专利名称：用于分析材料的方法和设备的制作方法
用于分析材料的方法和设备发明领域本发明总的涉及用于分析材料的方法和设备。本发明应用于、但不是排它性应用于确定材料中组分的浓度，并因此确定材料的经济价值。本发明应用于、但不是排它性应用于确定开采的矿石中组分例如金属的浓度，并因此确定矿石例如铁矿石的经济价值。
背景技术：
有各种各样的方法和装置可用来分析材料。
除了其它要求，具体方法或装置的选择还取决于可以在给定的时间中加以分析的材料的量。
例如，透射电子显微镜(TEM)在材料性能表征中是有价值的手段，但是样品分析是缓慢的过程。典型地，材料的样品必须制备成薄得足以让电子束可穿透。虽然通过TEM 分析可以获得高程度的信息，但是在单日内可以制备和分析的样品数非常有限。此外，TEM 分析的成本过高。
在大体积的材料需要被进行性能表征的情况下，需要高通量的分析方法和装置。 这类应用的实例是废物回收利用，其中，例如玻璃需要与金属和塑料区别开。
另一个实例涉及性能表征采矿所得材料。在这方面，用于对开采出的材料的颗粒进行分析的一种方法公开在授予Slight的美国专利3，655，964中。
该方法包括将开采的材料传输通过在χ-辐射发生源与一系列χ-辐射检测器之间的间隙中两个能级的χ-辐射场；以及确定透射通过开采材料的χ-辐射的强度。
在检测器处获得关于一个能级上的透射χ-辐射的强度的数据，并将所述数据与已知材料的已知X-辐射吸收系数结合使用，以确定已知材料的标称厚度。然后，结合在另一个能级上的透射X-辐射的检测器处获得的数据来使用所确定的厚度，以计算矿石的 X-射线吸收系数。将计算出的系数对照在另一个能级上的已知材料的已知系数进行比较。 如果计算出的X-辐射吸收系数与已知材料的已知系数对应，则将开采出的材料鉴别为已知材料。如果计算出的X-辐射吸收系数不与已知材料的已知系数对应，则用其它已知材料的替代X-辐射吸收系数重复该过程，直至发现匹配。
该方法要求保护的优点是在材料性能表征中不再要考虑颗粒的厚度。
本申请人已经认识到这个方法的问题在于Slight公开的方法有局限性，并且在实践中不可能实现。具体在于 1. Slight设想的单能量X-辐射束在实践中不能获得或是不可能的，并且忽视了线束硬化和线束散射的影响，而这些影响导致不可能对性能表征作出准确的评定。
2.使用脉冲高度分析器不可能对以大于lm/s的速度通过检测器计数器的颗粒进行操作。因此，这大大限制了该方法的通量能力。
3.来自单个能量源、顺序布置的能量源或顺序布置的检测计数器的脉动能级的具体化设计不能确保在各个能级上分析相同段和取向的颗粒。这引入了分析误差，并在高速 /高通量应用中随着颗粒位置、取向和轨迹的改变更显著而特别明显。
另外，申请人已经发觉Slight没有公开如何通过Slight公开的分析方法来确定材料组分的浓度。
本发明的目的是提供改进的用于分析材料的方法。
发明内容
本发明提供改进的用于分析材料的方法，所述方法使得可以在要求高速和高通量的应用中确定材料的组分的浓度。
具体地说，本申请人已经确定，将铁矿石的颗粒暴露于包含一定范围内的能量的 X-辐射并测量两个或更多个能级或能量范围内的透射X-辐射的强度，能够以高速和高通量能力确定颗粒中材料组分的浓度。申请人还已经确定，以高速和高通量能力能够基于颗粒内的组分浓度来执行分类。
本发明提供了用于分析包含组分的材料的颗粒的方法，方法包含下述步骤 (a)将材料的颗粒暴露于具有一定范围内的X-辐射能量的X-辐射下； (b)检测透射穿过颗粒的两个不同能级或两个不同能量范围内的X-辐射强度；和 (c)根据相应检测出的强度确定颗粒中存在的组分的浓度。
基于这种方法，矿石例如含铁矿石和含贱金属和贵金属的矿石诸如含铜、镍、金、 钼和银的矿石的材料分析更为准确，因为降低了由可变的非组成参数(例如矿石颗粒的厚度、孔隙度、形状和尺寸)所引入的矿石浓度等级计算中的误差。
方法中将材料暴露于χ-辐射的步骤(a)可以包括在50kV至400kV的电压下操作 X-辐射源。
检测χ-辐射强度的步骤(b)可以包括检测在两个不同的、非重叠的能量范围中的 X-辐射强度。
确定组分浓度的步骤(C)可以包括通过使用不同能级或不同能量范围处的检测强度和至少一个常数执行数值计算，来计算参数，即指示出组分浓度的值(以下称为“值” 而不是“参数”)，其中选择所述至少一个常数以便降低材料厚度对计算的值的影响。
因为检测的辐射强度与相应的不同能级或能量范围相关联，所以强度典型地对辐射透射穿过的材料的厚度有不同的依赖性。选择至少一个常数来减少颗粒的非组成参数的变动对计算的值的影响，并因此本发明的实施方案具有显著的实用优势，即计算的值和材料浓度的相关信息的准确度提高。
可以选择所述至少一个常数，使得计算的浓度在比方说5-15mm、5-25mm、l-25mm 乃至l-50mm的厚度范围内，很大程度上与材料的非组成参数无关。
计算值的步骤可以包括形成与检测出的第一和第二辐射强度相关联的第一和第二量的比率，所述第一和第二辐射强度与第一和第二能级或第一和第二能量范围相关，从而减少非组成参数例如颗粒厚度和孔隙度、取向、位置和密度对浓度计算的影响。
一个能量范围可以是较低能量范围，而另一个能量范围可以是较高能量范围。能量范围可以是重叠范围。能量范围也可以是非重叠范围。
方法可以包括将颗粒相对于辐射源和用于检测第一和第二辐射强度的检测器移动。
可以实施方法，使得基本上实时地计算值。因此，则可以基本上实时地提供关于组分的浓度的信息。
计算出的值可以指示矿石的等级，例如铁矿石等级。
计算值的步骤可以包括计算第一量与第二量的比率，所述第一量是与第一能级或第一能量范围相关联的检测出的第一强度I1的函数，而第二量是与第二能级或第二能量范围相关联的检测出的第二强度I2的函数。
值可以是下述比率的值
权利要求
1.一种用于分析包含组分的材料的颗粒的方法，所述方法包含下列步骤(a)将材料的颗粒暴露于具有一定范围内的χ-辐射能量的χ-辐射下；(b)检测透射穿过颗粒的两个不同能级或两个不同能量范围的χ-辐射强度；和(c)根据相应检测出的强度确定颗粒中存在的组分的浓度。
2.权利要求1所述的方法，其中，将材料暴露于辐射下的步骤(a)包括在50kV至400kV 的电压下操作χ-辐射源。
3 权利要求1或权利要求2所述的方法，其中，检测χ-辐射强度的步骤(b)包括检测两个不同的、非重叠能量范围中的χ-辐射强度。
4.前述权利要求中任一项所述的方法，其中，确定组分的浓度的步骤(c)包括通过使用在不同能级或不同能量范围下检测出的强度和至少一个常数执行数值计算，来计算指示组分的浓度的值，并且选择所述至少一个常数以便减少材料的厚度对计算的值的影响。
5.权利要求4所述的方法，包括选择所述至少一个常数，使得计算出的浓度在很大程度上与材料的非组成参数无关。
6.权利要求4或权利要求5所述的方法，其中，计算所述值包括计算与检测出的第一和第二辐射强度有关的第一和第二量的比率，所述第一和第二辐射强度与第一和第二能级或第一和第二能量范围相关联，从而减少非组成参数例如颗粒厚度和孔隙度、取向、位置和密度对浓度计算的影响。
7.权利要求4至6中任一项所述的方法，其中，计算所述值包括计算第一量与第二量的比率，所述第一量是与第一能级或第一能量范围相关联的检测到的第一强度I1的函数，且第二量是与第二能级或第二能量范围相关联的检测到的第二强度I2的函数。
8.权利要求4至7中任一项所述的方法，其中，计算所述值包括计算如下比率is)+b~/ Kk-方程式1其中k是第一常数，b是第二常数，以及Itl指示出材料暴露下受到的辐射强度。
9.权利要求4至8中任一项所述的方法，包括通过分析不同材料组成物的第一和第二强度对厚度和孔隙度的依赖性，根据经验确定所述至少一个常数，所述不同材料组成物诸如不同等级的矿石。
10.权利要求4至9中任一项所述的方法，包括通过显示数据的数值计算来确定所述至少一个常数。
11.前述权利要求中任一项所述的方法，其中，检测两个不同能级或能量范围下的 χ-辐射强度的步骤(b)包括对透射穿过每个颗粒的χ-辐射的强度进行多次测量。
12.权利要求1至10中任一项所述的方法，其中，检测两个不同能级或能量范围的 χ-辐射强度的步骤(b)包括沿着每个颗粒的长度并跨其宽度对透射穿过每个颗粒的χ-辐射的强度进行多次测量；以及确定组分的浓度的步骤(c)进一步包括将步骤(b)中的测量值取平均，以确定并对每个颗粒的浓度取平均。
13.前述权利要求中任一项所述的方法，其中，将颗粒暴露于χ-辐射的步骤(a)包括将颗粒以至少5m/s传送通过χ-辐射束。
14.前述权利要求中任一项所述的方法，其中，将颗粒暴露于χ-辐射的步骤(a)包括以至少IOOtph的通量传送颗粒。
15.一种用于处理与材料的组成相关联的数据的方法，包括根据相对于χ-辐射检测器检测到的透射穿过基本上相同体积的材料的辐射强度来计算值，以获得关于材料的组成的信息，所检测到的辐射强度是透射穿过材料的辐射的强度并与相应的不同能级或能量范围相关联，并且计算所述值还包括利用至少一个常数执行数值计算，选择所述至少一个常数以便减少材料的非组成参数对计算出的值的影响。
16.一种用于分析包含组分的材料的颗粒的设备，包括(a)χ-辐射源，用于产生至少第一和第二能级或第一和第二能量范围内的χ-辐射束；(b)检测器，用于检测由χ-辐射源产生的χ-辐射；(c)传送装置，用于相对于χ-辐射源传送材料的颗粒，使得颗粒在所述χ-辐射源和检测器之间通过；和(d)用于根据检测出的第一和第二能级或第一和第二能量范围的χ-辐射来确定每个颗粒中组分的浓度的装置。
17.权利要求16所述的设备，其中，浓度确定装置适合通过根据由检测器检测出的 χ-辐射强度来计算值，从而确定浓度。
18.权利要求16或权利要求17所述的设备，其中，所述检测器包括χ-辐射传感器的两个阵列，其中，各个阵列都被构造用于检测不同能级或不同能量范围的χ-辐射。
19.权利要求18所述的设备，其中，χ-辐射传感器的各个阵列都被布置为使得在使用中穿过颗粒的相同X-辐射束照射到各个阵列中相应的X-辐射传感器上。
20.权利要求16或权利要求17所述的设备，其中，检测器包括χ-辐射传感器的两个阵列以及两个滤光片，所述两个滤光片分别位于X-辐射源和X-辐射传感器的各阵列之间， 并且所述滤光片均适合于使得不同能级或不同能量范围的X-辐射能够透射到相应的阵列上。
21.一种用于指令计算机的计算机程序，所述计算机程序被安排为使得当加载在计算机中时，所述计算机按照用于分析材料的组成的方法运行，所述方法包含下列步骤根据检测出的辐射强度来计算值，以获得关于材料的组成的信息，所述辐射强度是透射穿过材料的辐射的强度并与相应的不同能级或不同能量范围相关联，并且计算所述值还包括利用至少一个常数执行数值计算，选择所述至少一个常数使得减少材料的非组成参数对所计算的值的影响。
22.权利要求21所述的计算机程序，其中，计算所述值的方法步骤包括计算第一和第二量的比率，所述第一和第二量分别同与相应的第一能级和第二能级或能量范围相关联地检测到的强度相关联。
23.权利要求21或权利要求22所述的计算机程序，其中，计算所述值的方法步骤包括生成第一量与第二量的比率，所述第一量是与第一能级或能量范围相关联的检测出的第一强度I1的函数，而所述第二量是与第二能级或能量范围相关联的检测出的第二强度I2的函数，并且所述至少一个常数可以是两个常数之一。
24.权利要求23所述的计算机程序，其中，所述值是下述比率的值
其中k是第一所选常数，b是第二所选常数，以及Itl指示出材料暴露下受到的辐射强度。
25.计算机，其被安排用于接收来自权利要求21至对任一项中所述的计算机程序的指令。
全文摘要
本发明公开了一种用于分析包含组分的材料的颗粒的方法。该方法包括下列步骤将材料颗粒暴露于具有一定范围内的x-辐射能量的x辐射，检测透射穿过所述颗粒的两个不同能级的x-辐射强度，以及根据检测出的强度确定组分的浓度。
文档编号G01N23/06GK102187206SQ200980141603
公开日2011年9月14日 申请日期2009年9月8日 优先权日2008年9月8日
发明者安德烈·加布里埃尔·皮得考克, 罗宾·格林伍德-史密斯, 特雷弗·霍伊尔 申请人:技术资源有限公司