Устройство управления выделением цветных минералов Советский патент 1991 года по МПК B03B13/06 

Изобретение относится к разделению предметов по цвету и может быть использовано для покускоЁой сепарации полезных ископаемых, например кварца.

Целью изобретения является повышение точности выделения цветных минералов.

На фиг. 1 показана схема сепаратора; на фиг. 2 - схема размещения элементов сепаратора у оптического модулятора; на фиг. 3 - белый кусок с локальным вкраплением; на фиг. 4 - диаграммы работы элементов.

Сепаратор для выделения цветных минералов содержит транспортный механизм 1, источник 2 плоского светового луча, фотоприемник 3 плоского светового луча, линию 4 задержки, состоящую из дифференциального усилителя 4-а и узла 4-6 задержки, задатчики 5-9, стабилизатор 10 освещенности, фотометрическую камеру, включающую в себя корпус 11. осветитель 12, световод 13, выводы 13-1 - 13-4 световода, оптический модулятор 14, фотоприемник 15, свето- поглощающую камеру 16, оптические фильтры 17 и 18, первый синхродатчик 19 состоящий из фотодатчика 19-1 и точечного источника 19-2 излучения (ТИИ) и второй синхродатчик 20, состоящий из фотодатчика 20-1 и точечного источника излучения 20-2. усилитель 21 с регулируемым коэффициентом усиления (УРКУ), первую и вторую ячейки 22 и 23 памяти, компараторы 24-26, элемент ИЛИ 27, амплитудные детекторы 28, 29, ключ 30, формирователь 31 прямоугольных импульсов, блок 32 автоматической регулировки усилителя (АРУ), блок 33 управления исполнительным механизмом. элементы И 34 и 35, триггерьгЗб и 37. хвостовой и концентратный приемники 38 и 39, исполнительный механизм 40. сепарируемые куски 41.

Расстояние h между плоским световым лучом источника 2 и плоскостью зоны зрения фотоприемника 15 (фиг. 1) выбирается таким, чтобы исключалось попадание рассеянного куском светового потока источника 2 на фотоприемник 15. Экспериментально установлено, что при h (2... 3) SX (SX - средний линейный размер сепарируемых кусков) подсветка практически отсутствует. Для

еще большего эффективного ускорения подсветки спектр источника 2 выбирают как можно дальше от спектра чувствительности фотоприемника 15.

Сепаратор для выделения цветных минералов работает следующим образом.

При включении транспортного механизма 1 куски 41 начинают поштучно пересекать последовательно плоский световой луч источника 2 и зону осмотра фотоприемника

15. При пересечении куском плоского светового луча происходит уменьшение его потока, которое регистрируется фотоприемником плоского светового луча 3 и через линию 4 задержки поступает на вход управления УРКУ 21. Амплитуда сигнала с выхода линии 4 задержки пропорциональна размеру куска, поэтому и коэффициент УРКУ 21 изменяется пропорционально размерам куска. А так как линия 4 задержки задерживает сигнал на время полета куска от плоского светового луча источника 2 до зоны осмотра фотоприемника 15. то при пересечении куском зоны осмотра фотоприемника 15 (фиг. 4, Uio) усилитель УРКУ 21 будет измепять свой коэффициент обратно пропорционально текущим значениям линейных размеров куска. Таким образом, амплитуда сигнала на выходе УРКУ 21 становится пропорциональной ОС куска и не зависит от его

размеров (фиг 3, Uis). Отраженный куском световой поток через вывод 13-2 световода 13 проходит к то выводам 13-2 и 13-4. Часть светового потока от куска непрерывно через вывод 13-4 и оптический фильтр 18 поступает на фотоприемник 15, а другая его часть через вывод 3-3 модулируется диском модулятора 14 (фиг. 2), а затем через оп гический фильтр 17 проходит на фотоприемник 15.

Таким образом, на выходе фотоприемника 15 образуется гребенчатый сигнал (фиг. 4, Uio). В момент, когда диск модулятора своей щелью открывает вывод 13-3, на фотоприемник 15 проходят обе части светового потока куска, а на его выходе наблюдаются амплитудные всплески сигнала - гребни (фиг. 4, Uio. t3, ts, t...). В моменты, когда диск модулятора перекрывает вывод 13-3, на фотоприемник 15 проходит только часть светового потока через вывод 13-4, а на выходе фотоприемника наблюдаются впадины (фиг 4, Uio. t2, t/i to, ts) Гребни соответствуют сумме световых потоков от куска двух заданных спектральных участков, а впадины - световому потоку одного из заданных спектральных участков.

Далее обработка сигналов осуществляется таким образом что сигнал с выхода линии 4 задержки поступает на вход управления усилителя УРКУ 21. Амплитуда сигнала с линии 4 задержки пропорциональна линейному размеру куска, поэтому чем больше ее величина, тем меньше становится коэффициент усиления усилителя 21. Таким образом производится коррекция сигнала фотоприемника 15 по размеру куска. Сигнал с выхода усилителя 21 поступает на входы ячеек 22 и 23 памяти Ячейка 22 открывается в момент, когда вывод 13-3 световода 13 закрыт диском модулятора 14 поэтому на ней фиксируется сигнал пропорциональный световому потоку поступающему через постоянно открытым вывод 13-4 световода 13 и оптический фильтр 18 на фотоприемник 15 (фиг. 4, Ui/i и 1)22). Ячейка 23 памяти открывается в момент, когда вывод 13-3 световода 13 от крыт, поэтому на ней фиксируется сигнал, пропорциональный сумме световых потоков, поступающих через выводы 13-3. 13-4 и оптические фильтры 17, 18 на фотоприемник 15 (фиг 4, Un и IJ23). Сигнал с выхода ячейки 22 проходит на инвертирующий вход компаратора 24 и прямой вход компаратора 25. Сигнал с выхода ячейки 23 памяти проходит на задатчи- ки 6, 8 и инвертирующий вход компаратора 26.

Далее работа схемы рассматривается на примере решения технологической задачи, в которой необходимо от белых кусков кварца отделить куски с красными и синими оттенками сопутствующих минералов, а также куски кварца, пораженные локальными

черными вкраплениями сопутствующих ми5 нералов. Для этой цели оптический фильтр 17 делают красным, а фильтр 18 - синим.

При появлении s зоне осмотра фотоприемника 15 белого куска его световой поток через выводы 13-3 и 13-4 в конечном итоге

0 проникает через фильтры 17 и 18, которые в одинаковой степени поглощают интенсивность светового потока, отраженного белым куском. Поэтому амплитуда гребней сигнала усилителя УРКУ 21 равна удвоенной ампли5 гуде впадин его сигнала (фиг. 4, U21, t2, ts). Задатчик 6 предварительно устанавливают в положение, при котором сигнал на его выходе Ueравен

U6 (0.5-Д)х U23.(1)

В выражении (1) величина А определяется шумами фотоприемника 15 и аппаратурными ошибками электронной схемы сепаратора. Причем влияние шумов на величину Д на два-три порядка выше, чем влияние аппаратурных ошибок. Следовательно, на величину Д практически сказываются только шумы фотоприемника 15, которые, в свою очередь, в сильной степени определяются фоновой засветкой его фоточувстви0 тельного слоя Учитывая, что по сравнению с прототипом фоновая засветка у предлагаемого сепаратора меньше в 20-25 раз, то и величина Д меньше на такую же величину. Соответственно в 20--25 раз будет точнее

5 определяться цвет куска.

Благодаря установке соглано выражению (1) задатчика 6 при анализе белых кусков сигнал на инвертирующем входе компаратора 24 будет всегда больше сигнэ0 ла на его прямом входе (фиг. 4, U22, t2, tg; Ue, t2, ts), что исключает появление сигнала на его выходе.

Задатчик 8 предварительно устанавливается в положение, при котором сигнал Us

5 на его выходе равен

U-(0,5+ Д)х1)29.(2)

Благодаря такой установке задатчика 8 при анализе белых кусков сигнал на инвертирующем входе компаратора 25 будет всег0 да больше сигнала на его прямом входе (фиг 4. LJ2, t2-ts; Us, t2-ts), что исключает появление сигнала на его выходе. Отсутствие сигналов с компараторов 24 и 25 исключает включение исполнительного

5 механизма 40, поэтому белый кусок кварца беспрепятственно проходит в концентрат- ный приемник 39.

Для исключения ошибок в начале анализа кусков в сепараторе предусмотрены эле0 менты 36, 37, 34, 35. Суть их работы заключается в том, что после появления куска в зоне осмотра фотоприемника 15

(фИГ. 4, IJ21. txl, tx2, U21, tx3,tx4; U21, tx5, tx6;

U21, tx, txs) сигналам с выходов компараторов 24, 25 разрешается проходить через элемент И 35 только после того, как появятся первые импульсы с синхродатчиков 19, 20. При появлении куска в зоне осмотра фотоприемника 15 появляется сигнал с элемента 31, свидетельствующий о наличии куска (фИГ. 4, U21, tx), tx2: U21. tx3, tx4, U21, tx5,

tx6; U21, tx7, txe). Блок 31 из аналогового сигнала ячейки 23 памяти формирует сигнал с нормированной амплитудой и крутыми фронтами (фиг. 4, Uzi). В качестве блока 31 можно использовать компараторы, триггеры Шмидта и т.п. По переднему фронту этого сигнала триггеры 36, 37 устанавливаются в нулевое положение. Затем первый импульс с синхродатчика 19 ставит триггер 36 в положение 1, а первый импульс с синхродатчика 20 ставит триггер 37 в положение 1. После набора всех трех 1 на выходе элемента И 34 появляется сигнал 1, который разрешает проходить сигналам с элемента ИЛИ 27 на блок 33 управления исполнительным механизмом. Например, в начале анализа белого куска на интервале t2-t3 в ячейку 26 памяти запишется сигнал, а в ячейке 23 памяти сигнал еще нулевой Вследствие этого на выходе компаратора 25 появится ложный сигнал (фиг. 4, U25, ti, ta). Но этот сигнал не совпадает по времени своего появления с сигналом с выхода элемента И 34 (фиг. 4,1)з4. ), поэтому он не проходит через элемент И 35 и соответственно на блок 33 управления исполнительным механизмом.

При появлении в зоне осмотра фотоприемника 15 красного куска (фиг. 4, Uis. tx3, tx4) его световой поток через выводы 13-3 и 13-4 в конечном итоге проникает через фильтры 17 и 18. Но в отличии от белого куска световой поток от красного куска фильтрами 17, 18 поглощается по-разному Так, через красный фильтр 17 световой поток проходит с незначительным ослаблением, а через синий фильтр 18 - со значительным. Поэтому амплитуда впадин сигнала усилителя УРКУ 21 значительно меньше половины амплитуды его гребней (фиг. 4, 1)21, tx3, tX4), так как амплитуда впадин формируется световым потоком, прошедшим через синий фильтр, который для красного куска сильно последним ослабляется. Такое соотношение амплитуд впадин и гребней приводит к тому, что сигнал с выхода задатчика 6 больше по амплитуде, чем амплитуда сигнала с выхода ячейки 22 памяти (фиг 4. Ue, tn, tX4, U22, tn, tx/i) Это приводит к появлению сигнала с выхода компаратора 24 который проходит иерез

элементы 27, 35 и 33 на исполнительный механизм 40 и включает его. Красный кусок попадает в хвостовой приемник 38, Сигнал с выхода задатчика 8 больше, чем сигнал с

выхода ячейки 23 памяти, что исключает появление сигнала с выхода компаратора 25. Этот компаратор срабатывает при появлении синих кусков,

При появлении в зоне осмотра фотопри0 емника 15 синего куска (фиг. 4, Uis, txs.txe) его световой поток через выводы 13-3 и 13-4 в конечном итоге проникает через фильтры 17 и 18 Но в отличие от красного куска световой поток от синего куска через

5 красный фильтр 17 проходит со значительным ослаблением, а через синий фильтр 18 - с несущественным ослаблением. Поэтому амплитуда впадин значительно больше половины амплитуд его гребней, так как ам0 плитуда впадин формируется световым потоком, прошедшим через синий фильтр 18, который для синего куска практически им не ослабляется красным фильтром Такое соотношение амплитуд впадин и гребней приво5 дит к тому, что сигнал с выхода задатчика меньше по амплитуде сигнала с выхода ячейки 22 памяти (фиг 4, Ue, tx5,-tx6, U22, ). Поэтому на выходе компаратора 24 сигнал не появляется (фиг 4, U24, txs-txe). Но

0 так как амплитуда сигнала с выхода задатчика 8 также меньше сигнала с ячейки 22, то на выходе компаратора 25 появится сигнал (фиг. 4, U25, ). который через элементы 27, 35, 33 включит исполнительный меха5 низм 40 отдувающий синий кусок в хвостовой приемник 38.

При появлении в зоне осмотра белого куска с локальным черным вкраплением сопутствующего минерала (фиг. 2, фиг. 4, Ui5,

0 tx7-txe) при анализе полос 1, 2 (фиг. 2) на выходе усилителя УРКУ 21 амплитуда гребней равна половине амплитуд впадин (фиг 4, U2i t36. ts), что соответствует информации о наличии белой поверхности. На

5 полосе 2 выводы 13-3, 13-4 открыты, а на выходе усилителя УРКУ 21 будет наблюдаться гребень амплитуда которого пропорциональна ОС полосы 2 на двух участках спектра (фиг 4 1)21 1.37). При анализе поло0 сы 3 вывод 13-3 закрыт (фиг. 2) и на выходе усилителя УРКУ 2 1 появится впадина (фиг. 4, U21. tss) с амплитудой, пропорциональной ОС полосы 3 на спектральном участке синего фильтра 18 Но так как в данном случае

5 черное локальное вкрапление уменьшает ОС полосы 3 то амплитуда впадины IJ21 в момент г пв меньше амплитуды впадины при анализе белой полосы (фиг. 4, 1)21. tse). Поэтому на отрезке времени амплитуда сигнала на выходе задатчикэ 6 больше

амплитуды сигнала U23, что приводит к появлению сигнала на выходе компаратора 25 (фиг. 4, Das, tae) Этот сигнал проходит через элементы 27, 34, 33 на исполнительный механизм 40, который отдувает кусок с локальным вкраплением сопутствующего минерала в хвостовой приемник.

Сравнение отражательных способностей смежных и близко стоящих друг относительно друга полос сепарируемого куска (фиг. 2) позволяет исключить влияние траектории его полета через зону осмотра. Это происходит потому, что расстояние от фотоприемника до каждой из смежных полос практически не различаются Поэтому более точное сравнение ОС смежных полос позволило предлагаемому сепаратору обнаруживать вкрапления в 5-10 раз меньше по размерам, нежели у прототипа

Частота модуляции светового потока, проникающего через вывод 13-3 на фотоприемник 15, выбирается исходя из реальной геометрии фотометрической камеры и скорости полета куска. При этом частота модуляции должна быть не меньше величины, при которой расстояние от фотоприемника 15 до смежных полос отличается не более чем на 0,5-1 %. В этом случае влияние траектории полета кусков на точность сравнения отражательных способностей смежных полос практически не сказывается

При появлении в зоне осмотра куска сопутствующего минерала серого цвета на выходе компараторов 24, 25 сигналов не появится. Это происходит потому, что серый кусок имеет такое же отношение ОС для разных участков спектра, что и белый Единственным отличием серого куска от белого является меньшая ОС.

Для обнаружения серых кусков используются компаратор 26, задатчики 7, 9, амплитудный детектор 29. ключ 30 формирователь 15 прямоугольных импульсов и блок АРУ 32. Обнаружение серых кусков происходит таким образом, что в периоды, когда в зоне зрения нет кусков, ключ 30 сигналом блока 31 открыт Это позволяет амплитудному детектору 29 записывать сигнал с выхода усилителя УРКУ 21 Он в данном случае соответствует световому потоку, идущему от осветителя 12 через вывод 13-1 световода, и в конечном итоге попадает на фотоприемник 15, а оттуда на усилитель УРКУ 21, Величина светового потока от осветителя 12 выбирается из условия, при котором амплитуда пульсаций сигнала фотоприемника 15 равна удвоенной амплитуде шумов фотоприемника 15 при его работе в темноте (т.е. без засветки). Этого вполне достаточно, чтобы проводить стабилизацию светочувствительности сепаратора и практически не увеличивать шумы фотоприемника от засветки. Величина светового потока от осветителя 12 подбира- ется необходимым сечением вывода 13-1. Стабилизация светочувствительности сепаратора происходит таким образом, что сигнал с амплитудного детектора 29 поступает на блок АРУ 32, который вырабатывает сиг0 нал управления коэффициентом усиления УРКУ 21. Причем, чем больше сигнал амплитудного детектора 29 по сравнению с заданным значением сигнала задатчика 9, тем больше сигнал с блока АРУ 32 и тем меньше

5 коэффициент усиления УРКУ 21. В конце концов на выходе амплитудного детектора 29 установится сигнал, практически равный по амплитуде сигналу с задатчика 9. При воздействии отрицательных факторов (ста0 рение или загрязнение осветителя 12, фотоприемника 15) блок АРУ удерживает заданное значение сигнала на выходе амплитудного детектора 29, так как удерживается заданная светочувствительность сепарато5 ра

В периоды нахождения кусков в зоне осмотра фотоприемника 15 сигнал блока 31 закрывает ключ 30 а на амплитудном детекторе 19 сохраняется ранее записанный сиг0 нал, который проходит на прямой вход компаратора 26, а на его инвертирующий вход проходит заданная часть сигнала с выхода ячейки 23 памяти Задатчик 7 при про- бросе белых кусков устанавливают в такое

5 положение, при котором сигнал на инвертирующем входе компаратора 26 больше сигнала на его прямом входе на 5% Это исключает появление сигнала на выходе компаратора 26 и срабатывание исполни0 тельного механизма 40 При пролете же серых кусков, ОС которых меньше на 5% и более процентов ОС белого куска, сигнал на прямом входе компаратора 26 становится больше сигнала на его инвертирующем вхо5 де. Это приводит к появлению сигнала компаратора 26 и к срабатыванию исполнительного механизма 40, который отдувает серый кусок в хвостовой приемник 38. Для исключения влияния загрязнения и

0 старения фотоприемника 15 и осветителя 12 используется блок АРУ 32. А для устранения влияния этих же факторов на точность измерения размеров кусков используются задат- чик 5, стабилизатор 10 освещенности,

5 амплитудный детектор 28 и линия 4 задержки. Это происходит таким образом, что сигнал с выхода фотоприемника плоского светового луча 3, максимальные амплитудные значения которого пропорциональны световому потоку источника 2 плоского светового луча,- попадает на амплитудный детектор 28. Последний запоминает максимальные амплитудные значения входящего на него сигнала. Стабилизатор 5 освещенности сравнивает амплитуду сигнала амплитудного детектора 28 с амплитудой сигнала задатчика 5, Если амплитуда сигнала амплитудного детектора 28 больше (меньше) амплитуды сигнала задатчика 5, то стабилизатор 10 уменьшает (увеличивает) напряжение источника 2 плоского светового луча 2 до тех пор, пока амплитуды не уравняются. Линия 4 задержки при пролете куска формирует сигнал, пропорциональный его размерам. Для устранения постоянного смещения на выходе фотоприемника 3 линия задержки оснащена дифференциальным усилителем 4-а. При отсутствии кусков на обоих входах дифференциального усилителя 4-а амплитуды сигналов одинаковы, поэтому на входе узла 4-6 задержки сигнал равен нулю. При появлении куска сигнал на выходе фотоприемника 3 уменьшается пропорционально размерам куска, а на входе фотоприемника 3 остается сигнал, предшествующий куску В результате этого на выходе дифференциального усилителя 4-6 (а через заданное время и на выходе линии 4 задержки) появится сигнал, пропорциональный размеру куска, Этот сигнал благодаря следящему воздействию стабилизатора 10 освещенности на напряжение питания источника 2 не зависит от степени загрязненности источника 2 и фотоприемника 3 или их старения.

Формула изобретения Устройство управления выделением цветных минералов, содержащее фотометрическую камеру, выполненную из осветителя и фотоприемника, перед которым размещены фильтры, перед каждым фильтром размещены первый и второй выводы световода, элемент ИЛИ и блок управления исполнительным механизмом, отличающееся тем, что. с целью повышения точности выделения цветных минералов, в него введены источник и приемник плоского Светового луча, амплитудные детекторы, стабилизатор освещенности, задатчики, линия задержки, установленная в зоне осмотра фотоприемника, светопоглощающая камера, усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, ячейки памяти, компараторы, установленные между собой на расстоянии, соответствующем половине периода модуляции, синхродатчики, формирователь прямоугольных импульсов, ключ,

блок регулировки усилителя, триггеры, элементы И и оптический модулятор, при этом выход фотоприемника плоского светового луча соединен непосредственно с первым входом линии задержки и через первый амплитудный детектор с вторым входом линии задержки и первым входом стабилизатора освещенности, второй вход которого соединен с выходом первого задатчика, выход стабилизатора освещенности подключен к

источнику плоского светового луча, причем оптический модулятор установлен между вторым выводом световода и вторым оптическим фильтром, выход фотоприемника соединен с первым входом усилителя с

регулируемым коэффициентом усиления, второй вход которого соединен с выходом линии задержки и с выходом блока регулировки усилителя, выход усилителя с регулируемым коэффициентом усиления соединен

с сигнальными входами ячеек памяти и ключа, управляющие входы ячеек памяти соединены с выходами синхродатчиков, выход первой ячейки памяти соединен с первыми входами первого и второго компараторов,

выход второй ячейки памяти через соответствующие второй, третий и четвертый задатчики подключен к вторым входам первого и второго компараторов и к первому входу третьего компаратора и через формирователь прямоугольных импульсов к R-входам триггеров, первому входу первого элемента И и информационному входу ключа, S-входы триггеров соединены с выходами соответствующих синхродатчиков, а выходы триггеров соединены с вторым и третьим входами первого элемента И, выход которого подключен к первому входу второго элемента И, выход ключа через второй амплитудный детектор соединен с вторым входом третьего

компаратора и с первым входом блока регулировки усилителя, второй вход которого соединен с .пятым задатчиком, выходы компараторов соединены с входами элемента ИЛИ, выходы которого соединены с вторым

и третьим входами второго элемента И, который соединен с блоком управления испол- нительным механизмом, светодиод выполнен с третьим выводом, который направлен на светопоглощающую камеру.

Синхродатчик 14 Синхродатчих 13

вывод 8 - J выбод 8-4

Мотор модулятора 9

AUCK модулятора 9

Оптический фильтр 11 Оптический (ри-льтр 72

Фотоприёмик fO

Изобретение относится к разделению предметов по цвету и м.б. использовано для покусковой сепарации полезных ископаемых. Цель - повышение точности выделения цветных минералов. Устр-во состоит из фотометрической камеры, выполненной из осветителя 12 и фотоприемника (ФП) 15, перед которым размещены фильтры 17 и 18, элемента ИЛИ 27 и блока 33 управления исполнительным механизмом (ИМ) 10. Перед каждым фильтром размещены выводы 13- 1 - 13-4 световода 13. Дополнительно устр- во снабжено источником 2 и ФП 3 плоского светового луча, амплитудными детекторами 28 и 29, стабилизатором 10 освещенности, задатчиками 5-9, установленной в зоне осмотра ФП 15 линией 4 задержки, светопог

Локальное Вкрапление (черное)

белый кусок к&арца.

Риг.З

Вы&од 8-3 закрыт Сигнал синхродатчика f3 робеи, Сигнал синхродатчика Мравен ,, f

выводы 8-3,8-4 открыты(

Сигнал синхродатш/ка 13 рабен., t Си г на/i синхродатчим 1ч равен. О