Бубырь Е В , Горбунова Е В , Левитин А И, Коротаев В В, Чертов АН Оценка возможностей испочьзования оптических методов в фотометрических каналах радиометрических сепараторов алмазосодержащего сырья // Сборник трудов седьмой международной конференции «Прикладная оптика - 2006», Т1 «Оптическое приборостроение», октябрь 2006 г, СПб, с 92-96

6 Горбунова Е В , Коротаев В В, Тимофеев А Н , Чертов А Н Особенности энергетического расчета фотометрического канала цветового сепаратора сырья с матричными фотоприемниками // Сборник трудов седьмой международной конференции «Прикладная оптика - 2006», Т1 «Оптическое приборостроение», октябрь 2006 г., СПб, с 101-103

7 Горбунова Е В, Коротаев В В , Тимофеев А Н , Чертов А Н Исследование параметров фотометрического канала рентгенолюминесцентного сепаратора алмазосодержащего сырья с матричными фотоприемниками // Сборник трудов седьмой международной конференции «Прикладная оптика — 2006», Т 1 «Оптическое приборостроение», октябрь 2006 г, СПб, с 112-114

8 Чертов А Н Исследование особенностей построения оптико-электронной части рентгенолюминесцентных сепараторов алмазосодержащего сырья // Одиннадцатая Санкт-Петербургская ассамблея молодых ученых и специалистов Аннотации работ по грантам конкурса 2006 г для студентов и аспирантов вузов и академических институтов Санкт-Петербурга СПб, издательство СПбГУ, 2006, с 53

9.Чертов А Н Исследование влияния особенностей облучения алмазосодержащего сырья на регистрацию алмаза // Научно-технический вестник СПбГУ ИТМО Выпуск 43 Современная оптика / Главный редактор дтн, проф ВН Васильев СПб СПбГУ ИТМО, 2007, с 237-241

10 Чертов А.Н О сигнале от свечения воздуха в рентгенолюминесцентных сепараторах алмазосодержащего сырья // Четвертая межвузовская конференция молодых ученых Тезисы докладов СПб СПбГУ ИТМО, 2007 г, с 37-38

11 Бубырь Е В , Горбунова Е.В, Коротаев В В, Левитин А И , Тимофеев А Н, Чертов АН Об использовании оптико-электронных

методов в системах регистрации радиометрических сепараторов алмазосодержащего сырья // Обогащение руд, 2007 г, № 5, с 41-44

12 Чертов А Н Исследование особенностей облучения и их влияния на регистрацию алмаза в рентгенолюминесцентных сепараторах алмазосодержащего сырья // Двенадцатая Санкт-Петербургская ассамблея молодых ученых и специалистов Аннотации работ победителей конкурсов фантов Санкт-Петербурга 2007 года для студентов, аспирантов и молодых кандидатов наук СПб, издательство РГГМУ, 2007 г., с 60-61.

13 Чертов А Н Исследование особенностей облучения и их влияния на регистрацию алмаза в рентгенолюминесцентных сепараторах алмазосодержащего сырья Н Итоговый семинар по физике и астрономии по результатам конкурса грантов 2007 г. для молодых ученых Санкт-Петербурга Тезисы докладов. СПб, 29 ноября 2007 г, стр 34-35

14 Горбунова ЕВ, Коротаев В В, Левитин АИ, Тимофеев АН, Чертов А Н Возможности применения матричных приемников с зарядовой связью в фотометрическом канале рентгеиолюминесцентного сепаратора алмазосодержащего сырья // Известия вузов Приборостроение, 2008 г, Т 51,№5, стр 71-73

Тиражирование и брошюровка выполнены в Центре «Университетские телекоммуникации» Санкт-Петербург, Кронверкский пр, 49 Тел (812)233-46-69 Объем 1 н л Тираж 100 экз

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1 ОБЗОР ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМ РЕГИСТРАЦИИ АЛМАЗОВ В ПОТОКЕ РУДЫ. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.'.

1.1 Условия эксплуатации радиометрических сепараторов и связанные с ними требования к оптико-электронным модулям.

1.2 Аналитический обзор систем регистрации.

1.2.1 Оптико-электронные системы, реализующие рентгенолюминесцентный метод регистрации.

1.2.2 Оптико-электронные системы, реализующие регистрацию комбинационного рассеяния света.

1.2.3 Оптико-электронные системы, реализующие колориметрический метод регистрации.

1.2.4 Сравнительный анализ и классификация оптико-электронных систем регистрации.

1.3 Постановка задачи исследований.

ГЛАВА 2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОСТРОЕНИЯ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМ, РЕАЛИЗУЮЩИХ

РЕНТГЕНОЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЙ МЕТОД РЕГИСТРАЦИИ.

2.1 Анализ информативных признаков рентгенолюминесценции и степени их влияния на регистрацию алмазов.

2.1.1 Спектральные характеристики рентгенолюминесценции алмазов и сопутствующих минералов.

2.1.2 Кинетические характеристики рентгенолюминесценции алмазов и сопутствующих минералов.

2.1.3 Абсорбционные свойства алмазов и сопутствующих минералов

2.1.4 Рентгенолюминесценция воздуха.

2.2 Влияние параметров облучения алмазосодержащего сырья на регистрацию алмаза.

2.2.1 Непрерывный режим возбуждения.

2.2.2 Импульсный режим возбуждения.

2.3 Влияние параметров движения материала на регистрацию алмазов

2.4 Математическая модель поля чувствительности оптико-электронных модулей.

2.4.1 Поле яркости люминесцирующих объектов.

2.4.2 Преобразование сигнала люминесценции оптической системой

2.4.3 Преобразование сигнала приемником оптического излучения и электронной схемой обработки.

2.5 Выводы об особенностях обнаружения алмазов и некоторые рекомендации по обеспечению процесса регистрации.

ГЛАВА 3 ОСОБЕННОСТИ ПОСТРОЕНИЯ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫХ МОДУЛЕЙ.

3.1 Обобщенная схема построения оптико-электронного модуля.

3.1.1 Особенности построения оптических систем оптико-электронных модулей.

3.1.2 Особенности построения электронной части оптико-электронных модулей.

3.2 Методика расчета параметров и характеристик оптико-электронного модуля.

3.2.1 Методика габаритно-энергетического расчета оптической системы.

3.2.2 Методика инженерного расчета основных параметров оптической системы оптико-электронного модуля.

3.3 Выводы по главе.

ГЛАВА 4 ИССЛЕДОВАНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ МАКЕТОВ И

ОБРАЗЦОВ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫХ МОДУЛЕЙ.

4.1 Описание макетов оптико-электронных модулей.

4.1.1 Описание оптико-электронного модуля для ЛС-20-07.

4.1.2 Описание оптико-электронного модуля для ЛС-ОД-4-04Н.

4.2 Описание методики и условий исследований макетов оптико-электронных модулей.

4.2.1 Методика исследования оптико-электронного модуля ЛС-20-07.

4.2.2 Методика исследования оптико-электронного модуля ЛС-ОД-4-04Н.

4.3 Результаты исследований макетов оптико-электронных модулей.

4.3.1 Результаты исследований оптико-электронного модуля для ЛС-20-07.

4.3.2 Результаты исследований оптико-электронного модуля для ЛС-ОД-4-04Н.

4.4 Результаты исследований. Выводы по главе.

Отечественная технология обогащения алмазосодержащих руд с периода своего становления и по настоящее время применяет практически все существующие методы обогащения полезных ископаемых. Среди них значительное место занимают гравитационные методы1, включая тяжелосредное обогащение, отсадку и винтовую сепарацию. Со времени начала в 1968 году промышленного освоения процесса пенной сепарации для извлечения алмазов нижнего предела крупности в ряд основных стали флотационные методы . Отдельное место в технологии обогащения занимают специальные методы, среди которых следует отметить специфический для алмазов процесс обогащения на липких поверхностях, ранее называемый жировым процессом, а в настоящее время - процессом з липкостнои сепарации .

Но наиболее распространенным методом извлечения алмазов является рентгенолюминесцентная (РЛ) сепарация. Впервые в мировой практике РЛ-аппарат большой производительности, способный обрабатывать влажные алмазосодержащих продукты, был создан в 1965 году В.В.Новиковым. Первый промышленный образец этого аппарата для обработки материала крупностью 20 мм Новиков назвал люминесцентным сепаратором ЛС-20.

В настоящее время РЛ-сепарация алмазов — основной обогатительный процесс алмазодобывающей индустрии при переработке алмазосодержащих руд в России и в ряде других стран.

1 Гравитационное обогащение — процесс, в котором разделение минеральных частиц, отличающихся плотностью, размером или формой, обусловлено различием в характере и скоростей их движения под действием сил тяжести и сил сопротивления среды разделения [1].

2 Флотация - процесс обогащения полезных ископаемых, основанный на разности поверхностных свойств и избирательном контакте частиц минералов к поверхности раздела фаз: жидкость-газ, жидкость-жидкость и ДР-[1].

3 Липкостная сепарация - технологический процесс обогащения полезных компонентов определенного класса крупности, основанный на использовании липкостных свойств минералов (избирательное закрепление некоторых минералов - алмазов — на поверхности, покрытой слоем липкого состава) и улавливающих свойств различных липких составов: пеолатум, октол, ИЗО А и др. [1].

Однако, несмотря на то, что за время существования РЛ-метода накоплен большой опыт его практического использования, теоретические основы и закономерности проектирования отдельных модулей и РЛ-сепараторов (РЛС) в целом до настоящего времени разработаны недостаточно, что является причиной методических ошибок при проектировании и заведомого снижения технико-эксплуатационных характеристик обогатительного оборудования.

Последнее замечание касается исследований в области люминесценции минералов, физики твердого тела, оптики и спектроскопии и многих других. Подобные работы имеют важнейшее значение, т.к. являются основой для модернизации обогатительного оборудования и создания более совершенных его моделей, а значит, способствуют повышению экономической эффективности алмазодобывающей отрасли. Именно поэтому они должны входить в состав приоритетных направлений отечественной науки.

Кроме того, для развития существующих РЛС требуется своевременная замена устаревших электронных компонентов на современные, соответствующие уровню развития элементной базы, что, в свою очередь, приводит к поиску новых, более совершенных конструктивных решений, позволяющих добиваться качественного улучшения рабочих параметров РЛС.

Настоящая работа посвящена исследованию особенностей построения и работы одной из ключевых систем РЛС - оптико-электронного модуля (ОЭМ), обеспечивающего регистрацию и пространственную локализацию алмазов в потоке руды.

Регистрация алмазов - сложная задача, решение которой зависит от большого числа факторов: минералогического состава подаваемой на обработку руды, особенностей построения рентгенооптической схемы (РОС) сепаратора и условий работы обогатительного оборудования.

В связи с вышесказанным основными направлениями исследований настоящей работы являются:

- изучение особенностей рентгенолюминесценции алмазов и сопутствующих минералов и выявление ключевых для обнаружения алмазов параметров и характеристик свечения;

- оценка степени влияния особенностей движения и облучения алмазосодержащей руды на работу ОЭМ;

- построение математической модели распределения чувствительности в зоне регистрации люминесцирующих объектов и создание методики габаритно-энергетического расчета оптической системы (ОС) многоканальных ОЭМ с учетом условий работы РЛС;

- исследование особенностей построения ОЭМ;

- разработка и реализация макетов и типовых образцов ОЭМ и экспериментальное исследование их работы.

- анализ эффективности использования ОС в ОЭМ РЛС на основании результатов экспериментальных исследований с точки зрения увеличения степени локализации зон регистрации и формирования требуемого распределения чувствительности в пределах зон.

Исследования, могут стать основополагающими для создания теории проектирования ОЭМ РЛС алмазосодержащего сырья и способствовать увеличению эффективности работы обогатительного оборудования, основанного на РЛ-методе.

При проведении работы используются следующие методы исследований:

- аналитические и численные методы геометрической оптики;

- элементы теории оптимальной фильтрации полезных сигналов от помех в линейных оптико-электронных системах;

- элементы Фурье-анализа;

- компьютерные методы моделирования поля чувствительности, РОС и расчета параметров ОС;

- анализ и синтез оптических и электронных схем ОЭМ; методы экспериментальных исследований эффективности — чувствительности и селективности — работы ОЭМ.

В первой главе диссертационной работы представлено описание условий работы ОЭМ и приведен критический обзор существующих оптико-электронных систем регистрации (ОР) алмазов в потоке руды. Представлена сравнительная оценка эффективности использования СР с точки зрения их ; чувствительности и селективности, а также возможной скорости анализа и определяемой ею производительности обогатительного оборудования, реализующего тот или иной метод. По результатам обзора предложена классификация СР алмазов в потоке руды, составленная на основании представленного обзора. В заключение главы сформулированы задачи исследований.

Вторая глава посвящена исследованию спектральных и амплитудно-кинетических характеристик свечения алмазов и сопутствующих им минералов, а также особенностей движения и облучения руды в РЛС, оказывающих влияние на регистрацию сигналов люминесценции. На основании результатов исследований предложена математическая модель поля чувствительности ОЭМ для случаев постоянного и импульсного облучения потока материала. Показано, что в обоих случаях без использования оптической системы невозможно обеспечить требуемых локализации зон регистрации свечения и точности идентификации объектов.

Третья глава содержит разработанную обобщенную схему построения ОЭМ с указанием совокупности воздействующих на процесс регистрации сигналов люминесценции факторов, анализ возможных схем построения г оптической и электронной частей ОЭМ и созданную методику габаритно-энергетического расчета ОС ОЭМ. Предложенная методика учитывает фоновую составляющую свечения воздуха и поправочные коэффициенты, характеризующие степень запыленности пространства РОС для случая сухого» обогащения и ослабление сигнала слоем транспортной воды — для «мокрого».

В четвертой главе приведено описание разработанных конструкций макетов и опытного образца ОЭМ для сепараторов головного обогащения ЛС-20-07 с импульсным облучением руды и окончательной доводки ЛС-ОД-4-04Н - с постоянным облучением, созданных с учетом результатов проведенного теоретического анализа особенностей построения ОЭМ и с использованием предложенных методик расчета. Представлены методики и результаты экспериментальных исследований ОЭМ на созданном измерительном стенде и в реальных условиях, позволившие оценить достоверность проведенных аналитических изысканий и работоспособность описанных методик расчета.

В заключение работы приведена ее общая характеристика и основные выводы по результатам.

На защиту выносятся следующие основные положения диссертационной работы:

1. Математическая модель поля чувствительности ОЭМ, учитывающая геометрические параметры РОС РЛС и оптическую передаточную функцию ОС ОЭМ.

2. Методика габаритно-энергетического расчета ОС ОЭМ для случаев «мокрого» и «сухого» обогащения и с учетом фонового сигнала люминесценции воздуха.

3. Структура типовой конструкции фотометрического канала (ФК) ОЭМ.

4. Результаты сравнительных экспериментальных исследований чувствительности и степени пространственной локализации люминесцирующих объектов макетов и образцов ОЭМ.

Выражаю благодарность директору НПП «Буревестник», ОАО по специальному оборудованию, к.т.н. Казакову Л.В., заведующему комплексного отдела сепараторов Бубырю Е.В. и главному конструктору сепараторов НПП «Буревестник», к.т.н. Левитину А.И., а также научно-преподавательскому коллективу кафедры оптико-электронных приборов и систем во главе с заведующим кафедры, д.т.н., профессором В.В. Коротаевым за помощь в подготовке и проведении работы.

Основные результаты работы представлялись на следующих конференциях, в том числе 2-х международных, и семинаре: конференции «Прикладная оптика» (Санкт-Петербург, 2004 г.); XXXIV научной и учебно-методической конференции СПбГУ ИТМО (Санкт-Петербург, 2005 г.); IV конференции молодых учёных и специалистов «0птика-2005» (Санкт-Петербург, 2005 г.); XXXV научной и учебно-методической конференции СПбГУ ИТМО (Санкт-Петербург, 2006 г.); III межвузовской конференции молодых ученых (Санкт-Петербург, 2006 г.); конференции «Прикладная оптика» (Санкт-Петербург, 2006 г.); XXXVI научной и учебно-методической конференции СПбГУ ИТМО (Санкт-Петербург, 2007 г.); IV межвузовской конференции молодых ученых (Санкт-Петербург, 2007 г.); Итоговом семинаре по физике и астрономии по результатам конкурса грантов для молодых ученых Санкт-Петербурга (Санкт-Петербург, 2007 г.).

Реализация результатов работы подтверждена 4-мя актами использования результатов моделирования, оптимизации и практических исследований по тематике диссертации на научно-производственном предприятии «Буревестник», ОАО (Санкт-Петербург) и на кафедре оптикоэлектронных приборов и систем Санкт-Петербургского государственного университета информационных технологий, механики и оптики.

По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ, в том числе по перечню ВАК - 2, а именно:

1.Бубырь Е.В., Коротаев В.В., Левитин А.И., Похилый P.A., Чертов А.Н. Особенности энергетического расчета оптической системы фотометрического канала рентгенолюминесцентных сепараторов алмазов // Сборник трудов шестой международной конференции «Прикладная оптика», октябрь 2004 г. СПб. Т.1 «Оптическое приборостроение», с. 94-96.

2. Араканцев К.Г., Похилый P.A., Чертов А.Н. Исследование неравномерности чувствительности по площадке фотоэлектронных умножителей // Сборник научных трудов второй межвузовской конференции молодых ученых «Вестник», Т.З, СПб, 2005, с. 141-145.

3. Чертов А.Н. Исследование восьмиканального фотометрического блока для рентгенолюминесцентного сепаратора алмазов // Труды четвертой международной конференции молодых ученых и специалистов «0птика-2005» / Под ред. проф. В. Г. Беспалова, проф. С.А. Козлова. СПб: СПбГУ ИТМО, 2005 г., с. 130-131.

4. Калиниченко Ю.Н., Чертов А.Н. Исследование четырехкомпонентной оптической системы в фотометрическом канале рентгено-люминесцентного сепаратора алмазного сырья ЛС-20-07 // Научно-технический вестник СПбГУ ИТМО. Выпуск 26 Исследования в области приборостроения / Главный редактор д.т.н., проф. В.Н.Васильев. СПб: СПбГУ ИТМО, 2006 г., с. 166-172.

5. Бубырь Е.В., Горбунова Е.В., Левитин А.И., Коротаев В.В., Чертов А.Н. Оценка возможностей использования оптических методов в фотометрических каналах радиометрических сепараторов алмазосодержащего сырья // Сборник трудов седьмой международной конференции «Прикладная оптика — 2006», Т.1. «Оптическое приборостроение», октябрь 2006 г., СПб, с. 92-96.

6. Горбунова Е.В., Коротаев В.В., Тимофеев А.Н., Чертов А.Н. Особенности энергетического расчёта фотометрического канала цветового сепаратора сырья с матричными фотоприёмниками // Сборник трудов седьмой международной конференции «Прикладная оптика — 2006», Т.1. «Оптическое приборостроение», октябрь 2006 г., СПб, с. 101-103.

7. Горбунова Е.В., Коротаев В.В., Тимофеев А.Н., Чертов А.Н. Исследование параметров фотометрического канала рентгенолюминесцентного сепаратора алмазосодержащего сырья с матричными фотоприемниками // Сборник трудов седьмой международной конференции «Прикладная оптика - 2006», Т. 1. «Оптическое приборостроение», октябрь 2006 г., СПб, с. 112-114.

8. Чертов А.Н. Исследование особенностей построения оптико-электронной части рентгенолюминесцентных сепараторов алмазосодержащего сырья // Одиннадцатая Санкт-Петербургская ассамблея молодых ученых и специалистов. Аннотации работ по грантам конкурса 2006 г. для студентов и аспирантов вузов и академических институтов Санкт-Петербурга. СПб, издательство СПбГУ, 2006, с. 53.

9. Чертов А.Н. Исследование влияния особенностей облучения алмазосодержащего сырья на регистрацию алмаза // Научно-технический вестник СПбГУ ИТМО. Выпуск 43 Современная оптика / Главный редактор д.т.н., проф. В.Н.Васильев. СПб: СПбГУ ИТМО, 2007, с. 237-241.

10. Чертов А.Н. О сигнале от свечения воздуха в рентгенолюминесцентных сепараторах алмазосодержащего сырья // Четвертая межвузовская конференция молодых ученых. Тезисы докладов. СПб: СПбГУ ИТМО, 2007 г., с. 37-38.

П.Бубырь Е.В., Горбунова Е.В., Коротаев В.В., Левитин А.И., Тимофеев А.Н., Чертов А.Н. Об использовании оптико-электронных методов в системах регистрации радиометрических сепараторов алмазосодержащего сырья // Обогащение руд, 2007 г., № 5, с. 41-44.

12. Чертов А.Н. Исследование особенностей облучения и их влияния на регистрацию алмаза в рентгенолюминесцентных сепараторах алмазосодержащего сырья // Двенадцатая Санкт-Петербургская ассамблея молодых ученых и специалистов. Аннотации работ победителей конкурсов грантов Санкт-Петербурга 2007 года для студентов, аспирантов и молодых кандидатов наук. СПб, издательство РГГМУ, 2007 г., с. 60-61.

13. Чертов А.Н. Исследование особенностей облучения и их влияния на регистрацию алмаза в рентгенолюминесцентных сепараторах алмазосодержащего сырья // Итоговый семинар по физике и астрономии по результатам конкурса грантов 2007 г. для молодых ученых Санкт-Петербурга. Тезисы докладов. СПб, 29 ноября 2007 г., стр. 34-35.

14. Горбунова Е.В., Коротаев В.В., Левитин А.И., Тимофеев А.Н., Чертов А.Н. Возможности применения матричных приемников с зарядовой связью в фотометрическом канале рентгенолюминесцентного сепаратора алмазосодержащего сырья // Известия вузов. Приборостроение, 2008 г., Т. 51, № 5, стр. 71-73.

В заключение работы на основании результатов теоретических и экспериментальных исследований особенностей построения ОЭМ для рентгенолюминесцентных сепараторов алмазосодержащего сырья можно сделать следующие выводы:

1. На основании анализа всех существующих радиометрических методов регистрации алмаза в потоке руды доказано, что на сегодняшний день среди промышленно используемых рентгенолюминесцентный метод является наиболее эффективным.

2. Анализ особенностей процесса обогащения алмазосодержащей руды в РЛС с точки зрения оценки степени влияния различных факторов на регистрацию ОЭМ сигналов люминесценции от алмазов показал, что эффективная регистрация возможна только при совокупном учете спектральных и амплитудно-кинетических характеристик рентгенолюминесценции всех компонентов алмазосодержащей руды, а также особенностей движения и облучения материала, подаваемого на сепарацию.

3. Математическая модель поля чувствительности ОЭМ, построенная с использованием элементов теории оптимальной фильтрации сигналов от шумов, позволяет осуществлять расчеты и проводить параметрический анализ РОС и ОЭМ с точки зрения эффективности регистрации с последующей оптимизацией их параметров.

4. Разработанная упрощенная методика габаритно-энергетического расчета ОС ОЭМ удобна для использования при проектировочных расчетах и учитывает влияние всех ключевых влияющих на величину потока излучения от алмаза факторов. При этом в рамках расчета выявлены зависимости значения требуемого для обнаружения соотношения сигнал/шум от фонового сигнала свечения воздуха, длительностей свечения объекта и интервала обнаружения.

5. На основании компьютерного анализа модели РОС предложен расчетно-экспериментальный метод определения величины фоновой составляющей от сигнала воздуха в зависимости от режима работы РТ.

6. Установлено, что наиболее полно требованиям по формированию зоны регистрации необходимых размеров с приемлемой неравномерностью чувствительности по зоне, разделению полей соседних каналов отвечает ОС, построенная по схеме «объектив — конденсор». Объектив позволяет уменьшить взаимную засветку зон и, в ряде случаев, увеличить чувствительность, а использование конденсора обеспечивает интегрирование полученного сигнала по чувствительной площадке ФЭУ, уменьшая неравномерность чувствительности ФК.

7. Описана методика расчета параметров ОС ОЭМ при требовании минимизации сферической аберрации на краях зоны регистрации и чувствительности за ее пределами.

8. Разработана обобщенная схема построения ОЭМ рентгенолюминесцентных сепараторов, построенная с учетов результатов анализа особенностей работы ОЭМ и условий его работы.

9. Разработаны конструкции модернизированных ОЭМ для ЛС-20-07 и ЛС-ОД-4-04Н. Исследования, проведенные на экспериментальных макетах, как в лабораторных условиях, так и в реальных условиях обогатительной фабрики, показали правильность теоретических исследований и эффективность предложенных методик расчета.

10. В процессе работы реализована конструкция камеры системы регистрации, представляющая собой макет РОС и позволяющая осуществлять исследования как макетов и опытных образцов ОЭМ, так и амплитудно-кинетических характеристик различных образцов руды.

В дальнейшем следует более детально:

1. Изучить влияние аберраций ОС на преобразование поля яркости люминесцирующих объектов;

2. Проанализировать возможность использования в ОС ОЭМ асферических оптических элементов;

3. Проанализировать возможность построения ОЭМ с использованием позиционно-чувствительных приемников излучения: позиционно-чувствительных ФЭУ или полупроводниковых матричных ПОИ с использованием дополнительных средств усиления оптического сигнала от алмаза.

Требуется уделить внимание и режиму счета фотонов, который может найти применение в ОЭМ РЛС алмазосодержащего сырья.

Кроме того, внимания заслуживают также температурные исследования люминесценции минералов и работы ОЭМ и влияние изменения их параметров и характеристик на регистрацию алмазов.

1. Егоров В. Л. Основы обогащения руд: Учебник для техникумов цв. металлургии. М.: Недра, 1980. - 215 с.

2. Гомон Г. О. Алмазы. Оптические свойства и классификация. М., Л.: Машиностроение, 1966. - 146 с.

3. Бескрованов В. В. Онтогения алмаза. М.: Наука, 1992. - 165 с.

4. Варшавский А. В. Аномальное двупреломление и внутренняя морфология природных алмазов. М.: Наука, 1968. - 168 с.

5. Lang A. R. Topographie methods for studding defects in diamonds / Diamond and related materials. No2. - 1993. - P. 106-114.

6. Горшков А.И., Кошелев И.В., Николаев В.А. Основы теории и технологии фотометрического метода обогащения полезных ископаемых / Тезисы докладов всесоюзного научно-технического семинара «Электронные методы обогащения», Москва, 9-13 октября 1978.-е. 28.

7. Мейснер Л. Б., Кузьмин В. И. Основные принципы нелинейно-оптических методов сепарации / Обогащение руд.- Л.: МЕХАНОБР, 1986. № 5. - с. 22-24.

8. Сепаратор люминесцентный ЛС-20-04-ЗН. Руководство по эксплуатации. СПб.: НПП «Буревестник», 2005.

9. Сепаратор люминесцентный ЛС-ОД-6. Руководство по эксплуатации. — СПб.: НПП «Буревестник», 2007.

10. Горюшкина С.Я. Технология переработки алмазосодержащего сырья: Учебное пособие. -М.: МГРИ, 1988. 102 с.

11. Рентгенолюминесцентные сепараторы. Курс лекций. СПб.: НПП «Буревестник», 2004.

12. ЛилеевВ. А. Основные характеристики и области применения радиометрических методов обогащения нерадиоактивных полезных ископаемых // Обогащение руд. Л.: МЕХАНОБР, 1978. -№ 4. - с. 3-7.

13. Мокроусов В. А., Лилеев В. А. Радиометрическое обогащение нерадиоактивных руд. М.: Недра, 1979. - 192 с.

14. Фридман С.Э., Щербаков O.K. Обогащение полезных ископаемых. М.: Недра, 1985. - 206 с.

15. Скриниченко М. Л., Татарников А. П., Кошелев И. В. и др. Электронные методы обогащения руд / Цветные металлы.- Л.: Металлургия, Цветные металлы, 1984. № 8. - с. 58-63.

16. Терещенко С.В., Денисов Г.А., Марчевская В.В. Радиометрические методы опробования и сепарации минерального сырья.- СПб.: Международная академия наук экологии, безопасности человека и природы (МАНЭБ), 2005. 264 с.

17. Каган B.C., Левитин А.И., Панова С.Н., Шестакова Т.В. Спектральный способ повышения селективности рентгенолюминесцентной сепарации алмазосодержащего сырья / Цветные металлы. Л.: Металлургия, Цветные металлы, 1980. —№ 6.- с. 97-99.

18. Авдеев С.Е., Владимиров E.H., Морозов В.В., Романовская Т.Н. Автоматизация рентгенолюминесцентных сепараторов алмазов / Современные технологии автоматизации. М.: «СТА-ПРЕСС», 2001.- № 3. — с. 44-50.

19. Поташников А.К. Цифровая обработка сигналов в рентгенолюминесцентных сепараторах алмазов / Датчики и Системы.- М., 2005. № 6. - с. 23-25.

20. Способ сепарации алмазосодержащих материалов / АК «АЛРОСА», ЗАО. Патент РФ № 2199108.

21. Владимиров E.H., Казаков Л.В., Колосова Н.П. Повышение эффективности работы сепаратора алмазов за счет цифровой обработки сигналов / Современная электроника. М.: «СТА-ПРЕСС», 2008.- № 2. — с. 64-69.

22. Тирмяев А.Ф., Миронов В.П. Отделение алмазов типа IIa от сопутствующих им цирконов на основе особенностей кинетики затухания рентгенолюминесценции / Горный журнал.- М.: Издательский дом «Руда и металлы», 2007. № 6. - с. 64-67.

23. Ежов А.А., Карпов Ю.А., Шкилев В.Г. Люминесцентный сепаратор. Патент РФ № 971523 от 07.11.1982.

24. Способ разделения минералов по их люминесцентным свойствам и способ определения порога разделения. Патент РФ № 2271254 от 10.03.2006.3 0. Robert Davis; Herbert Fraenkel; Kenneth Henderson. Sorting apparatus. Patent 6,078,018 (20.06.2000).

25. Катодолюминесцентная установка. Патент РФ № 523149 от 27.11.2003.

26. Гудаев О. А., Канаев И. Ф., Шлюфман Е. М. Лазерный метод сепарации алмазов из потока руды / Датчики и системы. М., 1993. - № 3. - с. 19-23.

27. Авдеев С. Е., Ведин А. Т., Воробьев В. В. и др. Лазерная сепарация алмазов / Наука производству. М., 2003. - № 2. - с. 8-9.

28. Миронов В. П., Шлюфман Е. М. Комбинационное рассеяние в алмазах из концентратов и хвостов комбинированной схемы обогащения / Отчет, Институт Якутнипроалмаз, АК «АЛРОСА», г. Мирный, Россия.

29. Reinhardt С. The Use of a Mogensen Sizer and MikroSort Optoelectronic System in Aluminium Production // Germany, Aufbereitungs Technik, 43 (2002) Nr. 7.

30. Duey-Tronic Modular Sorters / www.jbtcorporation.com.

31. Optical Sorting / MTinspector // www.murre.nl.

32. Color Vision System / www.cvs.com.au.

33. ZeigerE. Glass Recycling with Mogensen Sorting and Screening Systems, // Germany, Aufbereitungs Technik, 46 (2005) Nr. 6.

34. Cui J., Forssberg E. Mechanical recycling of waste electric and electronic equipment: a review / Sweden, Journal of Hazardous Materials B99 (2003).

35. DehlerM. Optical Sorting of Ceramic Raw Materials / Wedel, Germany, Tile & Brick Internat, Volume 19 (2003) 4.

36. HarbeckH. Optoelectronic Separation in Feldspar Processing at Maffei Sarda / Germany, Aufbereitungs Technik, 42 (2001) Nr. 9.

37. TakoP. R. de Jong. The Economic Potential of Automatic Rock Sorting / The Netherlands, Delft University of Technology, Department of Geotechnology, 2005.

38. OPTOSORT / www.aliud-int.com.

39. Левшин В.Л. Фотолюминесценция жидких и твердых веществ.

40. М, Л.: ГИТТЛ, 1951.-456 с.

41. Фок М. В. Введение в кинетику люминесценции кристаллофосфоров. -М.: Наука, 1964. 284 с.

42. Мартынович Е. Ф., Морожникова Л. В., Парфианович И. А. Спектральные и кинетические характеристики центров рентгенолюминесценции в алмазе / Физика твердого тела. — Л., 1973.- т. 15, вып. 3. с. 927-929.

43. Мартынович Е. Ф., Морожникова Л. В., Новиков В. В. Рентгенолюминесценция алмазов / Люминесценция и спектральный анализ. Иркутск: ИГУ, 1974. — № 3.

44. Соболев Е. В., Дубов Ю. И. О природе рентгенолюминесценции алмаза / Физика твердого тела. Л., 1975. - т. 17, вып. 4. — с. 1142-1144.

45. Таращан А. Н. Люминесценция минералов. — Киев: Наук. Думка, 1978 г.-296 с.

46. Отчет о научно-исследовательской работе «Исследовать физические свойства алмазов и сопутствующих минералов длясовершенствования радиометрических процессов обогащения», тема 23-83П-365, ЖУТНИПРОАЛМАЗ, г. Мирный, 1985.

47. Исследования характеристик рентгенолюминесценции хлоридов из алмазоносной руды. Отчет по научно-исследовательской работе, тема № 0783 / Научный руководитель, с.н.с. Панова С. Н. // НИИ «Буревестник», ОАО, Санкт-Петербург, 2004.

48. Горобец B.C., Рогожин А.А. Спектры люминесценции минералов: Справочник. -М.: Изд-во ВИМС, 2001. 312 с.

49. Кронгаус В. Г., Вилутис В. Э. Фотостимулированная люминесценция алмазов, возбужденных рентгеновскими лучами / Оптика и спектроскопия. Л., 1966. - т. XXI, вып. 3. - с. 384.

50. Кронгауз В. Г., Татаринов В. С., Вилутис В. Э. Фотостимулированные эффекты в природных алмазах, облученных рентгеновскими лучами / Сборник «Люминесцентные минералы и особо чистые вещества», 1974. вып. II. — с. 54.

51. Шелементьев Ю. Б., Окоемов Ю. К., Хапкина Т. П., Викторов М. А., Егоров Т. Н. Алмазное сырье: Учебно-справочное пособие. -М.: Наука, 2007. 304 с.

52. Карпов Ю. А. Люминесценция воздуха как фактор шума / Аппаратура и методы рентгеновского анализа: Сб. статей ЛНПО «Буревестник». Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1978. — вып. 20. - с. 60-64.

53. Многопараметровая система регистрации сепаратора ЛС-ОД-50 и аппаратура признаков разделения для рентгенолюминесцентного обогащения» / Научно-технический отчет по теме 47-38 // Рук. темы к.т.н. Калинчук В.И. Л.: ЛНПО «Буревестник», 1990. - 121 с.

54. Исследования по созданию транспортной системы на базе транспортера / Научно-технический отчет // Рук. темы с.н.с. Морщихин С.И. СПб.: НПП «Буревестник», ОАО, 2006.

55. Порфирьев Л. Ф. Теория оптико-электронных приборов и систем: Учебное пособие для приборостроительных вузов.

56. Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1980. — 272 с.

57. Мирошников М. М. Теоретические основы оптико-электронных приборов: Учебное пособие для вузов. Л.: «Машиностроение»^ Ленингр. отд-ние, 1977. - 600 с.

58. Медведев М. Н., Сцинтилляционные детекторы. М.: Атомиздат, 1977.- 137 с.

59. Грибковский В. П. Теория поглощения и испускания света в полупроводниках. Минск: «Наука и техника», 1975. — 464 с.I

60. Якушенков Ю.Г. Теория и расчет оптико-электронных приборов и систем. М.: «Логос», 1999. - 480 с.

61. Разработка фотометрического канала сепаратора алмазосодержащего сырья / Пояснительная записка к научно-исследовательской работе № 23560. СПб.: СПбГУ ИТМО, 2004.

62. Исследование и разработка фотометрического блока сепаратора алмазосодержащего сырья ЛС-20-07 / Пояснительная записка к научно-исследовательской работе № 25644. СПб.: СПбГУ ИТМО, 2005.

63. Справочник конструктора оптико-механических приборов / Под общ. ред. Панова В. А. 3-е изд., перераб. и доп.- Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1980. 742 с.

64. Вейнберг В. Б., Саттаров Д. К. Оптика световодов. — Изд. 2-е, перераб. и доп. — Л.: «Машиностроение» (Ленингр. отд-ние), 1977. — 320 с.

65. Апенко М. И., Дубовик А. С. Прикладная оптика. 2-е изд., перераб. - М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы,. 1982. - 352 с.

66. Коротаев В. В., Мусяков В. Л. Методические указания к курсовой работе по курсу «Источники и приемники излучения».- Л.: ЛИТМО, 1991.- 19 с.

67. Ишанин Г. Г., Панков Э. Д., Челибанов В. П. Приемники излучения. СПб.: «Папирус», 2003. — 527 с.

68. Тимофеев О. П. Энергетический расчет измерительных оптико-электронных приборов с лазерами: Методические указания.- Л.: ЛИТМО, 1986.

69. Вычислительная оптика: Справочник. / Русинов М. М., Грамматин А. П., Иванов П. Д. И др. Под общей ред. Русинова М. М.- Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1984. —423 с.