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DE1598841A1 - Einrichtung zum Analysieren und/oder Trennen von Gemischen - Google Patents

Einrichtung zum Analysieren und/oder Trennen von Gemischen

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Publication number
DE1598841A1
DE1598841A1 DE19651598841 DE1598841A DE1598841A1 DE 1598841 A1 DE1598841 A1 DE 1598841A1 DE 19651598841 DE19651598841 DE 19651598841 DE 1598841 A DE1598841 A DE 1598841A DE 1598841 A1 DE1598841 A1 DE 1598841A1
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DE
Germany
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radiation
mixture
substances
energy levels
different
Prior art date
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Pending
Application number
DE19651598841
Other languages
English (en)
Inventor
Slight David Laurie
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NAT RES DEV
Original Assignee
NAT RES DEV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NAT RES DEV filed Critical NAT RES DEV
Publication of DE1598841A1 publication Critical patent/DE1598841A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • B07SEPARATING SOLIDS FROM SOLIDS; SORTING
    • B07CPOSTAL SORTING; SORTING INDIVIDUAL ARTICLES, OR BULK MATERIAL FIT TO BE SORTED PIECE-MEAL, e.g. BY PICKING
    • B07C5/00Sorting according to a characteristic or feature of the articles or material being sorted, e.g. by control effected by devices which detect or measure such characteristic or feature; Sorting by manually actuated devices, e.g. switches
    • B07C5/34Sorting according to other particular properties
    • B07C5/346Sorting according to other particular properties according to radioactive properties
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/02Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material
    • G01N23/06Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material and measuring the absorption
    • G01N23/083Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material and measuring the absorption the radiation being X-rays
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
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    • G01N23/12Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material and measuring the absorption the material being a flowing fluid or a flowing granular solid

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Description

PATE] STTA NTTALT
Dipl. ing. R. HOLZEB 89 AUGSBURG
IILIFON, 11373
Augsburg, den 22. Februar 1965
National Hesearch Development Corporation, 1, Tilney Street, London W. 1, England
Einrichtung zum Analysieren und/oder Trennen von Gemischen
Die Erfindung betrifft Sinriehtusgen bzw. Verfahren zum Analysieren und/oder Trennen von Stoffen und insbesondere von mehrere Bestandteile enthaltenden. Gemischen.
Sie beruht auf der Tatsache, daß die meisten, wenn nicht sogar alle Elemente innerhalb eine« bestimmten Strahlungsenergiebereichee für die Jeweilige Strahlung Jeweils verschiedene Absorptionekoeffieienten (und vermutlich auch verschiedene Beflexionskoeffizienten) haben. Eine wesentliche Eigenschaft
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der Erfindung ist, daß untereinander verschiedene Stoffe trotz jeweils unterschiedlicher Dicke und unterschiedlicher Masse voneinander unterschieden werden können.
Die Erfindung beinhaltet demgemäß eine Einrichtung zum Analysieren und/oder Trennen von Gemischen aus jeweils mindestens zwei Stoffen mit unterschiedlichem Verhalten gegenüber einfallender, ionisierender Strahlung und die Erfindung ist durch eine das Stoffgemisch bestrahlende Bestrahlungseinrichtung, welche eine, mehrere Energiestufen enthaltende oder umfassende Strahlung liefert, ferner durch eine diese Strahlung in jeweils mindestens zwei ihrer Energiestufen nach ihrem Durchgang durch bzw. ihrem Einfall auf das Stoffgemisch messende Meßeinrichtung und durch eine von dieser Meßeinrichtung beeinflußte oder gesteuerte Auswerteinrichtung zur Anzeige der Gemischzusammensetzung und/oder zur Bestimmung und/oder zur Unterscheidung und/oder zur Aussortierung mindestens eines Gemischanteiles in Abhängigkeit von den diesen Energiestufen jeweils zugeordneten Meßergebnissen gekennzeichnet. Die notwendige Strahlungsenergie kann dabei den gewünschten Energiestufenbereich im wesentlichen kontinuierlich ausfüllen, wobei dann die den gewünschten Energiestufen jeweils entsprechenden Meßergebnisse von einem, dem kontinuierlichen Strahlungsenergiebereich entsprechenden Meßergebnis durch Rechnung abgeleitet werden.
Ö 0 9 öl 6 /~0 9 7 S
Die Strahlungsenergie kann jedoch auch von mehreren Quellen jeweils unterschiedlicher Gammastrahlung geliefert werden, deren Anzahl der Zahl der zu analysierenden oder auszusondernden Stoffe mindestens gleich ist. Die gewünschte Anzahl unterschiedlicher Strahlungen kann aber auch von einer einzigen Gamma-Strahlungsquelle geliefert werden, welche in verschiedenen Spektrumsbereichen strahlt. · ^
Die Ausgangssignale der Meßeinrichtung können erfindungsgemäß auf diese verschiedenen Energiestufen ansprechenden Analysatoren zugeführt werden, deren Ausgangssignale ihrerseits mit Normalsignalen verglichen werden, so daß einer oder mehrere Stoffe des Gemisches bestimmt oder die Gemischzusammensetzung bzw. die Gemischzusammensetzungen angezeigt werden können.
Die Erfindung hat außerdem eine Einrichtung zur Überwachung a und/oder Bestimmung der Zusammensetzung von im wesentlichen homogenen Gemischen aus einzelnen Stoffen im Rahmen von Verfahrensvorgängen zu» Gegenstand und ist durch eine das bewegte Gemisch bestrahlende, eine mehrere ünergiestufen enthaltende oder umfassende Strahlung liefernte Bestrahlungseinrichtung, wobei die Anzahl dieser Energiestufea von der Anzahl der in dem zu untersuchenden GeKisch e&thaltenen Stoffe abhängt, ferner durch eine
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diese Strahlung nach ihrem Durchgang durch bzw. ihrem Einfall auf das Gemisch messende Meßeinrichtung, weiter durch eine Vergleichseinrichtung, in welcher die Meßergebnisse bei den bestimmten Energiestufen mit Meßergebnissen verglichen werden, die einer Normal-Gemischzusammensetzung entsprechen, und schließlich durch eine auf die Übereinstimmung oder einen Unterschied der beiden Meßergebnisse ansprechende Anzeigeeinrichtung gekennzeichnet.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird in einer Einrichtung zum Aussondern eines oder mehrer Stoffe aus einem Gemisch von Stoffen mit unterschiedlichem Verhalten gegenüber einfallender ionisierender Strahlung das Gemisch mittels einer Fördereinrichtung durch einen Strahlungsbereich einer mehrere Energiestufen liefernden Bestrahlungseinrichtung geführt und die Strahlung nach Durchgang durch bzw. Einfall auf das Gemisch bezüglich mindestens zweier Energiestufen gemessen. Die Meßergebnisse werden einer Vergleichseinrichtung zugeführt, in welcher sie entsprechend den unterschiedlichen Energiestufen mit Normal-Meßergebnissen verglichen werden. Im Zuge des Stofflusses ist der Bestrahlungseinrichtung eine Aussonderungseinrichtung nachgeschaltet, welche abhängig von Signalen der Vergleichseinrichtung gesteuert wird und welche denjenigen Stoff bzw. diejenigen Stoffe
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aussondert, für welchen bzw. für welche Übereinstimmung mit bzw. Verschiedenheit von, dem jeweiligen Stoff zugeordneten Normalsignalen festgestellt worden ist.
Die Aussonderungseinrichtung kann elektromechanisch gesteuerte Roststäbe aufweisen, welche jeweils abhängig von den Ausgangssignalen der Vergleichseinrichtung bestimmte Stoffe aussortieren oder durchlassen. Sollen zwei oder mehrere Stoffe voneinander,oder von einem oder mehreren anderen Stoffen getrennt werden, so sind gemäß der Erfindung mehrere Aussonderungseinrichtungen hintereinandergeschaltet, von denen jede durch auf verschiedene Stoffe bezogene Ausgangssignale der Vergleichseinrichtung gesteuert ist, so daß durch Betätigung dieser verschiedenen Aussonderungseinrichtungen eine {Trennung eines Gemisches in seine einzelnen Stoffe vorgenommen wird.
Schließlich wird durch die Erfindung ein Verfahren zur Analysierung und/oder Trennung von Gemischen aus mindestens zwei Stoffen mit jeweils unterschiedlichem Verhalten gegenüber einfallender, ionisierender Strahlung vorgeschlagen, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß das Gemisch einer mehrere Energiestufen enthaltenden oder umfassenden Strahlung ausgesetzt wird, daß ferner diese Strahlung nach ihrem Durchgang durch "bzw. ihrem Einfall auf das Gemisch im Rahmen der verschiedenen Energiestufen gemessen
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wird, welch letztere so gewählt werden, daß sich für mindestens einen Stoff des Gemisches bezüglich dieser Energiestufen unterschiedliche Meßergebnisse ergeben, daß weiter zwecks Bestimmung der Zusammensetzung des Stoffgemisches diese Meßergebnisse mit bekannten Meßwerten verglichen werden, welche jeweils einem der Stoffe des Gemisches oder einem bestimmten Stoff entsprechen, und daß schließlich der jeweils ermittelte Stoff bzw. die jeweils festgestellten Stoffe von dem Rest des Gemisches getrennt werden.
Die Erfindung wird im folgenden durch die beispielsweise Beschreibung einiger ihrer Ausführungsformen anhand der zugehörigen Zeichnungen im einzelnen erläutert. Es stellen dar:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer
Einrichtung zum Aussondern eines Stoffes aus einer Mischung mit einem anderen Stoff, beispielsweise von Kies aus einem Gemisch von Kies und Kreide, so daß eine kiesfreie Kreide die Einrichtung verläßt,
Figur 2 die schematische Darstellung einer Röntgenstrahlungsquelle, einer Fördereinrichtung und einer Meßeinrichtung in einer Ausführungsform der Erfindung zur Analysierung oder Überwachung des Flusses eines Gemisches aus Feststoffen,
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- 6 - BAD ORIGINAL
,' IP?'''S
Figur 3 eine Ausführungsform der erfindungs-
gemäBen Einrichtung für einen Pulveroder Aufschlammungsstrom, dessen Zusammensetzung überwacht oder angezeigt werden soll, und
Figur 4 ein Blockschaltbild einer erfindungsge
mäßen Einrichtung zum Analysieren oder Trennen von mehr als drei Stoffen aus einem Gemisch mit einem weiteren Stoff.
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Wie in Figur Λ der Zeichnungen angedeutet ist, kann ein Gemisch mindestens zwei Stoffe Mx, und Mp enthalten und dieses Gemisch wird in der aus Figur 1 ersichtlichen Weise durch eine Fördereinrichtung 1 angeliefert, so daß es einen Eöntgenstrahl kreuzt, welcher von einer in einem Gehäuse 2 angeordneten Röntgenröhre über einen Kollimator 3 ausgesandt wird. Der Kollimator liefert einen flachen Strahl, welcher breit genug ist, um die ganze Breite der Fördereinrichtung zu bestrahlen. Derartige Rönt-. genstrahlungsquellen sind bereits bekannt. Sie können auch pulsierend ausgebildet sein. Die von dem Kollimator austretende Strahlung muß nun mindestens zwei Energiestufen umfassen, welche von einem aus dem Gemisch auszusondernden Stoff derart absorbiert werden, daß das Verhältnis von in nachgeschalteten Meßeinrichtungen
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auftretenden Meßergebnissen bezüglich der beiden Energie stufen in Gegenwart des einen Stoffes merklich von demjenigen Verhältnis der LCeßergebnisse verschieden ist, welche in Gegenwart des bzw. irgendeines anderen Stoffes auftreten.
Über die Breite des Röntgenstrahles sind in bestimmten Abständen voneinander mehrere Szintillationsmeßeinrichtungen 4-verteilt. Jede dieser Szintillationsmeßeinrichtungen enthält einen an sich bekannten Szintillationszähler 5· Doch können diese Szintillationsmeßeinrichtungen und die zugehörigen Szintillationszähler auch durch Proport^onalzähler ersetzt werden, wenn dies wünschenswert ist. Außerdem kann, wie weiter unten noch näher erläutert wird, der Strahlungsstrahl geregelt werden, um Überlastungen der Szintillationsmeßeinrichtungen zu vermeiden.
Die von .jedem Zähler abgenommenen Signale werden einem Impulsanalysator 6 zugeführt, welcher seinerseits einen Verstärker enthält. Die Signale werden hier aufgeteilt und in zwei Kanäle A und B eingespeist. Jeder dieser Kanäle ist mit jeweils einem Integrator 7 A bzw. 7B, welche beispielsweise Integratoren mit einer Diodenpumpe sind, und jeweils einem Gleichstromverstärker 8A bzw. 8B verbunden. Die Integration wird über bestimmte Zeitabschnitte vorgenommen, welche von einem Start/Stop-Zeitgeber 9 vorgegeben werden, und die Ausgangssignale werden schließlich
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in ein polarisiertes Relais 10 oder eine ähnliche Einrichtung eingespeist.
Von einem der Kanäle A oder B des Impulsanalysators 6 wird außerdem ein Regelsignal abgenommen, welches über einen Integrator zur Rückkoppelungsregelung einer Leistungsquelle 14 zugeführt wird, wodurch der an die Röntgenröhre gelieferte Strom derart geregelt wird, daß der Röhrenstrom für hohe Zählgeschwindigkeiten verringert und für niedrige Zählgeschwindigkeiten vergrößert wird. Dies bedeutet praktisch, daß der Röhrenstrom auf Null geregelt wird, wenn sich beispielsweise Luft im Strahlengang befindet und daß der Röhrenstrom für dünne Stoffstücke niedrig gehalten wird, während er für dicke Stücke des Stoffes entsprechend erhöht wird, so daß die Meßeinrichtungen nicht überlastet werden.
Das polarisierte Relais 10 kann auf einen Gleichgewichtspunkt eingestellt sein, so daß beim Vorhandensein eines Stückes des auszusondernden Stoffes im Strahlungebereich dieses Relais anspricht und eine elektromechanische oder eine pneumatische Betätigungseinrichtung 11, erforderlichenfalls über einen Verstärker 12, einschaltet, wodurch ein Roststab 13 einer Aussonde rungseinrichtung gegen Abklappen verriegelt wird, wenn ein Stück des betreffenden Stoffes auf ihn trifft. Die Betätigung des Relais 1C bewirkt also, daß ein Stoff aus dem gesamten herabfallenden '
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Stoffluß ausgesondert wird, während die anderen Stoffstücke die Roststäbe einfach niederdrücken und daher durchfallen können.
Ist das durch die Fördereinrichtung 1 angelieferte otoffgemisch, wie "bereits gesagt, ein Gemisch aus Kreide und Eies, so kann die Einrichtung so eingestellt werden, daß der Kies derjenige Stoff ist, welcher eine Verriegelung der Roststäbe bewirkt, so daß der Kies aus dem angelieferten Kreide-Stoffluß ausgesondert wird.
Erforderlichenfalls können auch mehrere Meßanordnungen und/oder Sortiereinrichtungen vorgesehen sein.
Die in Figur 2 der Zeichnungen abgebildete Einrichtung ist in ähnlicher Weise mit einem Impulsanalysator und mit Integratorschaltungen ausgerüstet wie die in Figur 1 der Zeichnungen gezeigte Einrichtung, doch werden die Ausgangssignale der Integratoren einer •Anzeigeeinrichtung oder dergl. zugeleitet, so daß die Zusammensetzung des gesamten Stofflusses überwacht oder angezeigt werden kann.
Bei der in Figur 3 der Zeichnungen gezeigten Einrichtung ist die für feste Stoffe bestimmte Fördereinrichtung nach Figur 2 der Zeichnungen durch einen Kanal mit rechteckigem Querschnitt ersetzt,
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durch, welchen eine flüssige Aufschlämmung oder mittels Luftstrom gefördertes Pulver geführt werden kann. Die Zusammensetzung des Pulvers oder der Aufschlämmung kann, wie ohne weiteres ersichtlich ist, mittels dieser Einrichtung angezeigt, überwacht oder analysiert werden. Bei den in den Figuren 2 und der Zeichnungen dargestellten erfindungsgemäßen Einrichtungen enthält das Ausgangssignal der Ee f? einrichtung einen gewissen a Überlagerungsanteil, welcher von der Gegenwart des Förderbandes . *" oder der Kanalwandung im Strahlengang herrührt.
■■»,» «ι*
Jeder der Szintillationszählerausgänge kann mit einem ihm zugeordneten Analysator verbunden sein, so daß alle Stäbe der Aussonderungseinrichtung der in Figur 1 der Zeichnungen abgebildeten Anordnung jeweils über einzelne zugehörige Schaltkreise von den ihnen jeweils zugeordneten Zählern gesteuert werden. Die Anzahl der über die Breite der Fördereinrichtung verteilten Zähler ist selbstverständlich nicht begrenzt. Auch sind der Breite der f Fördereinrichtung keine festen (frenzen gesetzt, jedoch bereitet es einige Schwierigkeiten, mittels einer einzigen Röntgen-Btrahlungsquelle einen Strahl der erforderlichen Breite zu erzeugen und es kann daher notwendig sein, mehr als eine einzige Strahlungsquelle vorzusehen, doch müssen diese Strahlungsquellen dann im wesentlichen gleich sein. Je kleiner außerdem die Szintillationsmeßeinrichtungen und die zugehörigen Zähler sind,
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desto empfindlicher arbeitet die Einrichtung hinsichtlich der Größe der einzelnen Stoffstücke, doch ist auch hier eine gewisse Grenze gesetzt, da die gesamte Anordnung mit steigender Anzahl der Zähler verwickelter wird, da jedem Zähler ein eigener Analysatorkreis zur Steuerung einer Aussonderungseinrichtung oder einer Überwachungseinrichtung zugeordnet werden muß.
In Figur 4- der Zeichnungen ist eine erfindungsgemäße Einrichtung abgebildet, mittels welcher eine Vielzahl von Stoffen bestimmt und/oder analysiert werden kann. Auch hier sind die einzelnen Teile der Anordnung nur dem System nach dargestellt und jedem Zähler muß selbstverständlich eine gleiche Schaltung zugeordnet werden. Eine Röntgenstrahlung ist von einer Strahlungsquelle 20 aus auf Zähler 21 gerichtet, welche Szintillationszähler oder Proportionalzähler sein können. Die Ausgangssignale jedes Zählers werden jeweils einem linearen Verstärker 22 zugeführt, von welchem zwei Ausgangssignalgruppen mit jeweils unterschiedlicher Impulshöhe abgenommen werden können, welche ihrerseits in Analysatoren 23A und 23B eingespeist werden. Jede Signalgruppe wird hierauf in Diodenpumpen enthaltenden Integratoren 24A und 2A-B über mindestens einen Zeitraum von solcher Länge integriert, daß sich ein statistischer Wert ergibt und die so gebildeten Signale werden einer einfachen Form eines Analogrechners 25 zugeleitet. In dem Analogrechner 25 kann der Rechenvorgang beispielsweise so vor
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sich, gehen, daß die Ladezeiten zur Ladung von Kondensatoren bekannter Größe auf vorbestimmte Spannungen bestimmt werden und ein Signal gebildet wird, welches dem Verhältnis derartiger Ladezeiten für die beiden, aus den genannten Kanälen eingespeisten Signale entspricht und welches einem Informationsspeicher 26 zur Speicherung der Meßwerte für jeden Stoff oder jedes Stoffstück zugeleitet wird. Das dem Zeitverhältnis entsprechende Signal kann jedoch auch mit Kormal-Zeitverhältnissen verglichen werden. Auf diese Weise kann jeder Stoff bzw. jedes Stoffstück bestimmt oder analysiert werden.
Jeder Zähler liefert also eine Reihe Informationen bezüglich jedes StoffStückes, welches zwischen ihm und der Röntgenstrahlungsquelle vorbeiwandert. Diese Gruppe von Informationen wird analysiert und ermöglicht die Bestimmung des betreffenden StoffStückes. Soll jedoch, eine Stoffanalyse durch eine solche Einrichtung erreicht werden, so ist es wesentlich, daß das zu untersuchende Gemisch homogen ist. Diese Forderung ist jedoch weitgehend von der "
Empfindlichkeit abhängig, mit welcher die Einrichtung arbeiten soll. Besteht das zu untersuchende Gemisch, aus mehreren Gemischbestandteilen, so ist es notwendig, daß die Zahl der Energiestufen der verwendeten Strahlung und daher die Anzahl von Kanälen für die verschiedenen Impulse der Anzahl der Gemischbestandteile zumindestens gleich ist. Die Aufgabe des Rechners ist es dann, die Menge eines jeden im Stoffluß vorhandenen Gemischbestandteiles
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BAD ORIGINAL
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anzuzeigen oder fortwährend festzustellen. Auch kann die erfindungsgemäße Einrichtung dazu verwendet werden, einen bestimmten Stoff oder "bestimmte Gemischbestandteile zu suchen und ihre Gegenwart zu signalisieren. Die erfindungsgemäße Einrichtung kann dann sogar die jeweils vorhandenen Mengen messen.
Gemäß einer weiteren Abwandlung der Erfindung kann eine Einrichtung, welche der in Figur 4- der Zeichnungen gezeigten Einrichtung ähnlich ist, dazu verwendet werden, ein Gemisch aus mehr als zwei Gemischbestandteilen zu trennen. Die Anordnung zum Aussortieren ist hierbei ähnlich ausgebildet wie bei der in Figur 1 der Zeichnungen gezeigten erfindungsgemäßen Einrichtung, jedoch sind nun so viele Aussonderungseinrichtungen vorgesehen, wie Bestandteile aus dem Gemisch ausgesondert werden sollen. Die zusätzlichen Aussonderungseinrichtungen, welche jeweils ähnlich wie die Aussonderungseinrichtung nach Figur 1 eine Vielzahl gesteuerter Roststäbe enthalten, sind im Zuge des Stofflusses •hintereinandergeschaltet, wobei jeweils eine Aussonderungseinrichtung senkrecht unterhalb der anderen angeordnet ist. Wenn Stücke des Gemisches durch den Strahlungsbereich wandern, nimmt der Rechner die Ausgangssignale jedes Zählers auf und erzeugt mittels bekannter Verknüpfungsschaltungen Kennsignale, welche eine Verriegelung eines bestimmten Roststabes bzw. bestimmter Roststäbe einer Aussonderungseinrichtung bewirken, so daß der
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BAD ORlGiMAL
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gewünschte, auszusondernde' Stoff abgelenkt wird. Der verriegelte Roststab stellt also sicher, daß ein bestimmtes Stoffstück auf der richtigen Höhe aus dem Stoffluß ausgesondert wird.
Aus obigem ergibt sich, daß mittels der soeben beschriebenen Einrichtung Stoffgemische getrennt werden können, welche nach Belieben auf große Breite oder in einem sehr schmalen Fluß angeliefert werden. Ist nur ein sehr geringer Durchsatz erforderlich, so kann man selbstverständlich dafür sorgen, daß Jedes einzelne Stück des Gemisches durch denselben Strahlungsabschnitt wandert, so daß nur ein einziger Zähler und eine zugehörige L'eß- und Auswertschaltung erforderlich ist. Liefert die Strahlungsauelle eine veränderliche Ausgangsamplitude, so kann die Einrichtung selbstverständlich auf den für einen von vielen Gemischbestandteilen vorteilhaftesten Wert eingestellt werden. Dadurch, daß bezüglich der einzelnen Energiestufen innerhalb eines weiten Spektrumsbereiches gearbeitet wird, kann jedes Stoffgemisch auf die Gegenwart bestimmter Gemischbestandteile untersucht werden.
Ein vorteilhafter Bereich für die Energiestufen, welche in dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. in der erfindungsgemäßen Einrichtung Verwendung finden, ist ungefähr 10 keV bis 100 keV.
- 15 _
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1fr
Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf Anordnungen beschränkt, bei welchen die einzelnen Stoffe eines zu untersuchenden Gemisches einen Strahlungsbereich vollständig durchqueren. Ist insbesondere die Meßeinrichtung derart gestaltet, daR sie Wirkungen feststellt, welche von der Reflexion der auf die Stoffe fallenden Strahlung hervorgerufen werden, so kann es notwendig und wünschenswert sein, daß die Stoffe nur einen Teil der Tiefe des Strahlungsbereiches durchwandern, d. h. daß sie nur in den Strahlungsbereich hineinwandern.
Um die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Einrichtungen besser v&rstehen zu können, muß man von der Grundgleichung für die Absorption von Röntgen- oder anderer Strahlung ausgehen. Diese lautet:
I0 e
hierbei bedeuten:
I = Intensität der den Stoff verlassenden Strahlung, I » Intensität der einfallenden Strahlung, ^= Absorptionskoeffizient des Stoffes und χ = Dicke des Stoffes.
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0098 16/0975 b*.o original
Außerdem ist bekannt, daß ^t für einen bestimmten Stoff keine Konstante ist, sondern sich mit den Energiestufen der verwendeten Strahlung ändert.
Wird daher eine im wesentlichen konstante Gemischzusammensetzung durch die erfindungsgemäße Einrichtung geleitet, so können von der Intensitätsmessung der den Körper verlassenden Strahlung bei zwei Energie stufen mittels der Meßeinrichtung, des Verstärkers und des Analysators zwei Signale abgeleitet und der Rechenanlage zugeführt werden, welche folgenden Werten proportional sind:
I1 - I01 e -^1X (1)
T2 = 1OZ θ V*2X (2)
Die Rechenanlage kann die Gleichung (1) nach einem Wert von χ auflösen, wobei sie ein LL* einer Normal-Mischung bei der betreffenden Energiestufe verwendet und der errechnete Wert von χ wird dann in Gleichung (2) eingesetzt, welche hierauf nach (Ju aufgelöst wird. Ist der errechnete Wert von fju dem Absorptionskoeffizienten der Normal-Mischung bei der betreffenden Energiestufe gleich, so ist die zu untersuchende Mischung ebenfalle normal; ist der errechnete Wert dem Normal-Wert nicht gleich, so entspricht auch die zu untersuchende Mischung nicht der Normal-Mischung. Der. Ausgang der Rechenanlage kann daher zur Anzeige der
BADORiGfNAL -V- 009816/0975
Übereinstimmung oder der Verschiedenheit bezüglich einer Kormal-Mischung verwendet werden. Aus obigem ist ersichtlich, daß das Rechenergebnis der Rechenanlage von der Dicke des Stofflusses unabhängig ist.
Ist es jedoch erwünscht, in einem Gemisch aus Stoffen, welches beispielsweise aus einer Anzahl von Stoffen mit bekannten, den verschiedenen Energiestufen zugeordneten Absorptionskoeffizienten besteht, den Anteil jedes Gemischbestandteiles unabhängig von seiner Dicke festzustellen, so werden wieder dieselben Messungen ausgeführt wie für das oben angegebene Beispiel. Die Rechenanlage löst dann die parallel auftretenden Gleichungen in derselben '.'/eise, außer daß sie die Rechnung wiederholt, wenn der Jtfert ic-, bei dem letzten Vergleich nicht mit dem bekannten Wert übereinstimmt, wobei nun ein neuer Wert U^y welcher einem anderen Stoff entspricht, zum Ausgangspunkt der Rechnung genommen wird. Ist eine Gleichheit des Wertes mit dem bekannten Wert erzielt, so ist der Stoff bestimmt und außerdem gleich auch seine Dicke berechnet, was beispielsweise für Gehaltsanzeigen, bei Qualitätskontrollen oder für Aussonderungsvorgänge von Vorteil sein kann.
Soll gemäß einer weiteren Anwendungsmöglichkeit der Erfindung der Anteil von mindestens zwei Stoffen eines Gemisches herausgefunden werden, so werden Messungen bei zwei oder mehreren Energiestufen ausgeführt, deren Anzahl jedenfalls der Anzahl der in dem
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BAD 009816/G97S
Gemisch enthaltenen Stoffe gleich ist* Die sich hieraus ergebenden, einander entsprechenden Grleiöhungen werden in der Rechenanlage aufgelöst und dadurch die Anteile der verschiedenen Stoffe bestimmt.
■'i ■' ': :
Es sei darauf hingewiesen, daß die Ansprechgeschwindigkeiten der verschiedenen Teile der oben beschriebenen Schaltung ausreichend groß ist, daß alle für den Betrieb der erfindungsgemäßen Einrichtung erforderlichen Operationen in der Zeit ausgeführt werden können, in welcher ein Stoffstück der geringsten wirksamen Ausdehnung unter dem Einfluß der Schwerkraft durch einen Strahlungsbereich vergleichbarer Dicke fällt. Die erfindungsgemäße Einrichtung ist daher außerordentlich anpassungsfähig uöd vielseitig anwendbar.
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BAD

Claims (23)

Patentansprüche
1. Einrichtung zum Analysieren und/oder Trennen von Gemischen aus jeweils mindestens zwei Stoffen mit unterschiedlichem Verhalten gegenüber einfallender, ionisierender Strahlung, gekennzeichnet durch eine das Stoffgemisch bestrahlende Bestrahlungs-
_ einrichtung (2, 3), welche eine, mehrere Energiestufen enthaltende oder umfassende Strahlung liefert, ferner durch eine diese Strahlung in jeweils mindestens zwei ihrer Energiestufen nach ihrem Durchgang durch, bzw. Einfall auf das Stoffgemisch messende Meßeinrichtung (4, 5) und durch eine von dieser Meßeinrichtung beeinflußte oder gesteuerte Auswerteinrichtung (6, 7A, 8A, 7B, 8B, 10 bzw. 22, 23A, 24A, 23B, 24B, 25, 26 und 11, 12, 13) zur Anzeige der Gemischzusammensetzung und/oder zur Bestimmung und/oder zur Unterscheidung und/oder zur Aussortierung mindestens eines Gemischanteiles in Abhängigkeit von den diesen Energiestufen jeweils zugeordneten
P Meßergebnissen.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlung von einer Röntgenstrahlungsquelle (2) geliefert wird.
3. Einrichtung nach Anspruch. 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlung von einer Gamma-Strahlungsquelle (2) geliefert wird.
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4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daP die Strahlungsquelle (2) eine den Energie Stufenbereich im wesentlichen kontinuierlich ausfüllende Strahlung liefert und daß die Meßeinrichtung (4, 5) mittels eines Analysators von einem, diesem kontinuierlichen Strahlungsenergiebereich entsprechenden Meßergebnis jeweils den gewünschten Energiestufen entsprechende Iv'eßergebnisse ableitet.
5. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 35 dadurch gekennzeichnet, daß die Bestrahlungseinrichtung (2, 3) unterschiedliche Gammastrahlungen liefert, deren Zahl der Anzahl der verschiedenen zu analysierenden und/oder zu trennenden Stoffe mindestens gleich ist.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die unterschiedlichen Gamma-Strahlungen von einer einzigen Strahlungsquelle (2) geliefert werden, welche beispielsweise in mehreren Spektrumsbereichen strahlt*
7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlung der Bestrahlungseinrichtung (2, 3) auf die Meßeinrichtung (4, 5) gerichtet ist und daß die zu untersuchenden Stoffe (M., Mp) derart geführt sind, daß sie durch stärkere oder schwächere Strahlungsabsorption die gesamte, auf die Meßeinrichtung fallende Strahlung beeinflussen.
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8. Einrichtung nach einem· der Ansprüche 1 bis 7> gekennzeichnet durch eine das zu untersuchende Stoffgemisch durch den Strahlungsbereich der Bestrahlungseinrichtung (2, 3) führende Fördereinrichtung (1 bzw. 14).
9. Einrichtung nach Anspruch 8, für pulverförmige, aufgeschlämmte oder dergl. 8-i-offgemische, dadurch gekennzeichnet, da£ die Fördereinrichtung einen Kanal (14) aufweist, auf dessen einer Seite die Bestrahlungseinrichtung (2, 3) angeordnet ist und auf dessen gegenüberliegender Seite sich die Meßeinrichtung (4, 5) befindet (Figur 3).
10. Einrichtung nach Anspruch 8 oder 9i dadurch gekennzeichnet, daß die I.'eßeinrichtung (4, 5) eine Anzahl von Meßeinheiten enthält, die über die Breite der das zu untersuchende Stoffgemisch unregelmäßig zuführenden Fördereinrichtung verteilt sind.
11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (4,5) bzw. die einzelnen Meßeinheiten jeweils einen Szintillationszähler (4) enthalten.
12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (4, 5) bzw. die einzelnen Meßeinheiten jeweils einen Proportionalzähler enthalten.
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13· Einrichtung nach-einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale der Meßeinrichtung (4, 5) bzw. der einzelnen Meßeinheiten «jeweils in eine auf die verschiedenen Energiestufen ansprechende Recheneinrichtung (7A, 8A, 7B, 8B, bzw. 23A, 24A, 23B, 24B) eingespeist werden, deren Ausgang bzw. deren jeweilige Ausgänge.an eine Vergleichseinrichtung (10 bzw.26) angeschlossen ist bzw. sind, in welcher die betreffenden Ausgangs- ä signale mit Normalsignalen oder miteinander verglichen werden.
14. Einrichtung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch eine im Zuge des Stofflxisees der Bestrahlungseinrichtung (2, 3) nachgeschaltete Aussonderungseinrichtung (11, 13), welche von den Ausgangssignalen der Vergleichseinrichtung (10 bzw. 26) gesteuert ist und denjenigen Stoff bzw. diejenigen Stoffe aussondert, bei welchem bzw. bei welchen Übereinstimmung mit bzw. Verschiedenheit von den dem jeweiligen Stoff zugeordneten Im ο rmal Signalen festge- j stellt worden ist.
15· Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussonderungseinrichtung elektromechanisch (11) gesteuerte Roststäbe (13) aufweist, welche abhängig von den Ausgangssignalen der Vergleichseinrichtung (10 bzw. 26) jeweils bestimmte Stoffe aussortieren oder durchlassen.
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16. Einrichtung nach. Anspruch 14 oder 15, dadurch, gekennzeichnet, daß mehrere Aussonderungseinrichtungen hintereinandergeschaltet sind, deren jede von auf verschiedene Stoffe bezogenen Ausgangssignalen der Vergleichseinrichtung gesteuert ist, so daß durch Betätigung dieser verschiedenen Aussonderun°;seinrichtungen eine Trennung des Gemisches in seine einzelnen Stoffe vorgenommen fe wird.
17· Einrichtung zur Überwachung und/oder Bestimmung der Zusammensetzung von im wesentlichen homogenen Gemischen aus einzelnen Stoffen im Rahmen von Verfahrensvorgängen, gekennzeichnet durch eine das bewegte Gemisch, bestrahlende, eine mehrere Energiestufen enthaltende oder umfassende Strahlung liefernde Bestrahlungseinrichtung, wobei die Anzahl dieser Energiestufen von der Anzahl der in dem zu untersuchenden Gemisch enthaltenen Stoffen abhängt, ferner durch eine diese Strahlung nach ihrem Durchgang " durch bzw. Einfall auf das Stoffgemisch bei mindestens zwei der genannten Energiestufen messende Meßeinrichtung, weiter durch eine Vergleichseinrichtung, in welcher die Meßergebnisse bei den bestimmten Energiestufen mit Meßergebnissen verglichen werden, die einer Normal-Gemischzusammensetzung entsprechen, und schließlich durch eine auf die Übereinstimmung der beiden Meßergebnisse ansprechende Anzeigeeinrichtung.
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18. Verfahren zum Analysieren und/oder Trennen von Gemischen aus mindestens zwei Stoffen mit jeweils unterschiedlichem Verhalten gegenüber einfallender, ionisierender Strahlung, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch einer, mehrere Energiestufen enthaltenden oder umfassenden Strahlung ausgesetzt wird, daß ferner diese Strahlung nach ihrem Durchgang durch bzw. Einfall auf das Gemisch im Rahmen der verschiedenen Energiestufen gemessen wird, welch letztere so gewählt werden, daß sich für mindestens einen Stoff des Gemisches bezüglich dieser Energiestufen unterschiedliche Meßergebnisse ergeben, daß weiter zwecks Bestimmung der Zusammensetzung des Stoffgemisches diese Meßergebnisse mit bekannten Meßwerten verglichen werden, welche jeweils einem der Stoffe des Gemisches oder einem bestimmten Stoff entsprechen und daß schließlich der jeweils bestimmte Stoff bzw. die jeweils bestimmten Stoffe von dem Rest des Gemisches getrennt werden.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch einer Röntgenstrahlung ausgesetzt wird.
20. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch einer Gammastrahlung ausgesetzt wird.
21. Verfahren nach Anspruch 20* dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der verschiedenen Energiestufen der verwendeten
BAD0RfGiNAL, ; 009816/097 5 ' ,,, ;,: j,
Strahlung der Zahl der verschiedenen zu analysierenden oder auszusondernden Stoffe zumindestens gleich ist.
22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiedenen Energiestufen der Gammastrahlung von verschiedenen Strahlern erzeugt werden.
23. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiedenen Energiestufen durch einen beispielsweise in verschiedenen Spektrumsbereichen strahlenden Gammastrahler erzeugt werden.
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