автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.07, диссертация на тему:Оптико-электронные системы для аппаратуры люминесцентного обогащения минерального сырья

ОРЕ.ДЕНА "'РУДОВОГО КРАСНОГО 2НА.Ч2НИ ИНСТИТУТ ТОЧНОЙ КЕХАНШ и сптш

Ка празах рукописи

Калинчук Виктор Иззноеич

СЯТ:ЖС-гЛЕХТРОЕНЫЕ СИСТЕМЫ ДЛЯ АППАРАТУРЫ т«ЕСЦБНТК0Г0 ОБОГАЩЕНИЯ МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЛ

Специальность 05.II.07 - оптические и оптико-

электронные приборы

Автореферат диссертации на соискание учзяой степени доктора технических наук

Санкт-Петербург - 1592 г.

Работа выполнена в Ленинградском научно-производственном объеди нении "Буревестник".

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Ю.Г.Якулейкоз,

- доктор технических наук, профессор, акадегжк АЕН ?С£СР П.П.Кузьмин,

- доктор технических наук, профессор В.А.Зверев

Ведущее предприятие - институт "Якутнипроалмаз"

Защита диссертации состоится " /с7 ф^УрИс^СО- 199£_г. з " на заседании специализированного СоветаСЬЗ.26.01 при Ленинградском ордена Трудового Красного Ьяамени институте точной механики к оптики (190000, г.Ленинград, пер.Гривцоза,14).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ЛКТМО.

Автореферат разослан " $ "кЯ/Сы^15Э2_Г.

Отзыв на автореферат в двух экземплярах с подписью, заверенной печатью, прссгсл направлять по адресу: 197101, г.Ленинград, ул.Саблинская, 14.

Ученый секретарь специализированного Совета Д 053.25.01

3.У.Красавцев

СБШ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время практически на всех месторождениях минерального сырья необходимо обогащение добываемых продуктов. При разработке месторождений полезных ископаемых одновременно с проблемами расширения сырьевой Сазы к повышения экономической эффекттности добычи сырья возникают не менее важные аспекты создания экологически чистых технологий добычи и обогащения. При создании новых технологи:: б последние десятилетия з гор-юобогатительно" промышленности стали развиваться методы обогащения с использованием радиометрии, которые основаны на отличиях результатов взаимодействия минерэлсв и пород с различными физическими излучениями и по.та.;я. Сепараторы, в которых для формирования признаков разделения минералов используются радиометрические методы (в дальнейшем радиометрические сепараторы) не изменяют физико-химические характеристики обрабатываемой руды, что позволяет создавать экологически чистые технологические' процессы обогащения.

Наибольшее развитие и промышленное использование в настоящее время получили сепараторы для обогащения алмазосодержащих руд, а которых для формирования признаков разделения минералов используется рентгеколюмннесненция (в дальнейшем рентгеколкмн-несцентные сепараторы). На обогатительных фабриках алмазодобывающей прогитштенности сонданы технологические схеш, е которых отечественные рентгенолтинесцентпые сепараторы испо.згьзуктся на всех стадиях обогащения.

Основные проблемы, решаемые при создании рентгенолдаинес-центных сепараторов, заключаются е увеличении извлечения из добываемой руды полезного минерала к повышении качества получаемого концентрата, что достигается выбором эффективных признаков разделения минералов и созданием оптико-электронных систем формирования этих признаков.

Цель и задачи работы. Целью работы является разработка теоретических основ построения и создание методических основ расчёта и анализа оптико-электронных систем, используемых для лга/н-несцентного анализа и формирования признаков разделения минералов при обогащении руд.

Указанная цель достигается решением следующих задач.

I. Разработка математической модели и её анализ для полу-, чекия характеристик сигналов, создаваемых на выходе фотоприём-

н'ого блока опткг.о-элехтропной с тетею наблюдения т.тнесцснц/и образцов.

2. Разработка методов ч технических средств для из,мере::ия спектральных и кинетических характеристик люминесценции образцов прч исследованиях.

3. Разработка методов количественно;'; оценки эффективности признаков разделения минералов на основе статистических сзойстх^ признаков классов и с учётом погрешностей измерения значений признаков.

4. Разработка алгоритмов оптимальных процедур измерения характеристик люминесценция с учётом особенностей статистических характеристик сигналов на выходе фотоприёмника.

0. Разработка методов расчёта и анализ погрешности измерений характеристик люминесценции образцов при различных режимах возбуждения, наблюдения люминесценции и алгоритмов обработки сигналов.

6. Создание математической модели процесса формирования сигналов от движущихся лхетнзсцкруга;кх минералов и анализ влияния на качество разделения продуктов обогащения пространственных я временных характеристик систем возбуждения и регистрации свечения образцов в ламинесцектккх сепараторах.

7. Разработка методов выбора п расчёта технических характеристик при проектировании оптико-электронных систем (ОХ) люминесцентных сепараторов.

Методы исследовании. При решении поставленных задач использовались основные псложения теории статистических решении, теории статистической оценки параметров сигналов при наличии помех, метода имитационного моделирования на ЭВМ сигналов, процессов и процедур лх обработки к принятия решений, экспериментальное исследования на действующа установках.

Научная новизна работы. Основные научные результаты выра-адится в следующем.

1. Разработана обобщенная статистическая модель, списывающая распределение мгновенных значений сигналов на выходе цепи нагрузи: ОЗУ при заданных входных воздействиях и параметрах системы. Показано, что предложенная модель хорошо аппрокс тирует распределение сигналов как при слабых, так и интенсивных засЕет-ках фотокатода. Установлено, что при болъплх знезетках применима гауссова модель распределения сигналов. Получены расчётные осот-

новенпя длл определена параметров разработанной модели и условий ' пусе/ота к гауссово? модели исходя из интенсивности потока одно-яле стройных п.-пу.чьсоп на входе пени нагрузки и ее динамических

05сйстл.

2. математическая модель процесса распознавания ггсчорв.лю «о их лкинпссцеьтному излучению, лкточаэдего две про-кса<урн: обнаружение лкшнесцирущих образцов и их классификация. Показано, что отп процедуры имеьт различно раэделяшие функция не одинаково влияэтада на гфретставкость обогащения руда.

3. Разработана, исходя -,:з критерия максимума отношения прав-дсподобиг, оптимальная процедура измерения параметров кинетических характеристик ихминесценппи ооразцев на основе статистической модели гчтгаалоя па выходе ^S/ в виде неоднородного пуоссочов-ск.ого петска одноэлектронных импульсов с флуктуирующими аглтлиту-д'".;::. Прсзецеч анализ процедур:.: измерений и установлено, что измеренные ьначепия постоянных все: впп люминесценции спискоаются нормальным законом распределения.

Подучены в решеях данной модели соотношения для расчёта погрешности измерений.

4. Разработаны к реалкзояаиы алгоритмы измерений пшетических и спектральных характеристик люминесценции образцов минералоз, обеспечивающие разложение наблюдаемого свечения на структурные элемента. Разработаны методы расчёта параметров измерительных систем и получаемых в них статистических характеристик измеряемых значении.

5. Обобщены способы формирования и предложены принципы выбора признаков разделения минералов пепол.-зуомых в люминесцентных сепараторах, обеспечивающие эффективное разделение продуктов и уг/разление процессом обогащения. Разработаны метода расчёта

и выбора параметров 0?С люминесцентных сепараторов для получения необходит.гкх признаков разделения минералов и требуемого качества сепарации.

0. Разработан и реализован оригинальный, высокоэффективный способ разделения минералов пегматитовых руд на основе различий з спектрально-кинетических характеристиках люминесценции.

Практическая ценность.

1. Разработаны математические модели процессов формирования оптико-электронными системами признаков разделения минералов по roc люминесценции, на основе которых получены инженерные метода

- б -

анализа, расчёта в проектирования ОЭС формирования признаков разделения минералов и измерения их характеристик люминесценция.

2. Разработана и внедрена в серийной модели сепаратора ЛС--0Д-50 для обогащения алмазосодержащих руд ООО формирования признаков разделения минералов и принятая решения, экономическая эш-фективность от использования которой превышает 100 тыс.руб. в год.

3. Разработаны ОЭС формирования признаков разделения минералов и принятия решения опытных образцов сепараторов ЛС-20-05, ЛС-0Д-50-02 для обогащения алмазосодержащих руд с микролроцэсоор-ной системой обработки сигналов и управления, серийный выпуск которых запланирован.

4. Разработана и внедрена в сепараторе ДС-0Д-50 оригинальная ОЭС формирования признаков разделения минералов и принятия решения дня обогащения пегматитовых руд, экономический эффект которой составит более 200 тыс.рублей в год.

5. Разработан и внедрен в НПО "Буревестник", институте "Якут-кипроалмаз" в составе лабораторной установки измеритель постоянных времени послесвечения люминесценции.

6. Разработана и внедрена в НПО "Буревестник, Всесоюзном институте минерального сырья лабораторная установка для комплексных спектрально-кинетических исследований рентгено-лшинесценции минералов.

7. Основные теоретические и практические результаты работы используются в курсах лекций по оптико-электронным приборам, читаемых б ЛИШО, в которые вкшочены математические модели процессов формирования сигналов, принципы построения, метода выбора и расчёта технических характеристик 05С для лнлинесцентного анализа образцов.

Основные заакшаемке положения.

I. Обобщенная статистическая модель сигналов на выходе цепи нагрузки фотоприёмника для большого диапазона входных воздействий и параметров системы.

2: Математические модели ОЗС для рентгенолюминесценткого анализа образцов и основанные на них методы расчёта и проектирования приборов.

3. Метод количественной оценки эффективности признаков разделения, учитывающий погрешности гас измерения, основанный на исполь зевании вариационного расстояния Колмогорова.

4. Способ измерения постоянной времени послесвечения ла:.:пнес-

ценции использующий корреляционный метод и его техническая реализация.

5. Способ измерений и алгоритм разложения спектров рентгено-лютшесценцйи минералов на структурные элементы по методу Ален-дева-Фока на основе различий в кинетике люминесценции полос.

6. Способ формирования признаков и алгоритм работы классификатора рентгенолшинесцеятного сепаратора для обогащения пегматит свих руд.

Апсобацня работы. Основные результаты диссертационной работы обсуздали.сь на Всесоюзном научно-техническом совещании "Обо- . гащение алмазов" (г.Мирный, 1983 г.), Всесоюзной конференции "Электронные методы обогащения минерального сырья" (г.Москва, 1985 г.), Всесовзй\\т научно-техническом совещании "Основные проблемы и пути совершенствования технологии обогащения природных алмазов на основе использования их физических свойств" (г.Мирный, 1987 г.), межвузовской научно-технической конференции "Методы и средства повышения эффективности производства" (г.Ленинград, 1987 г.) и Международной научно-технической- конференция "Оптика--89" (г.Варна, БИТ, 1989 г.).

Структура диссертации и её объём. Диссертация состоит из введения, шести глав и заключения. Библиография включает 15 £ наименования. Работа изложена на 2.^7 страницах машинописного текста и содержит / $ / рисунков.

СОДЕРКАЖЕ РАБОТЫ

В первой главе проводится краткий сбгор основных проблем люминесцентного анализа минералов применительно к обогащению руд и ставятся задачи исследований.

Основой для распознавания классов минералов по кх люминесцентному излучению и построения оптико-электронных систем люминесцентных сепараторов являются особенности строения кристаллических решёток минералов и их возможные дефекты, что определяет различия в характеристиках свечения образцов. Отдельные образцы минералов одного класса, являясь природными образованиями, могут иметь различные значения параметров люминесценции, однако совокупности минералов различных классов отличаются типовыми устойчивыми плотностями распределения вероятностей значений параметров, что является достаточны!.! для возможности их разделения при обогащении руд.

Для реализации люминесцентного метода обогащения минерально-

го сырья з существующих сепараторах производится облучение проходящего потока руды ионизирующим излучением (ультрафиолетовым, рентгеновским и др.), а возникающее при этом свечение минералов регистрируется ОЭС, в которой формируются признаки разделения и принимается решение о наличии в зоне анализа полезного минерала,

В существуюпдах моделях сепараторов используют в основном аппаратные способы формирования признаков, которые сводятся к изменению длительности возбуждения люминесценции и задержи времени регистрации сигнала на выходе фотоприёмнпка с целью изменения интенсивности свечения полос с различными постоянными времени люминесценции. Разделение минералов производится по величине сигнала на выходе фотопркёмника, а решение принимается схемой обнарукеняя люминесцентного образца в зоне анализа. При этом чувствительность и селективность системы распознавания минералов оказываются взаимосвязанными, что снижает технологические возможности сепараторов. Ка основании проведенного в диссертации анализа делается вывод о необходимости разделения в оптико-електрокной системе сепаратора процедур обнаружения лземинесци-рукщих. образцов в зоне анализа л принятия решения о их принадлежности к какому-либо классу, что позволяет независимо изменять чувствительность и селективность систег.ш распознавания минералов.

.Лгл решения этой задачи необходимо дополнительно формирова такие признаки разделения минералов, значения которых не зависят от интенсивности люминесценции и, как следствие, от амплитуды сигналов ка выходе фотоприёмника. Показано, что такие приз нага могут быть сформированы на основе спектральных к спектраль но-кинеткческих характеристик люминесценции минералов с использованием совокупности аппаратных и алгоритмических средств.

При разработке ОЭС люминесцентных сепараторов определение способа формирования признаков к выбор требуемых для этого характеристик лшкнесценцил минералов затруднены тем, что в литературе отсутствуют методы количественно:: оценки эффективности признаков разделения минералов, учитывающие особенности приёма и обработки оптическая сигналов. Кроме того отсутствуют метода расчета параметров я анализа режимов работы отдельных блоков ОсС распознавания.

Исходкке дзнкый к проектирован;:» 0-ЭС жмпкесдентнкх сепараторов .могут быть получены при всесторонних лабораторных исследованиях :стмднесцентных характеристик я измерениям: параметре

~ э -

свечения больших коллекций минералов, дм чего необходимо использовать методы, обеспечивающие высокую точность за малое время измерений. В литературе предложен ряд методов анализа кинетических характеристик люминесценции ориентированных для исследовательских целей, которые основаны на регистрации осциллограмм на выходе фот.олрнвмника и их аналитической обработке. В силу трудоёмкости эти методt мало эффективны при проведении большого колэтестаа параметрических измерений.

При использовании известных технических резенай схем аппаратурного измерения постоянных времени послесвечения люминесценции необходимо на их вход для получения малых погрешностей измерения подавать сигнал не искаженный по форме и с выделенным среднн.м значен 'ем. т.е. в достаточно широкой полосе частот обеспечить больпое отнесение сигнал/гсум. Для реализации этого условия необходима большая величина потока'излучения на входе фотоприемника, что не всегда мезет быть получено, особенно при спектральных измерения:«:, либо требуется накопление сигналов на достаточно большом интервале времени.

При анализе спектров л:сминесценцик наиболее сложной задэ-чей является выделение отдельных полос свечения в неразрешенных структурах. Перспективным, физически обоснованным решением этой задачи мокно считать создание аппаратуры, реализующей метод ЛленцеЕз-Фока с использованием различий з кинетике свечения отдельных полос. Однако в литературе не предлагаются способы технической реализации метода, методы расчёта параметров измерительных схем.

Оптитсо-электрснные системы, предназначенные для формирования признаков разделения минералов на основе различий их люминесценции г акалязя характеристик свечения, отличаются от известных О'с'С спецификой формирования сигналов, способами получения измерительно:! пкформации, условиям:; работы и требованиями ч качеству севке:-кх задач, что позволяет их выделить в отдельный класс. Отсутствие теоретических основ построения и методических основ проектпшьанкя 050 этого класса но позволяет создавать как лабораторные установки, на которых может быть получен необходимый объем информации для создания люминесцентных сепараторов, так к ОЭС сепараторов, отвечающих современному гаучно-техническому уровню.

Ка основании проведенного анализа выделена основная проб-

лема, решаемая в диссертации, которая состоит в разработке теоретических основ построения и создании методических основ разработке, расчёта и анализа ОХ для измерений характеристик люминесценции минералов и обеспечивающих формирование признаков разделения и классификацию минералов люминесцентных сепараторов для обогащения руд. При этом основные задачи исследований можно сформулировать в следующем виде.

1. Разработать алгоритмы работы, схемы построения и методы расчёта оптико-электронных систем для измерения спектральных и кинетических характеристик люминесценции и создать соответстЕу-щую аппаратуру для исследования рентгенолюминесценции образцов минералов.

2. Разработать методы количественной оценки эффективности признаков разделения минералов на основе статистических свойств признаков классов и с учётом погрешностей измерения значений признаков.

3. Разработать алгоритмы оптимальных процедур измерения характеристик люминесценции с учётом особенностей статистических характеристик сигналов на выходе фотоприёмника.

4. Провести анализ я обобщение методов формирования признаков разделения минералов в оптико-электронных системах люминесцентных сепараторов.

5. Разработать математические модели работы, схемы построения и методы расчёта оптико-электронных систем формирования признаков разделения в люминесцентных сепараторах на основе амплитудных, спектральных и кинетических характеристик люминесценции минералов.

6. Разработать математические модели процессов формирования сигналов при анализе . движущихся люминесцирующих образцов и методы расчёта рентгенооптических схем, амплитудных и временных характеристик сигналов на выходе фотоприёмника ОЗС сепаратора.

Во второй глзве рассматриваются вопросы выбора признаков разделения минералов при люминесцентном анализе.

В настоящее время измерены люминесцентные характеристик минералов практически всех классов, однако представленные в литературе. результаты исследований не ориентированы на их использование при проектировании оптико-электронных систем люминесцентных сепараторов.

Л-л систематизации результатов исследований лкдаесценткых ■уйрг.г.тгргхткк образцов мгкерелов в диссертации предложено ис-

пользовать гласстеризакию полос свечения по значениям парамет-роз люг.гй5сцегляк: интенсивности '3 , постоянной, времени Т, псло.т.сн,::: максимума и полуширины д-А».« . Разработаны ос-

новные пригонки вггдрлснгл кластеров и формирования классов минералов на основе различии их люминесцентных характеристик. • В отделены;": класстер объединяются полосы свечения, которые отличаются от других полос плотностью распределения вероятностен (НРБ) гС< р>) значен:::: вектора параметров р * (З.Т^Ли.лАс*).

Рсссмотрекшй подход допускает, что количество класстеров' не совпадает с количество:.: центров свечения, поскольку знделе-ние класетора производится ке по физической природе центров определяло: свечение, а по степени совпадения П?3 значений параметров лпминесценц -л полос. 7ля вцделешот классов минералов при люминесцентном анализе предложено использовать соотношения ин-тексивнсстей свечения полос в спектре, которые выступают з качестве условия объединяющего отдельные класстеры в класс и могут рассматриваться в качестве независимых параметров люминесценции .

Проведенная в диссертация по предяоленшсм методикам класстс-ркзация спектров рептгенолюминесценпии алмазов дала хорошее совпадение с приведенным в литературе их разделением по цвету.

Бремя появления люмияеецирующих образцов минералов в зоне анализа системы распознавания сепаратора не известно, так как процесс их появления носит случайный характер. Учитывая наличие шумов на выходе фотсприсмного устройство выделены два'этапа решения задачи, разделения минералов оптико-электронной системой сепаратора: I) обнаружение люминесцирующего образца в зоне ана-' лиза; 2) классификация обнаруженных образцов по измеренным значениям признаков.

Показано, что при обнаружении люмингецпрующпх образцов оптико-электронной системой сепаратора с учетом используемых физических процессов сЕеченпл аппаратные решения систем возбуждения и регистрации люминесценции формируют аппаратную разделяющую функцию, которая определяется параметрами блоков рассматриваемых систем распознавания: спектром конизиру.ющего излучения и его изменением во времени, спектральной чувствительностью опти-кс-элеятрснной системы, временем регистрации и сравнения сигнала с порогом обнаружения. При существенном отличии классов минералов по интенсивности свечения удовлетворительное качество разделения минералов можно получить при решении только задачи

обнаружения люминесцнрующих образцов. В этих случаях классификатор в виде отдельного блока в системе распознавания не используется, что позволяет сделать сптико-электх онную систему достаточно простой, однако при этом сложно обеспечить эффективное управление процессом разделения с целью поддержания на максимально высоком.уровне извлечения полезного минерала и качества получаемого концентрата, поскольку амплитуда сигнала, используемая для обнаружения образцов, выступает в качестве признака их распознавания.

В диссертации установлено, что для получения дополнительных признаков на основе кинетических, спектральных характеристик люминесценции и разделения класснфиБатором обнаруженных оптико-электронной системой образцов минералов необходимо использовать совокупность измерений, получаемую комбинацией аппаратных и алгоритмических средств. В диссертации показано, что формирование признаков разделения и разделяющей системы распознавания минералов .люминесцентных сепараторов обеспечивается архитектурой к особенностями оптико-электронной системы: конструкцией оптического блока, алгоритмами измерения параметров электрических сигналов и преобразования измеренных значений, алгоритмами принятия решения.

Наличие "!ума па выходе йотоприёмнпка определяет погрешности измерений значений признаков разделения минералов, что приводит к дополнительным ошибкам решения при классификации. При этом ставится задача выбора такой системы признаков и оценок, при которых разделение м лералоз производится наилучшим образом.

В'диссертации разработан метод количественной оценки качества работы системы распознавания при наличии шумов, основанный на вариационном расстоянии Колмогорова.

Пусть системе распознавания предъявляются объекты двух классов -Г2, л и известны плотности распределения вероятностей (ПРВ) 10(¿/л. ) , гс(Т/Лх) значений вектора признаков 2 классов и . В результате измерений при наличии пума

каждому вектору признаков 2 будет соответствовать множество реализаций , которые имеют условное распределение вероятностей 1<.'( у/,? ). Г.ри зтсп решения с я ус Д становятся случайными событиями. Уля списания работы спетеми 1аспс5наванаа с учётом действия сумоз в пространстве признаков 'В- Едодг-ля функция рекенгй Р, (г') как вероятность пряня-

тия решения Н £ 12 <

б

тогда расстояние Колмогорова для классов и -П.* при функ-

ции решений К (г) системы распознавания примет вид

(гс(г/^Ъ) - ))| < - 2 Р, (г)\с1 г. (2)

б

Полученная оценка монотонно возрастает от величины вероятности правильных решений, поэтому в диссертации е качестве критерия выбора признзкоз разделения мянерэлоз. предлагается использовать максимальное значение расстояния Колмогорова (2).

Предложенная интегральная оценка эффективности признаков разделения позволяет использовать этот показатель как на стадии выбора метода сепарации, когда определяются его потенциальные возможности, так я при оценке качества технических решений системы распознавания сепаратора, реализующих измерение признаков к разделение минералов. Таким образом поставленная задача решена.

В третьей главе проводится анализ и разработка методов и технических средств измерения люминесцентных характеристик образцов.

При анализе работы измерительных схем и оценке погрешностей измерений в литературе в большинстве случаев принимается гауссова модель шума на выходе фотоприёмника. Еняи проведены экспериментальные исследования статистических характеристик сигналов на выходе цепи нагрузки ФКУ при различных засветках фотокатода. 3 результате обработки экспериментальных распределений значений сигнала I к аналитического анализа его модели в виде профильтрованного пуасссновского потока показано, что совокупность ПРВ значений I хорошо аппроксимируется Г-распределением

мЫ'тг^гТтё л , ГЗ)

р> 11

где IX и р> - параметры распределение. Получены зависимости для расчёта значений О. и |э для случая стационарного процес-

са

о. = —

2 ко Тц . Ме . _ (4)

где v„ - интенсивность потека едноалектрогпшх нжульсоз ::а выходе ОРУ, Тн - постоянная времени цепи нагрузки -XV, У -ксгффндиект вторичной электронной эмиссии динодсв, с^ - коэффициент куш динодной системы, M - коэффициент умноменкя ФЗУ, 6 - заря;; электрона. Выражение (3) является статистической модель» исследуемого процесса.

В диссертации получены зависимости для расчёта параметров <Х и распределения (3) в случае неоднородного потока од-понлектронпкх импульсов, когда его интенсивность ('U изменяется во времени. Показано, что нормальная аппроксимация приемлема в тех случаях, когда наблюдается хороыо выделенное среднее значение электрического сигнала в полосе пропускания цепи нагрузки ФЗУ (»>20 ). Для ;лалих уровней сигналов (л".<20 ), б которых проявляется их дискретная структура, аппроксимация Г-рас-пределекием при расчётах вероятностных характеристик обнаружения дает более точные результаты.

Использование полученной статистической модели сигнала на выходе ФЗУ позволило разработать едкий методический подход при анализе измерительных схем оптико-электронных систем при регистрации гак пороговых, так и больших засветок..

Исходя из статистической модели сигнала ка выходе ФЭУ в виде пуассоноЕского потока одноэлектронных импульсов в работе получено выражение для логарифма отношения правдоподобия на интервале наблюдения Q-s-ï в следующем виде

t »X» г . - Т

ù о w о

%

где'»71 - число одноэлехтреннкх импульсов на интервале 0+Т, Li ) и ■U+.ii) - интенсивности потоков одноэлектронных импульсов сигнала ii шума, а* il) , tel (D - ПРВ амплитуд тока одноэлектронных импульсов, t, - момент появления L -го импульса амплитудой li .

■В главе установлен гауссов вид ПРБ гО(L ) значений L (5) л полу^-ны аналитические зависимости для расчёта среднего значился L и дисперсии

На основании анализа аыраженгя д;;я логарифма отношения правдой сдсбая \5) е работе получек оптимальный, у.акснчизпру>тай L (S), 'елгерятм оценки характеристик лгганесценцпз, .'для реализации seï-epara кеоЗходимо измерять глалитуды î; еднозлектрошкх юл-

пульсов на интервале наблюдения ОТ к время 1; их появления.

Алгоритмический этап сценки базируется на методе модулирующих функций, когда предполагаются известными функции ,

(I) . I) , а тнкае задаётся вид функции ¿¿(1) . При этом задача оценки параметров люминесценции сводится к определению значений параметров моделирующей функции г'^И) , при которых величина логарифма отношения правдоподобия (5) максимальна. I. отучаемые при этом сценки являются оптимальными только по отношена к принято!-: модели ясоцессов на интервале наблюдения 0*Т.

На'основании анализа оптимального алгоритма автором для практической реализации предложен корреляционный метод измерения постоянной времени послесвечения люминесценции, в котором сохранен основной принцип работы оптимального алгоритма: оценка степени соответствия наблюдаемой на выходе фотсприемникэ реализация принятой детерминированной модати.

Основа предлагаемого метода состоит в сл едущем. При обработке экспоненциального сигнала фильтром шукнпх частот положение максимума сигнала на его выгоде функционально связано с постоянно:: времен;": Т экспоненты. Дгя фильтра первого порядил с постоянной времени Т^ получена аналитическая зависимость _ -р

'с .

тс - Ц

И (6)

При значении Т = Т^ для фильтров любого порядка смещение максимума сигнала на его выходе по отношению к положению максимума ^-м,' импульсной характеристики равно

лí ^ - (7)

Величина постоянно": времени послесвечения 'люминесценции Тс наблюдаемого сигнала может быть определена в результате его . обработки несколькими фильтрами ниингх частот с различными постоянными времени Т- и сопоставления смещения д£ (7) и значения Т^. Этот способ наиболее полю соответствует оптимальней процедуре, однако сложен в технической реализации и поэтому не всегда монет быть использован. При использовании одного фильтра нижних частот корреляционная схема трансформируется в измеритель, на выходе которого величина постоянной времени Тс определяется по статической характеристике £ = (Т^. ) . в частно-

сти (6), и измеряемому значению .

В диссертации разработаны методы расчёта и проведен анализ погрешностей измерений постоянной времени послесвечения люминесценции при использовании оптимальной процедуры и корреляционного измерит&ля, а также двух известных схем измерения: по двум отсчётам на фиксированном временном интервале и измерение временного интервала при фиксированном перепаде величины сигнала.

Для рассмотренных алгоритмов погрешности измерения состоят из постоянной к случайной составляющих. На рис.1 для рассматриваемых методов приведены зависимости средних кзадратических погрешностей измерении 6"г постоянной времени Тс = 0,5 мс от амплитуды тока 1с ' экспоненциального с, гнала на выходе фотс-приёмника: I - оптимальный алгоритм, 2 - корреляционный измеритель, 3 - по двум отсчётам на фиксированном временном интервале, 4 - по измеряемому временному интервалу при фиксированном перепаде величины сигнала. Оптимальный алгоритм по сравнению с другими имеет наименьшую среднюю квадратическую погрешность, корреляционный измеритель по величине б"т наиболее близок к оптимальной оценке постоянной времени.

Одной из основных причин появления постоянной составляющей погрешности измерений для всех четырех алгоритмов является наличие постоянной составляющей темяового тока 1т . Уменьшение или исключение этой составляющей погрешности измерений может производиться различными способами: компенсацией постоянной составляющей темнового тока алгоритмически при оптимальном и аппа-ратно при корреляционном измерении.

Следует также отметить, что при использовании оптимального алгоритма погрешность оценки амплитуды сигнала 1с приводит к дополнительному увеличению как постоянной, так и случайной составляющих погрешности измерений, постоянной времени.

3 результате исследований установлено, что при измерении постоянной времени по двум отсчётам уменьшение постоянной составляющей погрешности происходит только при увеличении амплитуды 1с сигнала либо при осреднении отсчётов по множеству реализаций, при которых происходит нормализация ПРБ отсчётов. При использовании алгоритма измерения по фиксированному отнощекию отсчётов статическая характеристика изл'ерительной схемы линейка, а два ' других алгоритма .нмепт нелинейные ста-нческпе характеристики,

Рис.1 Средние квадратические погрешности значений постоянной времени послесвечения люминесценции при различных алгоритмах измерения.

что не позволяет простыми средствам;! получить на выходе измерителя непосредственно значения постоянных временя послесвечения. Однако в тех случаях, когда мо;;:но ограничиться измерением параметров сигналов, напргалер, при оценке значений признаков, использование корреляционного алгоритма предпочтительнее.

При анализе спектров люминесценции наиболее сдсако решаются вопросы выделения отдельных полос свечения в неразрешенных структурах. На основе метода Алекцева-Фока в диссертации разработан алгоритм разложения неразрешенных структур в спектрах свечения, в котором для выделения структурных элементов используются различия в кинетике люминесценции, что проявляется при импульсном возбуждении люминесценции. Алгоритм включает два этапа: измерение спектральных контуров и аналитическую обработку результатов измерений.

Для реализации разработанного алгоритма необходимо получить з результате измерений несколько спектральных контуров („\) . отличающихся интенсивностью свечения полос, с различными постоянными времени люминесценции. Различные спектральные контуры получают изменением длительности Т и периода следования Тц ил-пульсов возбуэдения люминесценции и в результате проведения измерения интенсивности свечения с различными задержками б по отношению к концу импульса возбуждения. При этом вклад каздой полосы в регистрируемый спектр будет изменяться в зависимости от соотношения её постоянной .времени люминесценции,. Тр_ и значений

V , т„ и е .

и

Одновременно сс спектральными"контурами производится измерение постоянных Бремени люминесценции полос.

Аналитическая обработка результатов измерений заключается в следующем. Составляется система линейных уравнений, з которой переменными являются значения интенсивности лшннесценция полос ф. (Д) на длине волны А при стационарном возбуждении, а в качестве свободных членов уравнений подставляют измеренные значения спектральных контуров ^ (-Х) . Коэффициенты ка&дого уравнен/л вычисляются по известным значениям Т , Т, , & и измеренным величина?.! постоянных времени Тс полос свечения. Решая получению спсте1.дг уравнений относительно Ср. (Л) для кавдой длины велкк получаем сскское разложение спектра свечения.

Аь.ором разработ-: . функциональная схема установки для проведения измерений и сформулированы требования к её основным бло-ка^. Показано, что погрешность измерения постоянной времени да-

минесценции но приводит к значительным искажение.: выделяемых спектральных контуров. Удовлетворительное разложение получется при погрешностях измерения постоят™ой времени люминесценции до 50$.

Результаты, полученные в третьей глазе, использованы при разработке оптико-электронных систем для анализа люминесценция образцов и систем разделения минералов люминесцентных сепараторов.

Таким образом з третьей главе решены задачи проектирования, расчёта и анализа ООО для измерения люминесцентных характеристик минералов.

В че-"вёгто" главе разработаны методы расчёта и анализа основных устройств оптико-электронных систем люминесцентных сепарато-рол обеспечивающих получение признаков разделения минералов и пртияткя решения.

Предложен метод количественной оценки и проведен анализ влияния конструктивных параметров рентгеновской схемы сепаратора на эффективность возбуждения люминесценции образцов.

Используя известные .из литературы соотношения для тормозного рентгеновского излучения, в диссертации разработан метод расчёта распределения мощности рентгеновского излучения в произвольной плоскости с учётом действия экранирующих диафрагм и диаграммы направленности излучения на выходе рентгеновской трубки.

На основе известных механизмов взаимодействия рентгеновского излучения с веществом в диссертации впервые, разработан метод расчёта относительных спектров возбуждения ? (Д) люминесценции рентгеновским излучением, которые выражаются через табличные значения массового коэффициента передачи энергии и мас-

сового коэффициента поглощения Мг (А) веществом образца квантов рентгеновского излучения на длине волны

Я * ~—;—; 77;--(в)

х'Де рг , сС - плотность материала образца и его толщина, соответственно, РС-^т) - значение спектра возбуждения в максимуме, 2 - атомный номер материала образца.

Эффективность использования рентгеновского излучения при возбуадении люминесценции предложено оценивать значением коэффициента полезного действия «1

>го действия «1 , . „ о

^в --- (5)

где Кд 1.Л/ - относительный спектр тормозного рентгеновского излучения на выходе анода трубки, рг: , ¿; - плотность и толщина материала с атомным номером Z на пути рентгеновского пучка.

В результате-проведенных исследований сделан ванный практический вывод: при возбуждении люминесценции в сепараторах для обогащения алмазосодержащих руд диапазон напряжений 25-30 кВ на рентгеновской трубке, где ЭС^ имеет максимум, является наиболее эффективный. Этот результат подтверждается при эксплуатации сепараторов.

Зона регистрации в-люминесцентных сепараторах представляет собой область пространства, из которой излучение люминесцирую-щих образцов принимается фотоприемником Смена образцов в зоне анализа люминесцентных сепараторов производится в результате их непрерывного движения. При этом траектории движения зерен руды отклоняются от расчётной плоскости на случайные расстояния и в зоне анализа поток руды занимает значительный объем. Такой характер движения руды определяет особые требования к схеме формирования зоны регистрации люминесценции.

Для формирования зоны регистрации используются гак тоокуси-рующие оптические системы, так и более простые оптические схемы, в которых распределение чувствительности в зоне формируется экранирующими диафрагмами.

В диссертации разработаны методы расчёта распределения чувствительности оптико-электронной системы сепаратора при использовании различных схем формирования зоны регистрации, определены ограничения к их применению.

При использовании плоских диафрагм в зоне регистрации наблюдается достаточно большая область с практически постоянной чувствительностью оптико-электронной системы как в расчётной плоскости движения материала, так и при выходе образца из этой плоскости. На краях зоны наблюдается достаточно большая область полутени, в которой чувствительность оптико-электронной системы монотонно убывает при удалении от центра зоны. Размер области полутени уменьшается при уменьшении расстояния между экранирующей диафрагмой и плоскостью движения образцов, однако при этом-ограничивается допустимая величина разброса траекторий их движения.

Применение объемных диафрагм (сотовых бленд), устанавливаемых перед фотокатодом фотоприёмника, допускает большой разброс

траекторий дви.шшя образцов, однако распределение чувствительности оптико-электронной системы тлеет значительные градиенты по всей зоне регистрации.

При использовании объективов для формирования зоны регистрации распределение чувствительности оптико-электронной системы существенно отличается от рассмотренных выше схем только для плоскости фокусировки полевой диафрагмы. Яри отклонении траектории дзи.т.епия образца от этой плоскости распределение чувствительности оптико-электронной системы становится таким ге как и при использовании экранирующих диафрагм. Следует отметить, что при применении объективов диаметр его входного .зрачка не влияет на величину зоны регистрации и мояет быть выбран исходя только из энергетических требований к оптико-электронной системе.

На основании полученных результатов разработаны программы расчёта на ПЭВМ распределения чувствительности фоторегистрирую-щих блоков с различными оптическими схемами. Разработаны оптические схемы сепараторов ЛС-0Д-50-02 и ЛС-50-05.

Временные характеристики сигналов на выходе фотоприёмника оптико-электронной системы при движении образца в зоне анализа определяются как его кинетическими характеристиками, так и изменением во времени и пространстве мощности ионизирующего излучения НО*-'-, 1) и чувствительности оптико-электронной системы.

Разработаны математическая модель процесса формирования и методы расчёта сигналов на выходе ^отоприёмнихса от .движущихся в зоне анализа образцов при известных распределениях мощности ионизирующего излучения |1 0«, у, ¿, и чувствительности ¿(ж.^,?) оптико-электронной систет.гы. Показано, что сигнал на вы-

ходе фотоприёмника можно представить в виде линейной свертки распределения выхода люминесценции ¿(б^й) по поверхности образца и функции, определяемой интегральны;-! преобразованием кинетики свечения и распределений Й-С^.ц, г, I) и ЪСэс.у) _

В диссертации впервые проведен теоретический анализ оптико-электронных систем распознавания минералов использующих амплитудно-спектральные и амплитудно-кинетические характеристики люминесценции.

Показано, что пси использовании спектроз люминесценции для формирования признаков разделения минералов удовлетворительные результаты могут Сыть получены при измерен;::: а.'тллитуд сигналов 2Л :: з двух спектральное окнах, формируемых сЕетот.нду.'ра-

ми из цветных стекол корректирующими спектральные чувствительности фотоприёмников. При этом в качестве признака разделения минералов используется отношение измеренных значении ^ х — , которое не зависит от интенсивности люминесценции.

Разработан метод расчёта шумовых погрешностей измерений значений признака разделения минералов у и проведен анализ функций решений (I). Показано, что при достаточно малых уровнях сигналов (ток фотокатода порядка А) вероятность правильного разделения полос свечения, отличающихся положением максимумов на 0,05 мкм, не ниже 90

При использовании амплитудно-спектральных характеристик люминесценции аппаратная разделяющая функция, обусловленная процедурой обнаружения образца, и разделяющая функция классификатора, обусловленная разделением минералов по измеренным значениям и 2.1. , независимы, что позволяет эффективно изменять технологические показатели сепаратора.

При использовании для формирования признакоз амплитудно-ки-нетическгх характеристик люминесценции разделяющая функция опти-;<о-электронной системы определяется аипаратно-алгоритмическимк средствами: выбором конфигурации зоны анализа, длительности и периода следования импульсов ионизирующего излучения, временя регистрации -люминесценции, алгоритмом формирования признаков, обусловленных кинетикой послесвечения, алгоритмами обработки измеренных значений. В данной главе проведен анализ основных способов формирования признаков разделения и получаемых при этом разделяющих функций.

При возбуждении люминесценции периодической последовательностью импульсов ионизирующего излучения длительностью С и периодом следования Ти интенсивность разгорания полос определяется соотношением величины постоянной времени люминесценции Тл и значения 'С. . Полосы свечения, у которых «'С разгораются до максимального значения и амплитуды сигналов от этих полос на выходе фотоприёмника будут отличаться также как и их интенсивности люминесценции при стационарном возбуждении. При значениях "П, > 'с разгорание люминесценции в конце импульса возбуждения будет тем меньше, чем больше постоянная времени люминесценции. Различие амплитуд сигналов на выходе фотоприёмника в этом случае определяется не только интенспвнсстями, но и постоянными времени люминесценции образцов. Таким образом при значениях "Ц выбором длительности возбуждения Т.

кзелсяяш соотношение амплитуд сигналов от минералов отличающихся постоянно:! времени лшичесцевдия и увеличивает селектийнсст* их разделения.

В тех случаях, когда в свечении участвуют полосы с 1Д1<'С и регистрацию люминесценции производят через интер-

вал врдус-ич X,«. & <Х* . ?то позволяет выделить полосы с к'/.нетп.кой

Сигнал на выходе фотоприёмникл сравнивается с пороговым уровнем через интервал времени <9 после окончания импульса, при препкмении которого регистрируется наличие люмянесцируюже-го образца в г.оне анализа. .Минералы с различными ннтенсивкостя-ми Л и постоянными времени Т, различно обнаруживаются оптико-электронной системой, что определяет ее аппаратную разделяющую функцию. На рис.2 показаны аппаратные разделяющие функции оптико-электронной системы в координатах Э , Т„ , которые реализуются при длительности возбуждения Т- 0,5мс и задержках наблюдения & - О,С.<\мс (кривые 1,2,3, соответственно). Как видно из приведенных кривых разделяющая функция делит пространство пара,метров люминесценции на две области А и В, кото-рил могут быть сопоставлены два класса минералов. Кцовлетвори-тельнсе разделение и управление разделение!.! классов производится в том случае, когда классы А и В существенно различаются по интенсивности люминесценции.

Аналогичные разделяющие функции формируются при непрерывном ионизирующем излучении, когда длительность возбуждения при известной скорости движения образца определяется шириной зоны возбуждения, а задержка 0 - расстоянием мсл-ду зонами возбуждения и регистрации люминесценции.

В том случае, когда разделяемые классы в основном различаются по постоянной времени люминесценции и мало отличаются по интенсивности свечения эффективным является признак разделения, значение которого не зависит от амплитуда сигнала и определяется величиной постоянной времени люминесценции, например, аоло-нение макс иг, ¡ума сигнала на выходе фильтра нижних частот

(см.гл.З). Сравнение измеренного значения 1,, с двумя фиксированными значения?.:/. и позволяет ограничить область А точяами Т-г и Т2 на оси постоянных времени.'Б разделяющей Функцин при ото;,: появляются две нэтгпт и перпендикулярные оси постоянных времени лвмичеспеншти. Разделение по л ос-

- гч -

Рис.2, Разделяющая функция при импульсном возбуждении и распознавании по амплитуде сигнала при различных задержках наблюдения: I - £ = С; 2-0 ■ 0.2; 3-0-0.4

тоянной времени производится классификатором только тех мииерз-лоб, которые обнаружены оптико-электронной системой, г,е. в пространстве параметров люминесценции оказались выше аппаратной разделяющей функции.

Кроме значения '¿.м на выходе фильтра нижние частот измеряемой величиной является амплитуда сигнала Ьц , которая зависит так от интенсивности 0 , так и от постоянно!! времени Ттг люминесценции. Разработана методика построения разделяющих функций классификатора требуемого вида в пространстве параметров люминесценции >7 ,11 по измеренным значениям "£н и Ьгн Расчёт производится по статическим характеристикам преобразования всей системой распознавания значений параметров люминесценции Л , тл в измеряемые величины и . Разделяющая фунщия формируемая классификатором должна находиться выше аппаратной ветви, поскольку при принятом алгоритме разделения попадание в область В эквивалентно отсутствие минерала в зоне анализа .

В последнем разделе четвертой главы разработаны методы расчёта энергетических характеристик оптико-электронных систем для измерения люминесцентных характеристик образцов и разделения минералов в рентгено-люминесцентных сепараторах.

Получены новые зависимости для расчёта вероятностей ложных тревог на интервале наблюдения исходя из модели куш в виде Г-распределения, приведены условия перехода к известны?.! из литературы зависимостям полученным для гауссовой модели.

Для определения требуемого уровня сигнала, при котором разделение кдвссоз минералов производится с заданным" качеством, используется величина градиента функции решений р.сг; (I) в области прилегающей к разделяющей функция.

Таким образом в четвертой главе разработаны математические модели процессов формирования признаков разделения минералов и их классификации'в ОоО сепараторов, разработаны также методы расчёта и анализа основных блоков 030 при их проектировании, что соответствует поставленным задачам.

В пятой главе рассматриваются оптике-электрешше системы, разработанные для рэнтгс-но-люминесцс-нтных сепараторов, которые находятся на различных стадиях производства: от спитаузс^образцов до серийных моделей.

Рентгенолюминесцентный сепаратор ЛС-ОД-ОО предназначен для доводки концентратов обогащения алмазосодержащей руды тслассов крупности от 5 до 50 мм при позерновой подаче материала в зону анализа.

Для всзбуадения люминесценции использовано импульсное рспгтс-новсксе излучение, создаваемое рентгеновской трубкой 5Б]ЛЗ-6 с •волъфрамочш анодом, при напряжении 25+28 кВ .длительность импульсов Т-0.э«с. , частота и с следования . для селсктив-•ного обнаружения а гмазов в качестве признаков используются амплитуда и положение максимуме, сигнала на выходо фильтра тъакх частот.На оси времени с задержке«. & .после окончания '.елгульте. возбуждения, схемой управления формируется временное окне длитель костью .

Решение о наличии я зоне анализа лгкетеедгтрукцего образца принимается только в том случае, если прерд;"!<г:;пе с отдало:: выходе фильтра заданного порогового уровня произошло в пределах, временного окна. Та кат-: образом реализуется аппаратная разделяющая функция оптико-электронно!: системы сгпарзторг.

Второй признак разделения (положение максиму:,;.'.', сигнала на выходе фильтра) позволяет повысить селективность выделения алмазов как в области больше, так и шлих значена* постоянных времени люминесценции. Решение о наличии алмаза в зене акагкза принимается в том случае, когда прогзоаяо обнаружение лл."тиесцЕ-рующего образца а положение макекцуш сигнала 'Ь„. на выходе фильтра попадает во временное окно 1,ч<£ ^р Использование временного окна а второго признака ^ позволяет оперативно изменять селективность ОЭС обнаружения алмазов установкой значений б и . При этом чувствительность ОЭС, задаваемая величиной порога обнаружения люмннесцирующих образцов, не изменяется

Проведен анализ работы оптико-электронной системы выделения алмазов сепаратора ЛС-0Д-50, рассмотрены методические вопросы выбора параметров 'отдельных блоков системы, что позволяет провести разработку аналогичной системы „для других условий обогащения.

Сепараторы ЛС-ОД-50 приняты к серийному производству на заводе НПО "Буревестник" и внедрены на обогатительных фабриках ПНО "Якуталмаз", что дало экономический эффект более 100 тыс.руб.

Разработана оптико-электронная система для обогащения пегматитовых руд с целью выделения из потока материала ыикроклина, но-

пользуемого в керамической промышленности. В исходной руде находятся также люминесцирующие минералы плагиоклаз и кварц.

Предложены новый оригинальный способ и реализующая его опти-ко-олектрон.тая система разделения минералов, позволяющие..эффективно решить задачу сепарации пугматитовых руд.

В результате исследований рентгенолюминесценции минералов входящих в пегматитовую руду установлено, что для выделения микрофиша зф'-фективным признаком является величина отношение амплитуд сигналов от быстрой и медленной компонент свечения на выходе фотоприимнпка при импульсном возбуждении люминесценции.

Как и в сепараторе ЛС-0Д-50 для возбуждения люминесценции"

используется рентгеновская трубка 53)13-6, работающая в импульсном

режиме: длительность импульсов Х-^мс , период следования

Т, = 8 мс. и

На выходе, фотопрнёыного устройства производится измерение величины сигнала з конце импульса возбуждения , которая включает быструю и медленную составляющие. Через интервал времени & после окончания импульса возбуждения сигнал послесве-

чения подаётся на еход фильтра нижних частот .на выходе ко-

торого измеряется амплитуда сигнала (Д

Решение о наличии в зоне анализа гликроклина принимается следующим образом. Сигнал на выходе ФНЧ сравнивается с порогом срабатывания коглпараторз обнаружения в зоне анализа люминесцирующе-го образца. Таким образом реализуется аппаратная разделякздя санкция ОЗС, которая позволяет отделить кварц, неимеюший послесвечения, и не люмннесцирующие минералы. Для разделения микроклина и плагиоклаза находится величина быстрой компоненты л1Г= V, -свечения и сравниваются значения Д & и 1Д . При больших отношениях {?. - и наличии сигнала обнаружения лшинесци-рующего образца в зоне анализа принимается решение о том, что обнаруженный образец является микроклином.

Рассмотренная схема разработана и изготовлена в НПО "Буревест-' няк". Для её испытания и внедрения использован сепаратор ДС-0Д-50 установленный на руднике Чалмозеро месторождения Куру-Ваара гор-нообогатителт.нсго комбината "Ковдорслкда". Проведены опытнс-прс-мышленные испытания сепаратора, в которое получен концентрат высокой кондиции при извлечении мякрокткнз не менее 90 %.

По результатам проведенных испытания на руднике Чалмозеро создается промышленная технологическая линия для обогащения микроклина рентгексл.т.:н:гесцентны.ми сепараторами. Па дгнат.: планово-

экономического отдела рудника Чалмозеро экономический эффект от внедрения рентгенолзомякесцентной сепарации пегматитовой руды должен составить Зьий тыс.руб. в год.

Рентгенолкминесцентный сепаратор ЛС-0Д-50-02 имеет такое же технологическое назначение как и ЛС-0Д-50, ко обладает повышенно!' селективностью к обнаружению алмазов. Повышение селективности достигается использованием спектрально-кинетических характеристик рентгеноломиаесценцки минералов, что определило конструкцию оптико-электронной системы.

В сепараторе для возбуждения люминесценции используете : импульсное рентгеновское излучение, создаваемое рентгеновской трубкой 4ЕХВ-18(йе), Длительность импульсов С - О.в.чс , период следования Т., = 6 мс. Люминесценция образцов регистрируется

¿X

двумя, фотоприёмными устройствами ФП1 (ФЭУ-92), <И]УЯ (ФЭУ-119), спектральные чувствительности которых корректируются светофильтрами СЭС-21 и 1С—18. На выходе фотоприёмных устройств ФПУ1 к ОПУ2 измеряют амплитуды сигналов и в конце импульса воз-

буждения, а также амплитуды сигналов и послесвечения

люминесценции. "

В качестве признаков разделения используются следующие значения

Как и в рассмотренных выше схемах на первом этапе производится обнаружение лшинесцирующегс образце по интенсивности пос-■ лесвечения, что определяет аппаратную разделяющую функцию. Обна-ружейные образцы разделяются классификатором по значениям признаков Рр Р^, Рд. Решение о наличии п зоне анализа алмаза принимается в случае удовлетворения значениями признаков системы неравенств

Р, к'а<Рг Р, (9)

Р, Я к» , (Ю)

Я^Ргё < р'» ■ Ш)

I I

где , к15, , ко , к,1 - тангенсы углов наклона границ области локализации алмазов к оси Р^- ; р^ , о.х , , р.3 -

радиусы-векторы границ области локализации алмазов в пространстве признаков, ."ля формирования зоны регистрации люминесценции используется объектив,, разделение излучения на два спектральных ганэпа производится раздвоенным стекловолокснным жгутом.

Опытны" образец сепаратора ЛС-0Д-Ь0-П2 изготавтивается на опытном заводе НПО "Гуревестник" по заказу 111-10 "Я1«уталмаз".

Рентгенолюминесцентный сепаратор ЛС-20-05 предназначен для основного оеотоп'.евяя асдазосодершцих руд. 1'атериал в зо-у анализа подается оплошным потоком со скоростью 2-3 м/с. Движущийся по наклонному лотку поток руды облучается с двух сторон двумя рентгеновский трубками 4БХВ-1й(Я«), люминесценция образцов регистрируется с каждой стороны потока двумя фотоприёмниками. .

Проведен анализ влияния распределения чувствительности фото-лриемных устройств в зоне регистрация на значения признаков разделения от движущихся образцов. Показано, что при прохождении образцом зоны анализа практически все признаки в различных областях зоны регистрации изменяют свои значения в широком диапазоне, что приводит к снижению как извлечения алмазов, так я селективности.

/ля формирования признаков раздатения используется отношение быстро/; и медленной составляющих свечения при импульсном возбужден:;;! ;; величина постоянной времени послесвечения.

Работа оптико-электронной системы обнаружения алмазов аналогична рассмотренным выше. Для реализации высокого извлечения V. селектнЕности в состав оптико-электронной системы сепаратора включен дополнительно блок выбора репен:гй, функции которого состоят в следующем. При прохождении зоны анализа образец облучается нескольким импульсами рентгеновского излучения и дая каждого импульса сптпко-электронная система вырабатывает решение о наличии или отсутствии алмаза в зоне анализа. На краях зоны за счёт погрешностей измерений значений признаков будет большое количество ошибочных решений. Е центре зоны, где .минимальный градиент чувствительности оптико-электронной системы, значения признаков разделения мало отличаются от истинных значений и вероятность правильной рлассирикагди в этой зоне близка к единице. Центру зоны регистрации соответствует максимальная амплитуда сигнала на выходе фо?спрк:.'.з;глг.

Глок выбора решений, из всех приняты:: классификатором реше-зе р.ре?.:я прохода образцом зоны енаяиза, выбирает одно, юст-?г: мзке^.злт.кой г^ттлитуде сигнала в 3"Н5 анализа.

Оптыный образец сепаратора JIC-20-05 с разработанной в диссертации оптико-электронной системой обнаружения алмазов изготавливается на опытном заводе НПО "Буревестник" по заданию ШО "Якут-алмаз".

В шестой главе рассмотрена аппаратура для лабораторных исследований кинетических и спектральных характеристик рентгенолюминес ценшти образцов минералов.

Измер 1тель постоянных времени (WIB) послесвечения лкминесцен-ции образцов минералов ••заработан по заданию института "Якутнипрс алмаз". Возбуждение люминесценции производится периодически:! последовательностью импульсов рентгеновского излучения, измерительная схема реализует корреляционный алгоритм рассмотренных в главе ш, при котором величина постоянной времени послесвечения люминесценции оценивается по измеренному значению положения максимума сигнала на выходе фильтра нижних частот. Для обеспечения диапазона измерении постоянных времени послесвечения от 0,5 мс до 30 мс в ИПЗ использовано три фильтра нижних частот второго порядка с постоянными времени I мс. 3 мс, У мс, которые подключаются к измерительной схеме переключателями. гМля уменьшения шумовых погрешностей в ИГО производится усреднение измерении положения максимума сигнала по ^ периодам рентгеновского излучения, требуемое значение Ü -- 16,32,64,12b,... устанавливается перед началом, измерений. Для уменьшения влияния на резз'льтаты измерений постоянной составляющей темпового тока на выходе ФЭУ предусмотрена её компенсация на входе фильтра.

Рассмотрены также методы проведения измерений и алгоритмы разложения сложных законов послесвечения, включающих несколько составляющих с различными постоянными времени, на элементарные экспоненциальные составляющие.

Измеритель постоянных времени внедрен у заказчика, в институте "Якутннпроалмйз", в лабораторных измерительных установках в НПО "Буревестник", включен в состав измерительной установки АПР, разработанной для Всесоюзного института минерального сырья (БИМС).

' По заданию ВИМСа в НПО "Буревестник"' разработана лабораторна* установка, подучившая название аппаратура признаков разделения (АПР), предназначенная дяя исследований рентгено-люминесцентных характеристик большого количества образцов. Установка АПР предназначена для решения следующих задач:

- ;;;Г -

I. Интегральные измерения в форшруоляс светофильтрами саек-тралы;:::-. окнах амплитудных и временных параметров сигналов, создаваемы; рептгеполюминеецэнцией образцов при импульсном возбуждении.

?,. Проведение комплекса спектральных и кинетических измерений реитгсашлякесцснши; образцов, обеспечивающих разложение спектра свечения на члементарные спсктралы-ше контуры.

Установка АП? включает две рентгеновские трубки для возбуждения люминесценции, езетоияолированную камеру для образцов и три фоторе?'истригу!<пих канала, спектральные чувствительности которых корректируются сменными светофильтрами. На выходе ка:. joro канала измеряется амплитуда сигнала на выходе Фотсприбмника в конце импульса возбуждения и через интервал времени О после его окончания, величина задермкн & устанавливается перед началом измерений. для измерения величины постоянной времени иослесвече«-" люминесценции к выхо.ту кяадого канала подклнчается ЯПВ.

Я результате измерений для каждого образца получают девять значений, которые могут рассматриваться в качестве простых признаков либо использованы для формирования сложных признаков разделения минералов. На установке АПР были исследованы две коллекции пегматитовой руда месторождений Куру-Ваара и Хеталамбино. Рассмотрены методы анализа результатов измерений и сценки эффективности признаков разделения с использованием вариационного расстояния Колмогорова.

Для разложения спектров свечения нэ элементарные спектральные контуры в выходном окне камеры для образцов располагают входную щель мочохромэтора. а фотоприёмное устройство подсоединяют к его выходной мели. Сигнал с выхода 'T-ií.v подаётся в блок измерений с времени^.! разрепенпем и на вход ИШ. Ычок измерений с временны;.! разрешением позволяет получить значение сигнала на выходе фотоприёмника в момент окончания импульса возбузденкя и в произвольной точке до начала следующего импульса. ,Гля измерения на выходе г. юн о хрома тора малых потоков излучения в блоке измерений с временны:.: разрешением применена специальная схема накопления сигнала.

В соответствии с методикой, рассмотренной в главе произведены измерения и выделены элементарные спектральные контуры в свечении образцов плагиоклазов и микроклхнов из местсрондения Куру-Гаарг. "-црекличы имеют три спектральных контура с постоянными времени Тт в нанссекундной области, Tg - I мс и Ту - 23 мс.

Б свечении плагиоклазов выделено такие три спектральных контуре

с постоянными времени ?т в нзносекундной области, Т., -- I мс и ф

х3- 7 мс. Б исследованных образцах выделены три спектральных контура о различными постоянными времен:; люминесценции. Нииоолс: существенные различья наблюдаются в распределен;:*: энергии по пс лосам свечения, что определило ывгод сепарацк;: пегматитового сырья (см.главу У). ■.

В последнем параграфе гланы приведены резу-п-^тк научно— следователъской работы по возможности создан:;« анализатора исходного пчтания (А1!П) люминесцентных сспсраторол, ко?срыл предназначен для непрерывного наблюдения нотою руды поступающее на их вход, регистрации и кчасегфикагж: проходя!>:-"л .талтедеппру» щ::х минералов всех классов, измерения ьареметров лгяд'.леоцл'.иЧ'п к статистической обработка измерению: зпачопц-.', в пределе:?: кг.:--",о го класс«.

Показано, что разработавшие в диссертации тохипчпекче "¿пения оптических и азкзг-чтельнлх средств позваъята сфср./.-^рспг.ть достаточное количество признаков для разделения класс::тором AiuT проходящих ккнералоз на три класс:;: А - алмазы и тикерах: с близкими характеристиками, К - :кнеролг с одно" полосой свочс кия в красной области спектра и одно'; постоянно.: вссиеиз люминесценции, П - образцы со словами спектрам", ерпчония г: ачо>лой кинетикой. Показана техническая возмо\а:ост" опорагпппо^о из:-ере ния параметров люминесценции движущихся образцов т:.:морало?.

Разработанные е дчссср!теоретические положения к полученные практические результат* могут йцть попользованы при создании ОоС люминесцентных сепараторов для обогяпечкя лрЗкс руд. в которых, полезнее минералы люмнпсолируют под деТе^сч.ем ионизирующих излучении. 13 настоящее время исследованы дачпчесгон'пгце характеристики более 131/ видов минералов, для эффективного обог; щеккя которых в каждом конкретном случае необхедгмо производить выбор признаков разделения минералов и алгоритмы принятия решений, что определяет основные конструктивные решения ОсС сепараторов . :

В настоящее время практическое внедрение люминесцентных методов обогащения, без учёта алмазодобывающих предприятий, может быть выполнено на горнообегатнтельных комбинатах месторождений пегматитовых, флюоритовых, меелптовых руд. ,;'ля обеспечения технологических процессов потребуется несколько сот сепараторов.

!!с о-5:;од"'о тг.:: ,о отчитать, что для обеспечения технологгчсс-яи'п тро.;<?ос-- обогапо-.-кя одпого яйла рутъ' требуются X ■=•:_! »»одели оепаггтор^ч стстблсдосоя твхнипеск4»/;: х&рвк?ер«сстикаш к техпо-логич глкгл.г созмо.лностлг-;:.

Рг бет; :з:д • :«?;лэ.л;- диссертации прсяодилась в ,<1ЯШ " Буре-пс„.т„. -^ггед о "с гг.

''"ГОТ'::-'

. . Р&зр&богеиг теоретические основы построения ОЗС дая иг-ме-рений характеристик лзыянесценщш, формирования признаков разделении л процедур классификации минералов, представленные совокупностью математических моделей сигналов, процессов формирования и измерения признаков разделения минералов, гриш птов построения СЗС лтинесцентных сепараторов.

2. Созданы методические основы разработки ОЗС для измерения люминесцентных характеристик образцов и разделения минералов в люминесцентных сепараторах, представленные совокупностью алгоритмов измерения па рамс-трон *ямкнесиея:пш, способов форсирован»« признаков разделения, методов анализа технических решений аппаратных средств, расчёта параметров и оценки качества работы ОХ.

3. Проведен анализ и обобщение принципов и методов формировали признаков разделения минералов в оптико-электронных системах ^глинесцентр.ых сепараторов, обеспечлзающих эффективное разделение .мнералоз и управление технологическими процессами обогащения.

4. На Сазе взрп&иионного расстояния Колмогорова разработан летод количественной оценки эффективности признаков разделения

; учётом погрешностей измерения значений-признаков, что позволяет ¡ропявестп объективный выбор состава признаков к определить эффективные технические решения схем формирования и измерения ькачени!: 1рг:зна:-;сз люминесцентных сепараторов.

5. Пока зг. но, что разделстая функция ОК люминесцентных сепа-:5торов определяется как алгоритмом работы классификатора, та;: ;: :опольэуэл1м:: акпаретыгве оредотзгми :: тсх-ппсокимп харэктеристи-:а;лн блоков возбуждения, регистра пик хгжчоецо'я&я, обработки ./.гредез и измерения значений дрззнахоз .

С. ?гзррбот?.;'ч метод-.: расчета и проредзн анализ работы епти-:о-электронных систем ?.ормироаян:тя и гзморепхя зпачыи"; ззделе-лия на основе спектральных, кгке-г*»зсЕ!'.х и амплитуд

ллт.'инесцепчн:; минералов дви/гд.^хся: в гене се-

ьрьторе пр.: наличии '--увстг^тгльностг. Определены огр'«-

ииченпя к допустимым значениям градиента чувствительности и скорости движения шх«риала в зоне анализе.

7. Рьзработанныи 050 внодреы, а серийной модели реитгеколши-десцентного сепаратора ЛС-0Д-5С, что дало увеличение эксплуатационного извлечения алказов на I %, в опытных об^азцс-х сепараторов ЛС-ОД-00-02, ЛС-20-С5, в которых обеспечена независимость чувствительности ОЭС к селективности выделения алмазов.

6. Разработаны и внедрены у заказчиков лабораторные установи! для измерения постоянных времени послесвечения люмииисцонцаа минера лов, анализа спектров рентгенолюминесценции с выделением элементарных спектральных: контуров методом Аденцева-Фска, измерение признаков разделения минералов в спектральных окнах, что позаоди; получить полные объективные данные о характеристиках рентгенолю-минесценции минералов и определить схемы построения систем расно: навания перспективных моделей сепаратора.

9. Разработана, изготовлена и проведены спитнс-промцщленнкё испытания оптико-электронной системы рентгшюлюминесцентного сепаратора для обогащения пегматитовых руд на основе различи'/! спектрально-кинетических характеристик реьтгенол&тинесцэиции минералов. Это позволяет создать автоматизированный технологический процесс получения конечного продукта обогащения высокой кондиции при извлечении полезного компонента ко менее Б0 %.

Основное содержание диссертаций опубликовано в следующих работах:

1. Кзлинчук В.И., Кутева З.Н., Лобанов A.A. Люминесцентный сепаратор. Авторской свидетельстве СССР К' II87325, 1954.

2. Кутева З.Н., Кьлинчук В.К., Лобанов A.A. "Устройство для сепарации минералов. Авторское свидетельство СССР Я 1274165, 193

- 3. Калинчук В.И..Левитин А.И., Лобанов A.A. и др. Анализ схем селекции рентгено-дюминесцентиых сепараторов при использова кии кинетики в качестве разделительного признака. Электронные ме тоды обогащения. Тезисы докладов Всесоюзного семинара ао обмену опытом применения электронных методов обогащения руд. осква, 3-5 окт.,1965.

4. Калинчук В.И., Лукин С.Б. Распознавание пшуиьсььх сигналов по их форме с использованием преобразования размерности вектора признака.Известия ВУЗов СССР - "Приборостроение", Je 28, т.ХХП, 1986.

б. Калинчук В.И.,Кутева З.Н..Лобанов A.A. Автоматический спектрофлуорихетр. Авторское свидетельство СССР J* I36ofcül, 1^87.

G. лалннчук В."., ¡ллатогурский д.К., Золков А.Н. Особенности конструкции люминесцентных сепараторов. Интенсификация производства. Метода :-. средства повшгеиия эффективности производства. ;,;е:.:иу2С1)СК1Гл сборник. -J:.:I'J87.

7. : Се линчу к Ъ.у1. Цифровая обработка сигналов на выходе фото-прх&иика. Извсстея ВУЗов СССР - "Приборостроение", }} I, т.ХХХ,

19b V.

' Ь. лгланчук В.К., Коршунов Г./5., Лобанов А,А. Перспективы создания 1-: осиов:яс требования к комплексу информационно-управляющих средств АСУ ТП люминесцентных сепараторов. Тезисы докладов к всесоюзному научно-техническому совещанию "Основные проблемы и пути совершенствования технологии обогащения природных алмазов на основе использования их физических свойств" - M.: 1987.

Калвнчук В.К., /еви-гкк А.К., Ссстакова Т.В. и др. Перспективные оптико-электронные системы рентгело-лшкнесцентных сепараторов. Тезисы докладов к Всесоюзному научнс-технпчесхо:лу совещанию "Основные проблемы и пути совершенствования технологии обогащения природных алмазов на основе использования их физических свойств".- .VI.: IS87.

ID. Калинчук В.И., Коршунов Г.К., Еестаг.овз Т.В. Оптимальные процздуры оценки характеристик люминесценции минералов. Тезисы докладов к Всесоюзному научко-техиачесхо:.у совещанию "Основные проблемы 7. пути совершенствования технологии обогащения природных алмазов па ос!юве использования их физических свойств". - .';!: 1037,

11. Калинчук В .И., Волков A,IL, Белый C.B. .Методика" сравнительной оценки эффективности радиометрических систем выделения и обра-бст/.и сигналов природных минералов. Тезисы докладов к Всесоюзному научно--'ехняческои? совещанию "Основные проблема и куги совершенствования технологии обогащения природных алмазов на основе использования их физических свойств". - i,i,:IG87.

12. Калинчуч В.., Ершов ПЛ., Панова СЛ. Анализ и классификация спектров люминесценции минералов. Аппаратура и методы рентгеновского анализа. Сб.статей, лыг..37, Л,: Машиностроение, 1288.

13. Калинчук В.И., Панова СЛ. Выбор признаков классификация; образцов при наличии помех. Известия ВУЗов СССР - "Приборостроение",

.'?• г, t.xxxi, 15ее.

14. Калинчук Р..К., '-¡зченков A.L. Гростгзкственно-всемешшо характеристики сигналов, ссздоьсемнх лр..-:ц/щк:мся люминсспиру;'л;'/смн

объектами. Аппаратура к методы рентгеновского гьалпза, сб.статей, вып.оО. -Ji.: лйшиностроииио, 1ЭЬ8.

15. Калшчук В.И., Кутева З.Н., Лобанов A.A. Линейные фильтры в оптеко-эяоктрокных системах распознавания лшгИг.всцир} объектов. Известил ВУЗов СССР - "Приооростроени^", Jt 3, т.XXXII, 1У0Ь.

16. Калшчук В.И. Определение раздонявщол «дуккда. классификатора при функционально.,; задании штрафов. Известия Б.-Зов СССР -"Приборостроение", & 4, т.XXXII, Iü81j.

17. Калшчук З.И., Бадбаленков А.П. Статистическая недели сигналов на выходе цепи нагрузки ФЭУ. Известия Bjoob СССР -"Приборостроении", Ji 7, т.ХХХП, К8Ь.

16. Калшчук В.И., Лобанов A.A., Пер~лы;.ан H.A.,;. др. Автор-сков свидетельство СССР, й 1443348, . Люмььосцонтпын

сепаратор.

Ii;. Кг. линчуй В. И., Во лба ленков А.Н. Формирование сигналов в оптико-электронных системах двдаущу.м-.ся лжикесцируяи^и объектами. Сб. Аппаратура и методы рентгеновского анализа, выи.40. -Л.: ¡лашшостроеняе, ТИЪО.

20. Каликчук В.II., Лксов В.П., Каткшоь В.Г. Способ разделения минералов к устройство для ¿го осуществления. Авторское евщель-ство & I57272C, IbüG.

21. Калинчуй Б.И., Водков A.r.i. Способ контроля работы сепаратора. Авторское свидетельство СССР Ji 160716b, IttU.

гг. Калинчук В.'Л., Катишов В.Г., Иестакова Т.В. Разделение

перекрывающихся полос люминесценции с помощью измерения спектров с временным разрешением. Журнал прикладной спектроскопии, т.55, 3 3, 1991.

Подписано к печати 23.12.91 г. Объем 2,2 п.л.

Заказ 2. Тираж 100 экз. ' Бесплатно.

Ротапринт. ЛИТМО. ISOOOO, С.-Петербург, пер.Гривцова, 14