Диссертация (1143140), страница 39

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 39)

При этом рабочие характеристики устройств также полностью сохраняются.5.Предложенный метод оптимизации по критерию максимального отношения сигнала кшуму возможно распространить на широкий класс устройств на ПАВ, что потребует лишьизменения нелинейных ограничений в задаче оптимизации.6.Использование оптимизации совокупности параметров фильтров на ПАВ и электронногообрамления по критерию минимизации уровня шума позволяет проектироватьмногоканальныеволоконно-оптическиесистемыпередачивысококачественныхтелевизионных сигналов с максимальным динамическим диапазоном при минимальныхперекрестных искажениях между каналами.Материалы Главы 5 опубликованы в работах автора [A2, A8, A23, A25, A28 ÷ A30, A38, A41].195Глава 6.

Радиотехнические приемно-преобразующие устройства рентгеноабсорбционных сепараторов извлечения природных алмазов в кускахкимберлитаППУ с интегрированием фототока входят в состав рентгено-абсорбционныхсепараторов, используемых для извлечения особо ценных минералов (например, алмазов) вкусках руды. Применяемые в настоящее время технологии извлечения природных минераловиз руды (рентгенолюминесцентная и гравитационная) имеют недостатки и уже неудовлетворяют современным требованиям по: 1) целостности извлекаемых особо ценныхминералов (алмазов), 2) повышению производительности оборудования и 3) обеспечениюэкологической безопасности. Преодолеть указанные недостатки позволяет применениерентгено-абсорбционнойдиссертации.Методтехнологии [A58], ППУрентгено-абсорбционнойдлякоторой рассматриваются втехнологииоснованнарегистрациипрохождения электромагнитных волн рентгеновского диапазона через породу, в которойкусковая руда помещена в иммерсионную среду, имеющую коэффициент поглощения,близкий коэффициенту поглощения руды.

Увеличение интенсивности излучения в местахрасположения минералов (алмазов) регистрируется в ППУ рентгеновским детектором,преобразуется в фототок и обрабатывается в блоке управления, регистрации и обработкиинформации (УРОИ). Применение иммерсионной среды в рентгено-абсорбционнойтехнологии позволяет выровнять по поперечному сечению конвейера уровень прошедшегочерез руду электромагнитного излучения рентгеновского диапазона, что существенноповышает технические характеристики рентгено-абсорбционной технологии [A13].

Высокиепотенциальные возможности рентгено-абсорбционной технологии должны быть реализованывППУрентгено-абсорбционногосепаратора,представляющегопроизводственноеоборудование данной технологии. Принцип рентгено-абсорбционной технологии задаеттехнические требования к ППУ оптико-электронной системы рентгено-абсорбционногосепаратора, сводящиеся к: 1) обеспечению минимального времени интегрирования фототокав ППУ, что позволяет достигать максимально высокую скорость движения конвейера с рудой,2) обеспечению высокой чувствительности ППУ рентгено-абсорбционного сепаратора, чтопозволяет анализировать максимальную толщину руды на конвейере, 3) осознанному выборулинейногокоэффициентаослабленияэлектромагнитногоизлучениярентгеновскогодиапазона иммерсионной среды и сцинтилляторов, 4) разработке блока УРОИ рентгеноабсорбционного сепаратора, реализующего алгоритм функционирования сепаратора. Длявыполнения данных требований к ППУ необходимы новые методы расчета проникающегоэлектромагнитного излучения рентгеновского диапазона через среды.

Один из возможныхметодов предложен в диссертации.196При конструировании ППУ оптико-электронных систем рентгено-абсорбционныхсепараторов требуется обеспечивать оптимальное соотношение между чувствительностью (азначит, и толщиной руды) и быстродействием ППУ (а значит, и скоростью движенияконвейера) с целью достижения максимальной производительности сепаратора. Для этоготребуются разработки: 1) методики расчета максимальной толщины руды в рентгеноабсорбционном сепараторе на основе чувствительности фотоприемного устройства ППУ, 2)системы управления ППУ на основе программируемых логических интегральных схем(ПЛИС) с целью достижения максимальной скорости анализа руды на предмет наличия в нейполезных минералов, 3) методики аппроксимации массовых коэффициентов ослабленияэлектромагнитных волн рентгеновского диапазона веществами и элементами.6.1 Расчет чувствительности фотоинтегратора радиотехнического ППУ рентгеноабсорбционного сепаратораТребуемое характерное время измерения проникающего рентгеновского излучениядостигает долей миллисекунд и меньше.

Как следует из главы 3 диссертации, для расчетачувствительности ФПУ в этом случае должны использоваться полученные выражения (3.57)приближений, отличных от модели идеального фотоинтегратора [A14]. Выражения громоздкии реализованы в вычислительном блоке УРОИ сепаратора [A21, A57], функциональная схемакоторого представлена на рис. 6-1.Ввод данных материалаанода, типа и режимовработы рентгеновской трубкиБанк данных массовыхкоэффициентов ослабленияматериала анодарентгеновской трубкиВвод данных материалафильтра, минерала,сцинтиллятораБанк данных массовыхкоэффициентов ослабленияразличных средВвод времениинтегрирования, параметровфотоинтегратора ППУ,коэффициента рентгеноэлектрическогопреобразования детектораВычисление спектральногосостава излучениярентгеновской трубкиВычисление спектральногосостава излучения послепрохождения черезвыбранные средыВычисление спектральногосостава поглощенногоизлучения сцинтилляторамиВычисление отношениясигнал/шум на выходе ППУРис.

6-1. Функциональная схема вычислительного блока УРОИ сепаратораРезультаты расчетов, осуществляемых в вычислительном блоке УРОИ сепараторапредставлены на графиках ниже. На рис. 6-2 представлена зависимость порогового тока197фотоинтегратора ППУ, определяемого выражением (3.57), от времени интегрирования дляпараметров ППУ: Ri = 10 ГОм, Rd = 10 ГОм, Cd = 1 пФ, Roa = 10 ГОм, Cоа = 2 пФ, ω1 = 2 МГц,спектральныхSi2oa  0,8 фАплотностейшумовыхГц и напряженияисточниковSu2 oa  30 нВоперационногоусилителятокаГц при значениях интегрирующейемкости 0,2; 1; 4 и 10 пФ. Указанные параметры соответствуют ППУ рентгеноабсорбционногосепаратораприCint = 1 пФ.Награфикахприведенытакжеэкспериментальные значения, находящиеся в хорошем соответствии с расчетными (5 ÷ 10%).В диапазоне времён интегрирования менее миллисекунды (соответствует скорости движенияконвейера более ~ 1 м/с) погрешность расчета по приближению идеального интегратораувеличивается с уменьшением времени интегрирования вплоть до 100 % при Tint = 1 мкс.Рис.

6-2. Зависимость порогового тока фотоинтегратора от времени интегрированияпри различных значениях интегрирующей емкости.Чувствительность по оптическому сигналу фотоприемного устройства ППУ сепараторапри заданном отношении сигнал/шум (SNR) определяется выражением: P SNR  I 0[Вт], гдеSS - интегральная токовая чувствительность фотодиода. Значение токовой чувствительностифотодетектора составляет ~ 0,7 А/Вт.6.2 Расчет спектрального состава электромагнитных волн рентгеновского диапазона,прошедшего через средыРегистрируемыйфотоинтеграторомоптическийсигналформируетсяприпреобразованиях электромагнитных волн рентгеновского диапазона в аноде рентгеновскойтрубки, в руде с извлекаемыми минералами, в фильтрах из тонких слоев металлов, всцинтилляторах.

Принципиально важным для расчета полезного сигнала, поступающего наППУ оптико-электронной системы рентгено-абсорбционного сепаратора, является изменениеспектрального состава электромагнитных волн рентгеновского диапазона.198Спектральная интенсивность тормозного рентгеновского излучения определяетсяформулой Крамерса [166]: I(E)=k·Ia·Z(E0/E-1), где E – энергия фотона, k – коэффициентпропорциональности  10-9, Ia – ток, протекающий через рентгеновскую трубку, Z – атомныйномер материала анода, E0 – максимальная энергия квантов в спектре тормозногорентгеновского излучения, соответствующая минимальной длине волны, E0 = Vt в электронвольтах, Vt – анодное напряжение рентгеновской трубки.

Полная интенсивность излучениярентгеновскойII ( )d   minтрубкиE0 I ( E )dE .равнаинтегралуХарактеристическоеотспектральнойрентгеновскоеизлучениеинтенсивности:определяется0разностью энергий электронов на различных орбитах. Спектр характеристическогорентгеновского излучения имеет сложную форму, которая состоит из отдельных пиков илилиний излучения. Частота линии характеристического излучения определяется закономМозли [167]:   cR ( Z  S ) 2  12  12  , где R = 109737 см-1 – постоянная Ридберга, S – n1n2 экранирующая постоянная (как правило, близка к единице), Z – атомный номер элемента, ватоме которого происходит переход, n i – главные квантовые числа уровней, участвующих впереходе.Параметры наиболее часто встречаемых материалов анода рентгеновских трубокприведены в Таблице 6-1 [168].W 74 , серебраТаблица 6-1.

Линии характеристического излучения вольфрамамолибденаW 74183,84Энергиялинии, кэВ/относительнаяинтенсивностьлинии, %107,87Ag 47183,8495, 94Mo 42 , родия102, 91Rh 45102, 91107,87Ag 47 ,Rh 45 [168].95, 94Mo 42( LIII  K ) : K 159,3182 / 10022,1629 / 10020,2161/10017,4793 / 100( LII  K ) : K 257,9817 / 57,821,9903 / 52,220,0737/52,517,3743 / 52,2( M III  K ) : K  167,2443 / 24,824,9424 / 28,422,7236/27,619,6083 / 26,5( M II  K ) : K  366,9514 / 13,324,9115 / 28,422,6989/27,619,5906 / 26,5Уровень энергии однократнойионизации, кэВЭнергия края поглощения, кэВШирина спектральной линии, эВВыход флюоресценции69,52525,51423,219920,00069,508420,95725,51656,50,83423,21985,60,80720,0044,40,764Аноды рентгеновской трубки, конструктивно, могут быть выполнены прострельнымиили массивными. В рентгеновской трубке с массивным анодом рентгеновское излучениевыводится из анода в обратном направлении под определенным углом по отношению квходному потоку электронов.

Прострельный анод применяется в рентгеновских трубках, какправило, в тех случаях, когда необходимо иметь рабочий пучок, ось и направление которогосовпадают с осью и направлением электронного пучка электронов. В рентгеновской трубке с199прострельным анодом поток электронов попадает на мишень, проникая в нее на глубинупроникновения h, вычисление глубины проникновения электрона в мишень по формулеKanaya and Okayama [166]:2.76  10 2 A  E01.67h,  Z 0.89(6.1)где введены обозначения A – атомная масса, ρ – плотность г/см3, Z – атомный номер материалаанода, E0 – максимальная энергия фотона, численно равная в кэВ анодному напряжению.Значение h по формуле (6.1) выражается в мкм.Можно считать [166], что рентгеновское излучение возникает на этой глубине. Врасчетах принимается модель прохождения электромагнитных волн рентгеновскогодиапазона с глубины h через материал анода до выпускного окна для прострельных анодов (внаправлении падающих электронов) и до поверхности анода в массивных анодах (подобратным углом по отношению к электронному потоку).

Характеристики

Список файлов диссертации