BRPI0711390A2 - sistema analisador de material a granel - Google Patents
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Abstract
SISTEMA ANALISADOR DE MATERIAL A GRANEL. A presente invenção refere-se a um sistema de análise de material a granel em tempo real para analisar as características elementares de material a granel que passa pelo sistema em uma correia transportadora móvel que compreende uma fonte de iluminação (50) que emite luz branca para excitar o material a granel (30) a ser analisado e um espectrómetro de formação de imagem hiper-espectral (20) para capturar a refletãncid espectral do material a granel excitado pela fonte de iluminação.
Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "SISTEMA ANALISADOR DE MATERIAL A GRANEL". DESCRIÇÃO
Referência Cruzada aos Pedidos Relacionados
Este pedido reivindica a prioridade do pedido de patente euro- péia número 06405196.4, depositada em 10 de maio de 2006, que se en- contra incorporado no presente documento a título de referência em sua to- talidade.
Antecedentes da Invenção
A presente invenção refere-se a um sistema de análise de mate rial a granel em tempo real para analisar as características elementares de material a granel que é transportado em uma correia transportadora.
As correias transportadoras são amplamente usadas para trans- portar materiais a granel, tais como Calcário, Bauxita, minério de Cobre, mi- nério de Zinco, minério de Chumbo, minério de Ferro, Sílica, rocha de Fosfa- to, Potassa, Argila, Terras Raras, materiais de Sucata, Giz, Carvão e coque, Alumina, Marga, Pirita, Cinza Volante, etc. Uma correia transportadora con- siste em duas polias de extremidade com uma correia contínua que gira em torno das mesmas em um laço interminável contínuo. As polias são aciona- das, movendo-se a correia e um material a granel carregado na correia para frente em velocidades fixas ou variáveis. Certas aplicações industriais reque- rem a análise da composição exata ou média do material a granel que é transportado nas correias transportadoras a partir de um ponto de processo a outro.
Os materiais a granel são, geralmente, caracterizados por seus estados de matéria-prima (pré-misturados) ou que seguem um procedimento de mistura (mistura física de matérias-primas de componente) através de um sistema que proporcionar alimentadores provenientes de caixas ou silos que contêm características composicionais relativamente homogêneas.
Tradicionalmente, a análise dos componentes de matéria-prima ou de materiais misturados foi realizada extraindo-se amostras e transpor- tando-as manualmente ou através de um sistema de transporte e amostra- gem pneumátíco "pós-tubo" automático até um laboratório central onde os mesmos são submetidos à análise. Os resultados são, então, comunicados em uma variedade de meios para ajustar proporções para se obter, por e- xemplo, uma receita de mistura desejada.
Esta disposição, embora proporcione altas precisões, não pode atender as necessidades de análises em tempo real para controle rápido e em tempo real, à medida que o tempo requerido para amostragem, separa- ção, transporte, preparação e análise pode variar em um mínimo de alguns minutos a uma hora ou mais. Durante este atraso, os materiais que' se mo- vem rápido representados pela amostra analisada passaram por muitos pon-. tos de controle e ajustes que são, então, produzidos em resposta aos resul- tados da análise das amostras, podem ser inadequados ou simplesmente muito tarde para ações corretivas adotadas.
A solução básica almejada pela indústria de processamento de material a grar*sl consiste em analisar os materiais à medida que eles pas- sam ou são expostos de alguma forma aos sistemas analíticos, enquanto os materiais permanecem tanto física como quimicamente inalterados e pas- sam de maneira ininterrupta em seus leitos situados na correia transportado- ra móvel. Nenhuma tentativa de interromper ou de outro modo reduzir a ve- locidade da correia transportadora para acomodar meramente a análise é geralmente desejada nem permitida como uma restrição necessária na per- missão da produção e processamento em tais ambientes de produção. Técnica Anterior
Alguns métodos para obter formas de óxido e, desté modo, ele- mentares dos constituintes químicos dos diversos materiais brutos ou mistu- rados foram colocados na prática atual. Entretanto, eles são limitados em números nos termos de aplicação prática e fazem, principalmente, uso de sistemas de ativação de nêutron. Estes sistemas autodenominados Análise por Ativação Neutrônica Gama Pronta (PGNAA) requer isótopos radioativos para fluxo de nêutron, tal como o isótopo de Califórnio, Cf252, ou um (tubo) gerador de nêutron. Os sistemas de ativação de nêutron aplicam uma técni- ca potencialmente perigosa para humanos que requer uma blindagem cui- dadosa permanente protetora para humanos através da exposição direta ou indireta e substituições de tubo gerador ou isótopo muito dispendiosas. A meia vida curta de Cf252 de apenas aproximadamente dois anos e meio e o requerimento de substituição de geradores de tubo de nêutron, normalmen- te, a cada ano e meio, representa tanto custo de manutenção dispendiosos bem como dificuldades para convencer as autoridades da segurança no transporte e operação de ambas as fontes de nêutron. Ademais, a radiação gama resultante dos materiais a granel analisados, que é causada pela ati- vação de nêutron dos núcleos dos materiais irradiados, representa pèrigos à saúde e ambientais adicionais.
Outras técnicas que foram tentadas, tal como sistemas de raios- X de alta potência ou sistemas de difração de raios-X, também requerem aderência estrita para as autoridades reguladoras locais. Em alguns locais, a presença de tais dispositivos é completamente proibida.
O documento 2003/0123056 descreve uma matriz de instrumen- tos de formação de formação de imagem hiper-espectral para explorar in- formações de assinatura de formação de imagem multiespectral, hiper- espectral e ultra-espectral e não-imagem detalhadas. Isto é realizado em tempo real a fim de identificar as características espectrais exclusivas do alvo. A matriz de instrumentos contém pelo menos um sensor hiper- espectral mecanicamente integrado instalado em uma estrutura de hardware fixa ou móvel e co-visado com uma câmera digital similarmente montada, fonte de luz visível calibrada, fonte térmica calibrada e fonte fluorescente calibrada em um pequeno ponto no alvo. O alvo é movido ao longo da ma- triz, permitindo que a matriz efetue a coleta de dados espectrais radiometri- camente corrigidos absolutos contra o alvo em resoluções espaciais e es- pectrais altas.
O documento US2004/232339 descreve uma estação de traba- lho de formação de formação de imagem hiper-espectral que inclui tanto os sensores UV 15 como VNIR em conjunto em um único invólucro. Cada sen- sor captura uma imagem de um alvó ou espécime, que resulta nos respecti- vos conjuntos de dados UV e VNIR que são, então, unidos em um único conjunto de dados hiper-espectrais que incluem uma banda espectral contí- gua altamente correlacionada ao longo de uma faixa de 200 a 1000 nanôme- tros.
O documento W02006/054154 descreve um aparelho e um mé- todo para identificar e classificar as partículas alvo que usam espectroscopia de refletância na faixa espectral visível (VIS) no infravermelho próximo (NIR). Em uma versão, um aparelho de formação de imagem hiper-espectral é usado para identificar e classificar as partículas alvo dentro de um lote de partículas, sendo que o aparelho compreende uma bandeja para suportar o lote de partículas, meios de nivelamento para nivelar o lote de partículas em substancialmente uma camada única, um sistema de varredura hiper- espectral para varrer o lote de partículas, para produzir uma imagem hiper- espectral do lote de partículas, um classificador para determinar as coorde- nadas de pixel de partículas alvo na imagem hiper-espectral, os meios de conversão para converter as coordenadas de pixel em coordenadas, globais das partículas alvo na bandeja e os meios de extração de partícula alvo para escolher as partículas alvo com base nas coordenadas globais calculadas e para transferir as partículas alvo escolhidas para uma disposição de arma- zenamento.
O documento W020041106874 descreve um aparelho e um mé- todo para medição foto-elétrica. O aparelho compreende um único ou uma pluralidade de dispositivos de conversão foto-elétrica, de preferência, sen- sores) de matriz, tais como, CCD, CIVIOS, CID e similares, um sistema óp- tico que é modularmente expansível em um eixo geométrico oifuma plurali- dade de eixos, a fim de adquirir a radiação eletromagnética a partir de uma linha ou área com qualquer tamanho desejado em um objeto, com qualquer resolução desejada, onde o dito sistema óptico separa, de preferência, a dita radiação eletromagnética modularmente em uma pluralidade de segmentos menores e projeta a radiação eletromagnética que corresponde aos ditos segmentos menores sobre a dita única ou uma pluralidade de dispositivos de conversão foto-elétrica individuais e sensores eletrônicos relacionados ao(s) dito(s) dispositivo(s) de conversão foto-elétrica que permitem que o modo de operação e a funcionalidade do(s) dito(s) dispositivo(s) de conver- são foto-elétrica sejam definidos e alterados em tempo real, de modo que as funções, tal como a seqüência de leitura de pixels e a flexibilidade ilimitada de compartimento de pixel em duas dimensões sejam completamente pro- gramáveis e o(s) dito(s) dispositivo(s) de conversão foto-elétrica possam o- perar e/ou ser controlados de maneira independente e/ou simultânea.
À medida que os espectrômetros de formação de imagem hiper- espectral não podem penetrar em profundidade, a formação de imagem hi- per-espectral não foi considerada um meio prático para análise de máterial a granel elementar em tempo real. Sumário da Invenção
Portanto, é um objetivo da presente invenção proporcionar um sistema de análise de material a granel em tempo real para analisar a carac- terística elementar de material a granel variável que passa de maneira de- sobstruírja e não perturbada sob ou através de uma matriz detectora, sendo que o dito sistema de análise compreende uma fonte não perigosa de exci- tação.
O sistema de análise de material a granel em tempo real inventi- vo compreende uma fonte de emissão de luz branca consistente de ilumina- ção para excitar o material a granel e um espectrômetro de formação de i- magem hiper-espectral para capturar a refletância espectral do material a granel exposto à luz branca.
O uso de técnicas hiper-espectrais leva em conta a caracteriza- ção através de diversas versões de refletância ou absorção através de lüz branca, tais como, porém não limitadas, ao NIR de comprimentos de onda variáveis, técnicas de laser (LIBS = Espectroscopia de Plasma Induzida por Laser) através do uso de
(a) uma fonte de luz,
(b) uma matriz de feixe que separa e coleta os componentes espectrais que usam retículos de colimação, detectores térmicos ou gerado- res de plasma, e
(c) uma matriz de detectores dentro de espectrômetros robustos pequenos para proporcionar uma assinatura espectral.
O material a granel é excitado ao ser iluminado com luz direta- mente sobre o material a granel a partir de uma fonte de luz que pode ser ajustada em diferentes freqüências, a fim de aumentar adicionalmente a formação de imagem do material a granel fazendo com que o material a granel reflita ou absorva a luz em comprimentos de onda característicos e identificáveis.
Em construções de estocagem, a saída do triturador secundário é, em geral, aproximadamente homogênea. Portanto, com o sistema de aná- lise de material a granel em tempo real inventivo, o material a granel pode ser analisado sem expor o material ou o ambiente à radiação perigosa, co- mo seria o caso em sistemas profundos ou completamente penetrantes.
Alguns dos principais benefícios do sistema de análise de mate- rial a granel em tempo real inventivo são representados por
um custo müito maisjDaixo de aquisição (espera-se que o preço para usuário final seja aproximadamente 25% do nêutron convencional, isto é, PGNAA, analisadores on-line),
a manutenção relativamente baixa e a facilidade de uso e con- trole à medida que nenhuma especialidade técnica seja requerida para colo- car em operação ou uso em uma base regular,
seu baixo custo total de propriedade graças a sua simplicidade, robustez e facilidade de uso,
sua versatilidade devido à conseqüência natural da identificação de um grande número de elementos diferentes pode ser medidâ simultanè- amente de maneira qualitativa e quantitativa,
sua natureza não perigosa, à medida que nenhuma fonte de sis- tema de ativação de raios-X ou nêutron é usada para excitar o material a ser analisado,
sua robustez (adequada para ambientes de usina de produção adversos). Isto ocorre porque os dispositivos de formação de imagem hiper- espectral foram alojados e embalados para suportarem as severidades dos ambientes espaciais, temperaturas extremas e todas as variedades de cli- mas em locais relacionados terrestres, aéreos e espaciais desprotegidos, e
sua portabilidade à medida que nenhuma blindagem extensiva é requerida devido à ausência de qualquer fonte de excitação perigosa. Breve Descrição dos Desenhos
Alguns dos recursos, vantagens e benefícios da presente inven- ção foram estabelecidos, outros se tornarão aparentes à medida que a des- crição procede quando tomados em conjunção com os desenhos em anexo, em que:
A Figura 1 mostra esquematicamente uma vista lateral' de um sistema de análise de material a granel inventivo:
A Figura 2 mostra esquematicamente uma vista superior do sis- tema de análise de material a granel da Figura 1,
A Figura 3 mostra uma tomada a curta distância aumentada da vista superior do sistema de análise de material a granel da Figura 2 que mostra esquematicamente uma fenda de enfada de^espectrômetro de for- mação de imagem hiper-espectral, e
A Figura 4 mostra esquematicamente a conversão da varredura esférica unidimensional para a imagem esférica/espectral bidimensional e para a assinatura espectral.
Descrição das Modalidades Preferidas
A presente invenção será mais completamente descrita daqui por diante com referência aos desenhos em anexo que ilustram as modali- dades preferidas da invenção. Esta invenção pode ser, entretanto, incorpo- rada de muitas formas diferentes e não deve ser construída de modo qufe limite as modalidades estabelecidas no presente documento. De preferência, estas modalidades são proporcionadas de modo que esta descrição seja acabada e completa e conduza o escopo da invenção para aqueles versa- dos na técnica. Os números similares referem-se a todos elementos simila- res.
Conforme mostrado na Figura 1, o sistema de análise de materi- al a granel inventivo compreende um espectrômetro de formação de imagem hiper-espectral 20 que é instalado em cima de uma correia transportadora móvel 10 que irá transportar o material a granel 30 a ser analisado. Uma fon- te de iluminação que emite luz branca é instalada em algum lugar nas pro- ximidades do sensor, de preferência, mirando um feixe fino porém amplo de luz sobre o material a granel ao longo da correia transportadora. A fone de iluminação pode compreender diversos emissores de luz dispostos acima da correia transportadora.
O espectrômetro de formação de imagem hiper-espectral com- preende diversos componentes ópticos. A lente frontal 21 é instalada na al- tura a predefinida acima da correia transportadora. A mesma focaliza em uma pequena listra na correia transportadora que é iluminada através da luz emitida pela fonte de iluminação 50. Uma pequena fenda de entrada 26 que é disposta em uma placa atrás da lente frontal atua como uma parada de campo para determinar o campo de visão na direção espacial ao longo da correia transportadora que será varrida pelo espectrômetro de formação de imagem hiper-espectral. A Figura 3 mostra uma tomada a curta distância dü, fenda de entrada 26 e mostra esquematicamente a área coberta 311 do ma- terial a granel 30. Os componentes ópticos usados para separar as direções de propagação de radiações com diferentes comprimentos de onda são dis- postos atrás da fenda de entrada e de uma lente de colimação 22. Na moda- lidade exemplificativa isto é feito por um componente de prisma-retículo- prisma, após o qual uma lente de focalização 24 alinha os feixes de diferen- tes comprimentos de onda, de modo que eles possam ser capturados por uma matriz bidimensional CCD 25. Uma matriz CCD (dispositivo de carga acoplada) é um sensor para gravar imagens que consiste errTum circuito integrado que contém uma matriz de capacitores ligada ou acoplada. O sinal de saída 42 de uma matriz CCD pode processado em uma unidade de con- trole 60 que é conectada ao espectrômetro de formação de imagem hiper- espectral 20. A unidade de controle 60 compreende, de preferência um computador que tem pelo menos um processador e memória. Os sinais de saída da matriz CCD podem ser transmitidos através de uma fibra óptica ou um cabo de largura de banda alta ou ligação de freqüência de rádio.
A Figura 2 mostra uma vista superior da correia transportadora 10 que se move para esquerda e direita e transporta o material a granel 30. As áreas varridas marcadas com retângulos pontilhados são as áreas varri- das na correia transportadora. À medida que o material a granel passa pelo espectrômetro de formação de imagem hiper-espectral, as varreduras a cur- ta distância são tomadas tanto contínua como em períodos regulares ou em demanda.
Para cada varredura, por exemplo, na varredura mais recente de área 311, uma matriz de saída bidimensional é gerada pelo espectrômetro de formação de imagem hiper-espectral e encaminhada para unidade cie con- trole para o processamento adicional. .
Conforme mostrado na Figura 4, a matriz de saída bidimensional compreende valores que representam a quantidade de energia.de um certo comprimento de onda refletido a partir do material a granel ao longo da cor- reia transportadora. Uma dimensão da matriz corresponde à distribuição es- férica ac=!ongo dg correia transportadora (eixo geométrico- x) e na outra di- mensão correspondente à faixa de comprimento de onda da energia refletida (eixo geométrico z). Cada ponto capturado de material a granel ao longo da correia transportadora tem sua própria assinatura espectral 43 que represen- ta a energia refletida pelo material a granel naquele ponto particular distribu- ido de acordo com o comprimento de onda.
Para fatorar a distribuição esférica ao longo da correia transpor- tadora (eixo geométrico y) dentro dos sinais de saída da matriz de saída bi- dimensional de diversas varreduras separadas atuais pode ser empilhada definindo um cubo tridimensional.
Para facilitar a análise espectral a resolução da matriz de saída bidimensional pode ser reduzida ao longo do eixo geométrico x. Em uma tal modalidade particularmente simples do sistema de análise de material a granel inventivo, a resolução da matriz de saída ao longo do eixo geométrico χ é reduzida a um pixel, de modo que para toda a largura da correia trans- portadora exista somente uma assinatura espectral encaminhada para a u- nidade de controle. Esta única assinatura espectral é, então, analisada e comparada a um conjunto de assinaturas espectrais da possível composição de material. Na maioria das aplicações de correia transportadora, a distribui- ção de diferentes materiais ao longo da correia transportadora não tem im- portância somente como a composição do material a granel, isto é, a exis- tência de ingredientes na quantidade correta é importante. Esta aplicação com uma resolução reduzida do espectrômetro é mais preferivelmente usa- da nas aplicações com apenas um pequeno número de possíveis ingredien- tes a ser observado.
No sistema de análise de material a granel inventivo, apenas luz branca é requerida para a iluminação constante permitir que uma fonte de iluminação para a separação infravermelha ocasionar a estrutura espectral refletiva de materiais a granel contidos. O infravermelho, incluindo NIR (perto do infravermelho), VNIR (perto do infravermelho visual), SWIR. (infraverme- lho de onda curta) e TIR (infravermelho térmico), varre uma faixa de com- primento de onda de 250 a 2500 nanômetros (nm) com os propósitos de ca- racterização elementar de materiais.
À medida que o material a granel compreende freqüentemente material oxidado, é um objetivo do sistema inventivo reconhecer os óxidos e convertê-los para a forma elementar. Os óxidos podem ser relatados através dos cálculos acumulados de conversões padrões a partir de seus elementos até suas formas de óxido. Como um exemplo: o alumínio Al, pode ser con- vertido em óxido de alumínio, AI2O3 através de um fator de conversão auto- mático de 1,8895 vezes a quantidade relatada do elemento Al. Os fatores de conversão similares são prontamente produzidos para relatar propósitos pa- ra qualquer elemento detectado de interesse. Estes fatores de conversão são padrões para relatar os resultados com base nas propriedades químicas conhecidas de todos os elementos em suas formas atômicas ou moleculares e podem ser proporcionados como resultados relatados de análises que u- sam cálculos simples construídos no software do dispositivo.
Diversos tais espectrômetros podem ser usados para permitir efetivamente que o sinal mais forte de razão de ruído para diversas faixas espectrais dentro dos comprimentos de onda dos elementos a serem anali- sados. Em uma disposição de diversos espectrômetros, cada um dos senso- res espectrais pode ser co-visado, de modo que uma linha reta imaginária se estenda a partir do centro de cada sensor até um ponto comum no material a granel a ser analisado. Alternativamente em uma disposição de diversos espectrômetros que sobrepõem os relatórios espectrais pode ser produzida precisando-se a angulação dos espectrômetros usados para proporcionar uma etapa de tira varrida ao longo da largura da correia transportadora.
O processo de analisar o material a granel com o sistema de análise de material a granel inventivo compreende as seguintes etapas:
Em uma primeira etapa, um desenho esférica/espectral bidimen- sional é capturado pela matriz CCD. A radiação a partir daienda de entrada 26 é colimada por uma lente 22 e, então, dispersada por um elemento de dispersão 23, na modalidade exemplificativa, um elemento de prisma-rede- prisma, de modo que a direção de propagação da radiação dependa de seu comprimento de onda. O mesmo é, então, focalizado por uma lente de foca- lização 24 em uma imagem plana, onde a imagem é ©apturada pelo detector bidimensional, a matriz CCD 25. A matriz CCD produz um sinal de saída de energia refletida em comprimento de onda específico 42. Cada ponto ao longo do eixo geométrico esférico (consulte a Figura 4, os pontos 0 e η no eixo geométrico χ ao longo da correia transportadora) é representado na i- magem plana bidimensional por uma série de imagens monocromáticas que formam um espectro contínuo na direção do eixo geométrico espectral, que é convertido por último na assinatura espectral 43.
As assinaturas espectrais são criadas a partir do desenho esféri- co /espectral bidimensional capturado pela matriz CCD. Cada ponto no eixo geométrico χ esférico na correia transportadora tem sua própria assinatura espectral unidimensional.
Em uma segunda etapa, a assinatura espectral de cada ponto é comparada com um conjunto de calibrações armazenadas que representam concentrações esperadas de padrões previamente caracterizados. Isto é feito em tempo real com o auxílio de um software de computador. Como um resultado, a característica materialista de cada ponto no material a granel distribuído ao longo correia transportadora é identificada. Em uma próxima etapa, a informação de todos os pontos únicos é reunida para se obter a distribuição total de material dentro do material a granel varrido. Os elementos específicos ou seus óxidos podem, então, ser identificados como a presença e caracterizados como as concentrações a- través das intensidades de assinaturas espectrais detectadas e reconheci- das.
Inúmeras técnicas quimiométricas podem ser usadas para per- mitir o encaixe de espectro obtido, deste modo, para a biblioteca armazena- da de espectro. Na calibração inicial do dispositivo, os espectros sãò arma- zenados em materiais a granel esperados para cobrirem todas as faixas, possíveis de concentrações e misturas (mesclas) de contribuidores elemen- tares do espectro recuperado e resolvido
Tais espectros adquiridos são "comparados" com os espetros armazenados para definirem como os espectros adquiridos se comparam com uma matriz de óxido prevista. A precisão do encaixe do espectro adqui- rido e sua diferença de altura com relação à biblioteca espectral padrão no dispositivo determina tanto o conteúdo como a quantidade dos elemen- tos/óxidos baseados nos picos espectrais.
Os espectrômetros e seus retículos contidos, separadores de feixe, detectores e conexões de fibra óptica, bem como as fontes de luz, são preferivelmente embaladas em um alojamento de varredura fixo em uma altura predeterminada acima da correia transportadora móvel. Deste modo, o alojamento descrito é disposto, de modo que seja situado normalmente no movimento direcional para frente da correia e sua carga de matéfial.
As aplicações desta técnica são adequadas, porém não limita- das aos materiais transportados pelas coréias transportadoras industriais tais como:
Calcário, Xisto, Bauxita, minério de Ferro, minério de Cobre, mi- nério de Zinco, minério de Chumbo, minérios metalíferos (ferrosos e não fer- rosos), Sílica, rocha de Fosfato, Potassa, Argila, Bentonita, Farmacêuticos, Manganês, Terras Raras, materiais de Sucata, Giz, Carvão e coque, Alumi- na, Marga, Pirita, Cinza Volante, pastas fluidas de qualquer material acima, Fertilizantes que contêm fosfatos, componentes amoníacos, potássio/potas- sa, minerais industriais (cerâmicas, matérias-primas que produzem vidro, refratários), compostos de magnésio, Cobalto, Níquel, Titânio, Cromo, Tungstênio.
Em uma aplicação exemplificativa o sistema de análise de mate- rial a granel inventivo é usado no processo de mesclagem de materiais a granel usado na fabricação de cimento:
Os materiais a granel são alimentados em uma série de correi- as transportadoras a partir dos alimentadores que contêm mais ou menos matéria de rocha triturada homogênea. Estes materiais são, geralmente, referidos como minerais cimentados e de fusão, que serão fisicamente mis- turados (mesclados) em uma proporção específica antes de serem calcina- dos (reduzidos em termos químicos) através de aquecimento e, então, transportados, de acordo com o tipo de cimento a ser criado pelos ditos materiais.
A proporção de cada uma das fontes de material de contribuição será monitorada pelo sistema de análise de material a granel inventivo, a fim de corrigir para enriquecer ou empobrecer mais ou menos os graus de com- ponentes (de acordo com a química mineral contida) pelas adições de cada material conforme exigido por um algoritmo de controle que obtém a química em tempo real dos materiais a granel de maneira independente ou coletiva a partir dos resultados relatados pelo sistema de análise de material a granel inventivo.
Existem quatro ou mais componentes principais, que são (erti termos de óxidos):
<table>table see original document page 14</column></row><table> As faixas típicas encontradas para os materiais são:
<table>table see original document page 15</column></row><table>
As precisões esperadas para o desempenho dinâmico da inven ção são
<table>table see original document page 15</column></row><table>
A conversão de óxido no elemento a partir de uma análise ele mentar é obtida, para propósitos de relatório:
<table>table see original document page 15</column></row><table> Portanto, a faixa de calibração precisa ser ampliada para cobrir o calcário de reticulo baixo assim como o alto, devido à presença de MgCO3 em calcários impuros ser importante quando ocorre a mesclagem com graus mais altos, à medida que muito doas MgO (excedendo em 2,5%, por exem- pio) é um problema de qualidade genuína. Geralmente os padrões de cali- bração são suficientes.
Alternativamente, as diluições podem ser usadas para preparar uma calibração. Isto pode ser realizado usando-se uma matriz de diluente neutra, tal como calcário puro com concentrações conhecidas de ÒaO, por exemplo, para tornar a fatoração mais.simples.
Na prática, o conteúdo de umidade, que é aquele esperado nas correias transportadoras, pode exceder de 5 a 8% (% de peso em litro). Isto é normalizado na prática usando-se um medidor de umidade (geralmente um dispositivo de microondas de deslocamento de fase) associado com o analisador de monitoração. Onde a umidade ambiente, incluindo a preçipita- ção é levada em conta nas cargas de correia atmosfericamente expostas, isto é um requerimento. Se se pode garantir que a umidade não exceda 4- 5%, então, um medidor de umidade não é necessário e um cálculo matemá- tico pode ser feito para LOI.
Uma vez que os materiais irão variar nas densidades, as medi- das volumétricas ou gravimétricas podem ser usadas. Se as amostras pre- paradas, deste modo, são isoladas da degradação ou deterioração (fecha- das em plástico vedado ou similar), elas podem permanecer mais ou menos imutáveis.
Uma faixa de amostras de calibração deve englobar as faixas típicas mostradas para evitar o comprometimento da capacidade do analisa- dor encaixar as variações na curva de calibração resultante quando os mate- riais alternativos e (normalmente) amplamente variáveis são incorporados na mistura, conforme alguém pode esperar em um ambiente de usina típico. Com o uso crescente de matérias-primas alternativas, a necessidade de a- nálise aumenta. Se alguém pode esperar uma largura de banda estreita nas concentrações destes óxidos chave, a necessidade de monitoramento pode ser leve, considerando que um analisador calibrado que captura as varia- ções em uma ampla faixa (dentro dos limites razoáveis, certamente) torne- se mais atrativo.
O sistema de análise de material a granel em tempo real inventi- vo é mais bem aplicado em materiais a granel em um estado de partículas sólidas, pós e pastas fluidas.
Nos desenhos e na especificação, foram descritas as modalida- des preferidas típicas da invenção e embora os termos específicos sejam empregados, os termos são usados somente em um senso descritivo e não para propósitos de limitação. A invenção foi descrita em detalhes considerá- veis com a referência específica a estas modalidades ilustradas. Entretanto, será aparente que diversas modificações e alterações podem ser feitas den- tro do espírito e escopo da invenção, conforme descrito na especificação precedente e conforme definido nas reivindicações em anexo.
10 Liste de Abreviações e Símbolos de Referência usados
11 Correia transportadora
20 Polias de Correia transportadora
21 Espectrômetro de formação de imagem hiper-espectral
22 Lentes frontais
23 Lentes de Colimação
23 Elemento Dispersante, prisma-retículo-prisma
24 Lente de focalização
25 Matriz CCD
26 Fenda de entrada
30 Material a granel
31t Área varrida de Material a granel em tempo t
41 Energia refletida
42 Sinais de saída de*energia refletida em comprimento de onda específico
43 Assinatura espectral
50 Fonte de iluminação
60 Unidade de controle
Claims (7)
1. Sistema de análise de material a granel em tempo real para analisar as características elementares de material a granel (30) que passa por uma correia transportadora móvel, o dito sistema que compreende: uma fonte de iluminação (50) para excitar o material a granel (30) a ser analisado, um sensor espectral (20) para capturar a refletância espectral a partir do material a granel (30) excitado pela fonte de iluminação, e uma unidade de controle (60) para comparar a refletânciá espec- trai capturada com uma calibração armazenada onde a dita fonte de iluminação (50) emite luz branca, e o dito sensor compreende um espectrômetro de formação de imagem hiper-espectral (20) que produz uma imagem bidimensional, uma dimensão que é a largura esférica da correia transportadora e a outra di- mensão que é o comprimento de onda da refletância, cada ponto da imagem que representa, deste modo, a quantidade de energia em um comprimento de onda específico refletido a partir de um ponto específico ao longo da cor- reia transportadora, sendo que o dito dado de imagem é encaminhado para a unidade de controle (60), e a dita unidade de controle (60) compreende meios para compa- rar uma assinatura espectral (43) com cada ponto específico ao longo da correia transportadora que foi capturada pelo espectrômetro (20) em uma calibração armazenada, a dita assinatura espectral (43) compreende um es- pectro contínuo da quantidade de energia refletida a partir do põ'nto específi- co ao longo de uma faixa de comprimento de onda.
2. Sistema de análise, de acordo com a reivindicação 1, onde o espectrômetro de formação de imagem hiper-espectral compreende uma lente frontal (21) com uma fenda de entrada (26), sendo que a dita fenda de entrada é disposta para ser normal na direção móvel do material a granel (30) que passa pelo espectrômetro a fim de permitir que a energia refletida somente de uma varredura de faixa fina ao longo do material a granel entre no espectrômetro de formação de imagem hiper-espectral.
3. Sistema de análise, de acordo com a reivindicação 1, onde o espectrômetro de formação de imagem hiper-espectral compreende uma óptica de prisma-retículo-prisma.
4. Sistema de análise, de acordo com qualquer uma das reivin- dicações 1 a 3, onde o espectrômetro de formação de imagem hiper- espectral produz uma imagem dimensional, sendo que a largura esférica da correia transportadora é reduzida em um único valor, os pontos da imagem unidimensional que representam, deste modo, a quantidade de energia em um comprimento de onda refletida ao longo de toda a correia transportadora.
5. Sistema de análise, de-acordo com^qualquer uma das reivin- dicações 1 a 3, onde o espectrômetro de formação de imagem hiper- espectral compreende diversos sensores espectrais, cada dito sensor es- pectral opera em uma região de freqüência distinta a partir de outras regiões de freqüência do sensor, sendo que os ditos sensores espectrais são dis- postos para serem co-visados.
6. Sistema de análise, de acordo com qualquer uma das reivin- dicações 1 a 4, onde o sistema compreende adicionalmente uma correia transportadora (10) para transportar o material a granel (30) posicionada na mesma além da fonte de iluminação (50) e do sensor (20).
7. Método para análise elementar em tempo real de material a granel que é transportado em uma correia transportadora, o dito método que compreende as etapas de: iluminar o material a granel com luz branca, capturar a refletância espectral do material a granerèxcitado pe- la luz branca com um espectrômetro de formação de imagem hiper- espectral, criando uma imagem hiper-espectral, comparar a dita imagem hiper-espectral com uma calibração armazenada que representa, deste modo, as concentrações esperadas de padrões previamente caracterizados, identificar tal para a presença e caracterizar tal para as concen- trações de elementos específicos em seus óxidos.
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