(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
岩石掘削物試料の所望の特性を検出するための分析装置であって、
環状の第１及び第２検知コイル（１２、１４；２１２、２１４）と、
特定の試料（５６）の経路（９０）の少なくとも一部を取り囲み、第１及び第２検知コイル（１２、１４；２１２、２１４）の間に存在する、環状の励磁コイル（１６；２１６）と、
該励磁コイル（１６；２１６）に励磁信号を供給し、経路（９０）の少なくとも一部に電磁場を確立する信号発生器（３０）と、
経路（９０）上の試料の通過により生成される、第１検知コイル（１４；２１４）中の第１信号（１２Ｘ）と第２検知コイル（１６；２１６）中の第２信号（１４Ｘ）とを検出する受信機（３２）と、
第１信号と第２信号との差に依存する出力信号（３４）であって、干渉信号が実質的に排除されていると共に試料の磁化率を表す出力信号を生成するプロセッサー（３６）と、
を含むことを特徴とする分析装置。
【請求項２】
前記所望の特性が強磁性と常磁性の少なくとも１つを含む請求項１に記載の分析装置。
【請求項３】
経路を通過する時、試料が電磁場に入ると第１のパルスの発生を引き起こし、試料が電磁場を離れると第２のパルスの発生を引き起こし、前記プロセッサー（３６）は、第１及び第２のパルスを電子的に組み合わせて、前記第１信号と前記第２信号との差に依存する前記出力信号（３４）を発生させる請求項１又は２に記載の分析装置。
【請求項４】
重力の作用で落下する試料が、整列コイル中を連続して軸方向に移動するように、コイルが垂直に配向されている請求項１〜３の何れか一項に記載の分析装置。
【請求項５】
第１及び第２検知コイル（２１２、２１４）が、経路（９０）の少なくとも一部を取り囲み、互いに軸方向に離れており、経路に沿って進む試料が、第１検知コイル（２１２）中を移動し、続いて励磁コイル（２１６）中を移動し、第２検知コイル（２１４）中を移動する請求項１〜４の何れか一項に記載の分析装置。
【請求項６】
励磁コイル（１６）が、第１検知コイル（１２）と第２検知コイル（１４）との間に、放射状に配置されている請求項１〜４の何れか一項に記載の分析装置。
【請求項７】
経路（９０）に沿ってコイル中を通過して試料を供給するために、コイルの上流に部分的に位置する物質ハンドリングシステム（６０）をさらに含む請求項１〜６の何れか一項に記載の分析装置を含むシステム。
【請求項８】
前記物質ハンドリングシステム（６０）が、
ａ）採掘機（５８）により生成された岩石粒子の流れを、廃棄に向けられる微細物質と、微細物質よりも粗い岩石掘削物とに、分離するための装置（６２）と、
ｂ）第１ガイド構造（６４）であって、非磁性物質から作られ、該装置に接続された上端と、下端とを有し、重力の作用で該装置から落下する岩石掘削物を囲む、第１ガイド構造と、
ｃ）コントローラー（７２）であって、落下する岩石掘削物を回収し、次に岩石掘削物を制御された速度で経路（９０）に沿って移動させ、こうして該掘削物はコイルに提示され、次に該岩石掘削物は出口でコイルから離れる、下端のコントローラーと、
ｄ）第２ガイド構造（６８）であって、非磁性物質から作られ、経路（９０）の出口と一致する上端（９２）と、下端（９４）とを有し、重力の作用で経路から落下する岩石掘削物を囲む、第２ガイド構造と、
を含む請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
試料の特性を検出するために岩石掘削物試料を分析する方法であって、
試料が移動する経路を規定する工程と、
経路の少なくとも一部に電磁場を確立する工程と、
第１の位置で、経路に沿った試料の通過により引き起こされる、電磁場の第１の変動を検出する工程と、
第１の変動を表す第１の信号を生成する工程と、
第１の位置から離れている第２の位置で、経路に沿った試料の通過により引き起こされる、電磁場の第２の変動を検出する工程と、
第２の変動を表す第２の信号を生成する工程と、
第１の信号と第２の信号との差に依存する出力信号であって、干渉信号が実質的に排除されていると共に試料の磁化率を表す出力信号を生成する工程と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１０】
第１及び第２の位置が、経路上に配置され、かつ互いに離れている、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
第１及び第２の位置が経路を横断する平面に配置されている請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
経路を通過する前記試料が、電磁場に入ると第１のパルスが発生し、該試料が電磁場を離れると第２のパルスが発生し、そして、第１のパルスと第２のパルスを電子的に組み合わせて該差を発生する工程を含む請求項９〜１１の何れか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記試料が重力の作用で経路に沿って落下する請求項９〜１２の何れか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記試料が、連続して連続流で、経路に沿って送られる複数の試料の１つである請求項９〜１３の何れか一項に記載の方法。
【請求項１５】
採掘機を使用して複数の試料を生成する工程と、
複数の試料から少なくとも埃を除去する工程と、
試料を連続して電磁場中を経路に沿って移動させる工程と、
を含み、
複数の出力信号を作る請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記出力信号から測定データを得る工程と、
少なくとも一つの制御信号を得るために前記測定データを参照データと比較する工程と、
採掘機の動作を制御するために前記少なくとも一つの制御信号を使用する工程と、
を含む請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記採掘機が複数の岩石掘削物試料を生成するために使用される請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記制御信号が前記掘削機の動作を自動又は手動で制御するために使用される請求項１６又は１７に記載の方法。
【請求項１９】
請求項１６〜１８の何れか一項に記載の方法を実施するための装置であって、
アルゴリズムと該参照データとが保存されているプロセッサー（１９０）と、
アルゴリズムが信号を処理し、そこから抽出されたデータを参照データと比較して、試料の所望の特性の存在又は非存在を表す制御信号（１９２）を生成することができるように、該制御信号を受け取るためのプロセッサー（１９０）への入力接続部（３２）と、
前記制御信号に応答して、採掘機（５８）の動作を制御するコントローラー（１９４）と、
を含むことを特徴とする装置。
【請求項２０】
デジタルコンピューターの内部メモリーに直接ロード可能なコンピュータープログラムであって、該コンピュータープログラムがコンピューター上で実行される時、
試料がそれに沿って移動される経路を規定する工程と、
経路の少なくとも一部に電磁場を確立する工程と、
第１の位置で、経路に沿った試料の通過により引き起こされる、電磁場の第１の変動を検出する工程と、
第１の変動を表す第１の信号を生成する工程と、
第１の位置から離れた第２の位置で、経路に沿った試料の通過により引き起こされる、電磁場の第２の変動を検出する工程と、
第２の変動を表す第２の信号を生成する工程と、
第１の信号と第２の信号との差に依存する出力信号であって、干渉信号が実質的に排除されていると共に試料の磁化率を表す出力信号を生成する工程と、
を装置に実行させるように構成されたソフトウェアコード部分を含むことを特徴とするコンピュータープログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒状物質内に含まれる１種又はそれ以上の標的元素の検出に関する。より具体的には、本発明は、鉱石を分析し、その中の指定された内容物を検出することに関する。
【背景技術】
【０００２】
地質調査、探鉱、及び同様の作業において、岩石掘削物などを継続的に分析する能力は重要な価値があるであろう。例えば、掘削作業は、分析装置により生成された情報に応じて直接制御できるであろう。コア又はその後分析される穴内の試料を回収する面倒な処理は、回避されるであろう。
【０００３】
鉱石を分析し、指定の内容物を検出するためのシステムは、鉱石の品質の機能である物理的側面又は化学的性質を評価又は検出することに依存する。この目的のために使用されている多様な技術には、一定の条件下で規定の応答を示す特性又は要因に対して応答するシステムを含む。これらの属性又は特性は、少なくとも規定の化学反応、スペクトル解析、磁気特性、測光特性、X線解析、磁気光学分析、伝導特性、ガンマ線及び密度、及び硬度因子又は硬度値を含む。
【０００４】
各アプローチには、利点と欠点がある。例えば、測光ソーターは表面特性に応答するが、粒子の表面上に発現されていない元素の存在を検出することができない。同様の制限は、Ｘ線及び磁気光学技術にも存在することがある。スペクトル解析は正確であるが、通常は実験室条件下で行われる。様々な技術についての一般的な解説は先行技術において見いだされるため、ここでは繰り返さない。広義には、いくつかのアプローチは時間がかかり、特殊な装置の使用を必要とし、実験室条件下で最も良く実施される。他のアプローチは元素固有のものである。例えば、鉄を検出するために設計される技術は、容易には、銅の存在を検出するように適用することができない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、いくつかの異なる標的元素の存在を、迅速かつ効果的に検出できる鉱石分析装置であって、堅牢で容易に運搬可能な形態で製造でき、岩石掘削機器や探査機器と連動して直接使用できる分析装置、を提供することである。
【０００６】
物質は、磁場に対する物質の感受性に依存して、強磁性、常磁性、又は反磁性物質として分類することができる。強磁性及び常磁性元素を検出することを目的とする分析装置は一定の制約を受けるが、そのいくつかは適切な電子設計により対処することができる。分析装置はまた、例えば鋼と鉄などの磁性物質から離して保存すべきである。
【０００７】
多くの異なる標的元素の存在を迅速かつ効果的に検出するために分析装置が要求される採掘用途では、その分析装置はコンパクトで、堅牢で、かつ容易に運搬可能であることが必須である。これらの属性はまた、採掘機により産出される岩石掘削物を扱い、岩石掘削物を分析装置に向けることを可能にする機器が、保有することも必要である。好ましくは、このような機器は、種々の異なる採掘機械との使用に適合させることができ、採掘環境で装置を保護するために過度の注意をすることなく使用できる複合装置を作成するために、分析装置と一体化すべきである。
【０００８】
原子は磁場に付されると、原子がそれ自体の磁場を発揮し始めるように、電子の統計的分布が変化することがある。この磁場は通常、後になっても磁場が維持される強磁性物質を除いて、印加された磁場が存在する時のみ存在する。上記したように磁場を検出することにより、特定の元素の存在を検出することができる。これらの元素は、強磁性又は強い常磁性を示すものである。特定の原子上で特定の電子サブシェル（sub-shells）が充填されない時、この特性を持つ元素が発生する。本発明により使用される特定の技術のための重要な電子準位は、原子価準位であり、これは、特定の元素が電子を有する最後の又は最高のエネルギー準位である。希ガスを除いてはこの準位は充填されず、金属については、可能な許容される電子の半分未満になる。この準位が未充填状態であるため、原子に磁場を印加することにより、その電子の空間的な配置を変更することが容易になる。これらの元素は、本発明により検出することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は特に、所望の特性を検出することを可能にし、従って、少なくとも強磁性及び常磁性元素を同定することができる分析装置に関する。
【００１０】
本分析装置は、励磁環状コイルと、第１及び第２の検知環状コイル（ここで、上記励磁コイルは、粒状試料の経路の少なくとも一部を取り囲み、第１及び第２の検知環状コイルの間に存在し、ここで、各コイルはそれぞれ、経路と一列に並んでおり経路の中央に位置する軸に、巻かれている）と、励磁コイルに励磁信号を供給し、こうして経路の少なくとも一部に電磁場を確立する信号発生器と、経路上の試料の通過により生成される、第１検知コイル中の第１信号と第２検知コイル中の第２信号とを検出する受信機と、第１信号と第２信号との差に依存して生成されかつ干渉信号が実質的に排除されている出力信号を発生するプロセッサーと、を含む。出力信号は、試料の特性の存在を示す。
【００１１】
出力信号は、試料の磁化率を表す。
【００１２】
本分析装置は非常に高感度であり、この理由のために、少なくとも、出力信号に影響を与える可能性がある外部からの作用は、可能な限り排除すべきである。特に、出力信号に対する熱ドリフトの影響が大きいことがある。これに対処するために、各コイルは好ましくは、大きな熱寸法安定性を有する巻型上に巻かれる。各コイルとの使用に適した巻型は、ホウケイ酸から作られる。好ましくは各巻型は、石英ガラスから作られる。
【００１３】
熱ドリフトの影響（コイルと巻型の熱寸法安定性を含む）にさらに対処するために、少なくともコイルと巻型は、熱的に安定化された熱シンクで囲むことができる。これは、液体が充填されたケース内にコイルと巻型を囲むことにより行われる。液体の温度は、適切なセンサーに応答して正確に制御される。あるいは、分析装置中のコイル及びエレクトロニクス部品の最適な動作温度に対応するはずの適切な温度に加熱された液体が、ケース中に循環される。この液体は、コイルと巻型の質量に比較して、大きな質量を持っていなければならない。液体の温度が正確に制御されるなら、液体の質量は、コイル及び巻型中の温度変動を吸収し打ち消すのを助ける熱シンクとして作用する。
【００１４】
分析装置を通過する物体は、分析装置中で２つのパルスを発生する。物体が分析装置の電磁場に入ると第１のパルスが発生し、物体が電磁場を離れると第２のパルスが発生する。これらのパルスは実質的に同じレベルであるが、一般的には反対の位相を有する。場合に応じて、パルスを電子的に組み合わせて、位相又は振幅のいずれかで差分信号を発生することができる。
【００１５】
コイルが軸方向に整列している場合は、発信（励磁）コイルは２つの受信（検知）コイルの間に配置され、従って、コイルが垂直に配向されていると、重力の作用で落下する物体は、整列コイル中を連続して軸方向に移動する。適切な設計により、上部検知コイルの領域において発信コイルにより発生する電磁場は、下側検知コイルにおいて発信コイルにより発生する電磁場と同じになるであろう。しかし、物体が下部コイルを横切る時は、これが上部コイルを横断する速度よりも若干速い速度で移動するであろう。
【００１６】
コイルが放射状に整列される場合、検知コイルは、粒子の通過に対して同時に応答する。速度差による検知コイルへの影響は、自動的に排除される。しかし、発信コイルが内側の検知コイルと外側の検知コイルとの間に配置されていると、内側の検知コイルと外側の検知コイルの電磁場は若干異なる。
【００１７】
各態様において、検知コイルからの信号は、一緒にされて処理される。受信信号は、発信された電磁場の情報に基づいて、及び検知コイルからの長期受信信号に基づいて、静磁場の不均衡が調整される。具体的な物体のサイズ及び磁化率に依存する短期の値が生成される。
【００１８】
特に試料物質の連続流が解析される場合、試料物質は、その周りにコイルが整列されている長手方向軸に対して直角方向に、分析装置中を通過することができる。例えば、物質流は、励磁コイルと受信コイル又は検知コイルの１つとの間を通過することができる。この構成の欠点は、ドリフトの影響を補償するために、分析装置を定期的に較正しなければならないということである。
【００１９】
発信コイル又は励磁コイルの、及び２つの受信コイルの正確な空間的関係は、用途に応じて変動するが、受信コイルからの信号を組み合わせることにより、励磁コイルの直接的な作用（試料の非存在下での励磁コイルの作用）が、絶えず相殺されるものでなければならない。
【００２０】
各コイル内部の磁場強度は、その検知領域の中央から端へ比較的一定であるため、コイル中を移動する試料が中心線からずれていても、コイルにより発生される信号は著しくは影響されない。
【００２１】
３つのコイルは互いに種々の構成で配置することができるが、最初の実用的な実施では、これらのコイルは、長手方向軸の周りに軸方向の配置で構成される。各コイルは軸を包囲し、コイルは互いに軸方向に離間している。次に、励磁コイルは２つの受信コイルの間に配置される。しかし特定の条件下では、コイルの軸方向の配置は、放射状コイル構成と同じレベルの性能を与えないことが、実験により見出された。
【００２２】
すなわち、好適な態様において、コイルは、水平方向に延びる平面内で放射状構成で配置される。従って、経路は、好ましくは垂直方向に延びる。
【００２３】
鉱石分析装置はさらに、コイルの上流に部分的に配置されている物質ハンドリングシステムを含み、コイルを通る経路に沿って試料を供給する。試料は実質的に連続的に供給され、試料は重力の作用で落下してもよい。
【００２４】
好ましくは、物質ハンドリングシステムは、
ａ）採掘機により生成された岩石粒子の流れを、廃棄に向けられる微細物質と、微細物質よりも粗い岩石掘削物とに、分離するための装置と、
ｂ）第１ガイド構造であって、非磁性物質から作られ、装置に接続された上端と、下端とを有し、重力の作用で装置から落下する岩石掘削物を囲む、第１ガイド構造と、
ｃ）コントローラーであって、落下する岩石掘削物を回収し、次に岩石掘削物を制御された速度で経路に沿って移動させ、こうして掘削物はコイルに提示され、次に岩石掘削物は出口でコイルから離れる、下端のコントローラーと、
ｄ）第２ガイド構造であって、非磁性物質から作られ、経路の出口と一致する上端と、下端とを有し、重力の作用で経路から落下する岩石掘削物を囲む、第２ガイド構造と、を含む。
【００２５】
第２ガイド構造の下端部で、要件に応じて、岩石掘削物は廃棄に向けられるか、又はこれらは、異なる技術を使用してさらなる分析もしくはサンプリングのために回収することができる。
【００２６】
岩石粒子を分離するための装置は任意の適切な種類のものでよく、好ましくはサイクロン又はハイドロサイクロンを含む。岩石粒子の分離により生じる微細物質は、典型的には埃や小さな岩石掘削物、砂利等を含む。
【００２７】
サイクロン又はハイドロサイクロンが使用される場合、システム内で適切な空気圧を維持することが重要である。空気又は乾式サイクロンは、通常、低減空気圧下に維持される。対照的にハイドロサイクロンは、わずかに加圧される。いずれの場合においても、空気漏れはサイクロンの動作に悪影響を与える。乾式サイクロンでは、システム内の低減空気圧の必要なレベルを維持するために、第１ガイド構造は、粗い岩石掘削物が排出される時に通過するサイクロンの出口に、漏れないような方法で接続されている。第１ガイド構造は、ほぼ円錐形で、内側に上端から下端に先細であってもよい。第１ガイド構造の下端は、漏れないような方法で、分析装置に、さらに詳しくは経路に接続することができる。
【００２８】
同様に、第２ガイド構造は、漏れないような方法で、経路からの出口に接続することができる。
【００２９】
第２ガイド構造の下端は好ましくは、岩石掘削物が制御された方法で回収され、次に放出されることを可能にする、適切な方法で封止されている。これは、異なる方法で行うことができる。しかし、岩石掘削物は、装置内の物質が所定のレベル未満の質量を有すると閉じられ、装置内の材料の質量が所定のレベルを超えると自動的に開く出口を有する装置により、下端で回収されることが好ましい。この目的は、質量依存性のバルブ、例えば可撓性チューブにより達成することができ、このチューブは、通常は閉位置に偏っており、所定の大きさを超えて内力を受けた時に自動的に開き、こうして物質が重力の作用の下でチューブから排出されることを可能にする。ハイドロサイクロンが使用される場合、ハイドロサイクロンの筐体上のオリフィスは、掘削物のための出口を提供する。これは、いわゆる乾式サイクロンで使用される質量依存性バルブを置き換える。オリフィスは、物質の流量及びサイクロン構造の設計に適合するように寸法決めされている。
【００３０】
コントローラーは、任意の適切な種類のものであってもよい。第１ガイド構造を通って重力の作用で落下する物質は、第１ガイド構造の上端と下端との間の間隔、すなわちその軸方向長さに依存する速度で出て行く。分析装置は磁性材料に曝露されるべきではなく、この理由のために、第１ガイド構造は、システムの関連する構成要素が分析装置から充分離れるように、配置される。しかし、移動距離が増加するにつれて、掘削物がコントローラーに到達する速度も上昇する。従ってコントローラーは、落下する岩石掘削物を妨害し、次に岩石掘削物を制御された速度でかつはるかに低下した速度で放出して、経路に沿って移動するように設計されている。
【００３１】
コントローラーは、本発明の一形態において、管状部材を含み、これは、使用時には垂直に整列され、管状部材に取り付けられた可撓性の円錐形構成要素は、外表面に掘削物が存在しない場合に、岩石掘削物が重力作用で経路に沿って移動することを防ぐ。掘削物は外表面上に蓄積される。岩石掘削物の正味質量は徐々に増加し、所定の大きさの力が外表面に作用すると、円錐形構成要素は偏向し、岩石掘削物が経路に沿って移動することを可能にする。
【００３２】
コイルの働きが磁性物質の存在により影響され得るために、特定の距離にわたってコイルの上流又は下流には、何の金属も使用されない。
【００３３】
鉱石分析装置は、例えば、コイルに接近する試料のための経路を囲む第１の構造と、コイルの下流に配置される、コイルを離れる試料のための経路を囲む第２の構造を含んでもよい。各構造は、例えばプラスチック物質から作成することができる。
【００３４】
分析装置は、粒子が経路に沿って移動する速度に応答することが確立されている。粒子は重力の作用で加速するため、粒子が、その速度が許容できないほど高くなるような程度には落下しないことが好ましい。一般に、最大間隔（落下距離）は５００ｍｍのオーダーである。
【００３５】
放射状構成の具体的な利点は、試料が各コイルの活動領域を横断する時、試料の速度が全てのコイルについて同じであるという事実にある。励磁コイルは、試料が電磁場内を移動する時、試料が相互作用する電磁場を、確立する。相互作用の結果として、第１及び第２のコイルにより生成される信号は、同時に生じ、各コイルについて特定の速度で粒子の作用を表す。これは、本来は試料の速度の変動によるであろう第１及び第２の信号の変動が排除される、ことを意味する。このような速度の変動は、例えば試料が３つのコイル中を、同時ではなく連続して通過した場合に生じるであろう。
【００３６】
本発明はさらに、上記分析装置を含む岩石掘削リグを包含する。
【００３７】
本発明はまた、試料の特性を検出するために試料を分析する方法であって、以下の工程、
試料がそれに沿って移動する経路を規定する工程と、
経路の少なくとも一部に電磁場を確立する工程と、
第１の位置で、経路に沿った試料の通過により引き起こされる、電磁場の第１の変動を検出する工程と、
第１の変動を表す第１の信号を生成する工程と、
第１の位置から離れている第２の位置で、経路に沿った試料の通過により引き起こされる、電磁場の第２の変動を検出する工程と、
第２の変動を表す第２の信号を生成する工程と、
第１の信号と第２の信号との差（ここで、干渉信号は実質的に排除される）に依存し、試料の所望の特性を示す、出力信号を生成する工程と、
を含む方法を提供する。
【００３８】
本発明はさらに、複数の岩石掘削物試料を生成する採掘機の動作を制御する方法を包含し、ここで、試料は、電磁場中を連続して移動し、この試料の通過による電磁場中の変動は、少なくとも２つの離間した位置で検出されて、各試料の所望の特性の存在又は非存在を示す出力信号を生成する。出力信号は測定データを生成するために使用され、このデータは、適切なメモリーに保持されている参照データと比較されて制御信号を生成し、これは次に、掘削機械の動作を制御するために自動又は手動で使用することができる。
【００３９】
本発明はさらに、上記方法を実施するための装置であって、アルゴリズムと上記参照データとが保存されているプロセッサーと、アルゴリズムが信号を処理し、そこから抽出されたデータを参照データと比較して、試料の所望の特性の存在又は非存在を表す制御信号を生成することができるように、上記信号を受け取るためのプロセッサーへの入力接続と、制御信号に応答して採掘機の動作を制御するコントローラーと、を含む装置を含むことが意図される。
【００４０】
本発明はまた、デジタルコンピューターの内部メモリーに直接ロード可能なコンピュータープログラム製品であって、上記製品がコンピューター上で実行される時、
試料がそれに沿って移動される経路を規定する工程と、
経路の少なくとも一部に電磁場を確立する工程と、
第１の位置で、経路に沿った試料の通過により引き起こされる、電磁場の第１の変動を検出する工程と、
第１の変動を表す第１の信号を生成する工程と、
第１の位置から離れた第２の位置で、経路に沿った試料の通過により引き起こされる、電磁場の第２の変動を検出する工程と、
第２の変動を表す第２の信号を生成する工程と、
第１の信号と第２の信号との差に依存し、試料の所望の特性を示す、出力信号を生成する工程と、
を実行するためのソフトウェアコード部分を含む製品を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】物質ハンドリングシステムから誘導される、粒子試料が通過する、本発明の第１の形態の分析装置を例示する、部分断面側面図である。
【図２】分析装置に含まれる構成要素のブロック図である。
【図３】鉱石分析装置と一体化して構築される物質ハンドリングシステムを、片側から及び断面で示す図である。
【図４】本発明の分析装置の別の形態を示す図である。
【図５】本発明に従って、粒状物質内に含まれる１種又はそれ以上の標的元素を、実質的に連続的にリアルタイムで検出する方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
添付図面の図１は、本発明の分析装置１０を片側から及び断面図で示す。本分析装置は、それぞれ第１及び第２検知コイル１２と１４と、発信コイル又は励磁コイルと呼ばれる第３のコイル１６とを含む。
【００４３】
各コイルは環状であり、それぞれ環状の巻型１２Ａ、１４Ａ、及び１６Ａに巻回される巻線を有する。最大限に熱的に受動的であるように注意して、巻型は選択される。従って、広い温度範囲にわたっても、巻型は寸法的に有意な程度には変更されない。このタイプの巻型の構築で使用するのに合理的に適した１つの物質は、ホウケイ酸塩である。しかし、本出願人は、石英ガラスがより安定であり、少なくともこの理由のために、各巻型が石英ガラスから作られることが好ましいことを、確立した。いくつかのセラミック物質もまた適している。この関連で、市販の既製のホウケイ酸ガラス及び多くの商業的セラミック物質が、実質的に同様の熱安定特性を有することが観察されている。一方、石英ガラスはより安定であるが、より高価である。一部のセラミック物質はゼロ熱膨張係数を持つが、非常に高価である。
【００４４】
熱ドリフトの影響をさらに排除するために、分析装置は、使用されていない場合でも、長時間、動作状態に維持することが好ましい。すなわち、分析装置の使用中にその温度が増大する自然な傾向がある場合は、検知コイルにより生成される読み値を較正することにより、任意の熱ドリフト作用が実質的に解消することができるように、分析器を高温で維持することが望ましい。このアプローチは、コイル用巻型がホウ珪酸ガラス又は石英ガラスからなる場合であっても、採用されている。
【００４５】
最も内側のコイル１２は、空間２０を囲む。
【００４６】
励磁コイル１６は、信号発生器３０に接続されている。検知コイル１２及び１４の巻線は受信機３２に接続され、これは、プロセッサー３６に信号３４を出力する。
【００４７】
信号発生器３０は、水晶発振器とカウンタ４０、正弦波とデルタ変調器４２、及び励磁コイル又は発信コイル１６に接続されたＤ級出力ステージ４４とを含む（図２参照）。
【００４８】
以下に説明するように、受信コイル１２及び１４は、空間２０中の試料の通過に応答して、それぞれ第１の信号と第２の信号１２Ｘと１４Ｘを生成する。これらの信号は、受信機３２の信号に含まれる構成要素４６により、フィルタリングされ増幅される。シグナルは、まず、構成要素４６中に含まれるアナログ−デジタル変換器を通過することにより、デジタル化される。あるいは、デジタル化は、信号フィルタリングされた後に行われる。
【００４９】
出力信号３４は、信号１２Ｘと１４Ｘとの差に基づく。差動信号は、信号１２Ｘと１４Ｘに影響を与える可能性があるノイズや他の干渉を排除することができる。この差を実現するために、信号１２Ｘと１４Ｘは、レベル検出ステージ５４（プロセッサー３６に具体化されている）に適用される差動出力信号３４を生成する自己補整器５２により処理され、このレベル検出ステージ５４は、出力信号を増幅するか、又はこれが入口などを通過する時を検出することができる。プロセッサー３６は、そのメモリーに記憶されたアルゴリズムとデータに基づいて、特定の鉱石試料の特性、例えばその等級、物質の含量などを表す信号５５を出力する。信号５５は、分析装置により連続的に生成される複数の信号のうちの１つであリ、これは、試料の所望の特性の存在又は非存在をリアルタイムで示す。この信号は、採掘又は探索プロセスにおいて分析装置に提示される試料を生成するために使用されるプロセスを、自動又は手動で制御するために使用することができるデータを提供する。この形態は、さらに図３を参照して説明される。
【００５０】
掘削機又は採掘機５８により生成される岩石掘削物５６（すなわち試料）は、埃６２と標準より小さい試料と標準より大きい試料とを除去する物質ハンドリングシステム６０で処理される（図３参照）。
【００５１】
システム６０は、サイクロンの原理に基づく装置６２と、第１ガイド構造６４と、囲い６６と、第２ガイド構造６８と、出口バルブ７０と、コントローラー７２と、を含む。
【００５２】
装置６２は入口７４を有し、個々を通過して、岩石掘削物が装置の渦室７６に導かれる。掘削物は、概略的にのみ示されている採掘機５８により生成される。典型的には、採掘機は削岩機であるが、これは例示的かつ非限定的である。概念的に示した空気吸引源７８は、渦室からの出口８０に接続されている。渦室は、排出端８２を有する。第１ガイド構造６４は、漏れないような方法で排出端部に接続される。ガイド構造は、軸方向長さ８６を有する円錐体８４の形態である。本体は、装置６２から離れる方向に内向きに先細になっている。下端で本体８４は、囲い６６に接続されている。
【００５３】
コイル１２、１４、及び１６は、囲い６６の内部に収容されている。分析装置が有効に作動するためには、分析装置の空間２０を通って延びる規定された経路９０に沿って通過する岩石掘削物が、比較的遅い速度で移動する必要がある。さらに分析装置は、少なくとも磁性物質からの距離８６だけ離れている必要がある。この理由のため、囲い６６は非磁性物質から作られ、第１ガイド構造６４と第２ガイド構造６８もまた、非磁性物質から作られる。
【００５４】
第２のガイド構造６８は、囲い６６の下端に接続されている上端９２と、下端とを有する。出口バルブ７０は下端に接続されている。出口バルブは、管状ゴム要素９６から作られる。円形の上端９８は、第２ガイド構造の端部９４に直接接続されている。管状要素の下端１００は平坦化されて、合理的に気密性のシールを提供する。しかし、管状要素の内部に蓄積される物質の重量が所定のレベルに達すると、下端は開くことができる。
【００５５】
コントローラー７２は、中央に位置する軸方向に整列したチューブ１１２に取り付けられた円錐形の構成要素１１０を含む。プレート１１４は、コイルの上側で構成要素１１０を取り囲む。チューブ１１２は、経路９０に対して同心円状に位置する。
【００５６】
動作時には吸引源７８は、システム内部に行き渡っている空気圧を低下させる。採掘機５８により生成される掘削物５６は、掘削された穴から直接渦室７６内に吸引される。採掘機から来る混入された掘削物中の埃及び微細物質６２は、出口８０を介して取り出される。比較的粗い残存掘削物は、放射状に外側に強制排出され、渦室７６の内壁に達し、次に重力の作用で下に滑り落ちる。第１ガイド構造６４は、これらの粗い掘削物を円錐構成要素１１０の外表面に向かわせる。掘削物は外表面に蓄積して、プレート１１４に隣接する。
【００５７】
チューブ１１２は、吸引源により生成された物質ハンドリングシステム内の真空が、システム全体に実質的に広がることを可能にする。上記したように、掘削物は強制排出されて渦室７６の内壁に達し、次に重力の作用で下に滑り落ちて、円錐体８４上に達するため、掘削物がチューブ１１２を介して渦室７６から直接落下する可能性は無視できる。
【００５８】
掘削物が蓄積すると、円錐形の構成要素の外表面上の掘削物の質量が増加する。最終的に、好ましくは比較的軟質で可撓性のゴムから作られる円錐形の構成要素が内側に曲がり、一部の掘削物が落下し、こうして試料５６（図１）の連続流として経路９０に沿って移動し、これが分析装置まで延びる、点に到達する。
【００５９】
次に、円錐形の構成要素１１０を離れる試料５６は、重力によりコイルアセンブリーを通過して落下し、経路９０に沿って通過する。
【００６０】
コイルの下流の第２ガイド構造６８は、処理された試料の回収容器１２０まで延びる通路９０の下部を囲む。
【００６１】
構造６８の上端と構造６４の下端との間の経路９０は、分析装置の動作領域１２８を規定すると見なすことができる。動作領域に試料が存在しない場合、コイル１６により生成される励起は、コイル１２及び１４中で応答信号を生成する。これらの信号はプロセッサー３６により調整され、その結果、信号が有効にキャンセルされ、すなわち、出力信号５０が実用的な目的のためにゼロになる。このアプローチは、望ましくない干渉信号、ノイズ等の影響を無効にするのに役立つ。
【００６２】
検知磁場（発信コイル１６の出力）は、コイルに交流電気信号を印加することにより生成される。この信号は、一定周波数の正弦波であってもよく、又は用途に応じて他の形式のものでもよい。この電磁場は、特定の用途に応じて、静的でも又は経時的に変化してもよい。理想的には、励磁コイル１６は、変調された方形波信号４２で駆動され、信号の周波数は発振器４０により正確に制御される。これは、検知システムの安定性と精度の改良をもたらす。
【００６３】
試料５６は、重力の作用で、放射状に構成されたコイル１２、１４、及び１６を通って落下する。この落下距離、すなわち構造６４の軸方向の長さ８６は、試料がコイルを通過する速度を決定する。この速度が速すぎる場合、分析装置の感度が低下し、この形態は以下に詳述される。標的とされている要素の種類及び掘削物又は試料の大きさに依存して、試料がコイルを通過する速度を低下させるいくつかのメカニズムを使用する必要があるかもしれない。これは、コイルが、標的要素に対する高い感度を示すことを可能にする。
【００６４】
掘削試料は、個々に（一つずつ）連続してコイルに提供することができる。これは、標的要素の存在又は非存在を、粒子毎に決定することを可能にする。しかし、試料がコイル中を連続流で通過する場合、複数の試料の標的要素の含量の「バルク」読み値を得ることができる。
【００６５】
試料の非存在下で、励起磁場の影響のために、コイルが実質的に同一の信号を出力するように、コイルは、異なる半径寸法を考慮して設計される。較正フェーズの間に、一方の信号が他方の信号から減算され、従って、ノイズの影響は排除される。すなわち、信号３４は事実上ゼロである。
【００６６】
鉱石試料が分析装置中をパルス通過する影響は、２つの方法で現れ、すなわち、試料が電磁場に入る時に電磁場を乱し、かつこれと相互作用し、次に、試料が分析装置の動作空間を離れる時に、電磁場の乱れを落ち着かせてゼロにすることを可能にする。
【００６７】
２つの検知コイルからの信号は一緒にされ、次に、マイクロプロセッサーシステムにより処理され、このマイクロプロセッサーシステムは、発信された磁場情報に基づいて、及び検知コイルからの長期受信信号に基づいて、静磁場の不均衡の受信信号を調整し、次に、これは、試料のサイズと磁化率とに一致するか又は依存する短期の値（信号３４）を生成する。
【００６８】
光学センサー又は他のセンサーは、各試料の大きさや形状に関する情報を得るために、コイルと一緒に使用することができる。これは、信号がグレードに比例して発生されることを可能にし、すなわち、信号の強度は、試料の大きさや質量を表す係数で除される。
【００６９】
本発明の分析装置の高い感受性のために、不要な熱ドリフト作用は、分析装置により発生される読み値の整合性又は信頼性に重大な負の影響を与える可能性がある。熱ドリフトに対処するために、コイルを保持する巻型は、熱寸法的に安定であるべきである。この形態はすでに本明細書に言及されている。しかし、熱ドリフトの影響に対抗するために、追加の措置を取ることができる。一つの技術は、骨格の形式で、例えば、コイルの巻線を支持するのに十分な構造的剛性を持つ最小の質量（物質の含量）のフレームワークとして提供される熱的に安定な材料から、各巻型を製造することである。従って一般的な意味において、各巻型は、掘削されるか、又は複数の開口が形成されることにより、その物質含量が低減され、こうして、巻型は熱的に誘発される歪みを受けにくくなる。
【００７０】
本発明の範囲に含まれることが意図される特定の技術は、少なくともコイルと、図３に点線で示される筐体１８０の内部でコイルを支持する巻型と、を囲うことである。筐体は、筐体が隣接する分析装置の外表面に、漏れないような方法で固定されている。液体（例えば水）は、安定した温度で筐体内に保持されている。液体は、温度センサーに応答して、精密に制御された温度に電気的に加熱することができる。あるいは、図３に示されるように、加熱された供給源（図示していない）からの液体は、入口１８２を介して筐体内に向けられ、出口１８４を介して筐体から引き出すことができる。筐体の外で、水の温度は正確に制御される。実際、コイルと巻型、及び記載された種類の筐体中の熱変動の影響を受けやすい電子機器を囲むことにより、本来は巻型などの熱に敏感な構成要素により生成される比較的小さな温度変動を、吸収し安定化させることができる大きな熱シンクが確立される。
【００７１】
プロセッサー３６は、不要な外部事象により引き起こされる信号３４から、ゆっくり変化する中身を除去するためのアルゴリズムを組み込むことができる。
【００７２】
本発明の１つの具体的な目的は、掘削又は採鉱プロセス中に、標的鉱物の存在又は非存在を示すデータを、リアルタイムに提供することができる機能を提供することである。データは、手動又は自動で使用することができ、例えば適切なプロセッサーの使用を介して、採掘又は掘削プロセスを支援することができる。この技術により、大幅なコストと生産性の利点が得られる。
【００７３】
本発明のある形態において、グレード信号５５、又は分析中の岩石試料の所望の特性又は特性の存在もしくは非存在を反映する任意の同様の信号の生成は、満足のいく結果であると考えることができる。しかしながら、本発明の原理の好ましい適用において、グレード信号５５、又は分析されている岩石掘削物の性質を示す任意の同様の信号は、リアルタイムで、採掘機の動作を制御しガイドするために使用される。この点で、図５を参照すると、プロセッサー３２により生成されるデータ１４６は、２次プロセッサー１９０に保持された独自のアルゴリズムの観点からさらに分析される。このアルゴリズムの観点からデータ１４６は、プロセッサー１９０に関連付けられているメモリー中に保持された参照データと比較される。参照データは、経験値や、直接掘削や採掘プログラムの有効性にかなりの程度影響を与える多くのパラメータや変数に、基づく。このアルゴリズムは、参照データを目安として使用してデータ１４６を評価することができ、これに応答して出力信号１９２を生成し、この信号は、機械５８のオペレーターに利用することが可能になり、機械の機能についてオペレーターをガイドすることができる。あるいは又はさらに、信号１９２は、効率的かつ自動的に機械の動作を制御するために機械５８と連結している適切な制御ユニット１９４で処理される。
【００７４】
設計の利点は、空間２０内の磁場強度が、検知領域の中央から端まで比較的一定であることである。すなわち２つのコイル１２、１４により生成される読み値は、コイルの幾何学的中心からの試料のオフセットにより大幅な影響を受けない。
【００７５】
いくつかの金属の化合物は、特定の金属原子に対する電子集団のパターンの結果として、高い磁化率を有する。特に、部分的に充填された電子サブシェル３ｄ、４ｆ、又は５ｆがある場合、非常に高い磁化率を有する構成要素が形成される。以下の金属は、このグループに入る。
【００７６】
【表１】
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【００７７】
これらの金属の多くは鉱業にとって重要であり、この特性を使用して、不要な鉱物（廃石）から正確に区別することができる。地球の地殻の９５％は、酸素、ケイ素、アルミニウム、カルシウム、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、及び水素から成る。これらの元素のいずれも、本分析器により検出されない。従って、鉱床を取り囲む岩並びに鉱石の汚染物質は、本分析装置には何の影響も及ぼさない。
【００７８】
本分析装置は、各粒状試料内の元素を検出することができる。しかし、一般に化合物の形態であるこれらの元素は金属であり、周期表の特定の部分内にある。しかし、本分析装置は、従来の金属検出器により検出されるには低すぎる乏しい導電性を有する金属化合物を検出することが可能であるため、本分析装置の使用は純粋な金属の検出に限定されない。この種の化合物は、低い又はゼロの潜在磁性を有する。本分析装置で検出される関連する特性は磁化率である。本分析装置は、試料の水によりも、イオン性化合物又はその塩よっても影響を受けない。土壌及び鉱石中の一般的な塩は、しばしば、ナトリウム、カルシウム、マグネシウム、カリウム、及びリチウムの化合物であり、これらの元素のいずれも、いかなる方法でも本分析装置に影響を与えない。
【００７９】
コイル１２、１４、及び１６（図１）の放射状構成から得られる利点は、実質的に図４に示すように、類似のコイル２１２、２１４、及び２１６が、軸方向に延びる垂直アレイで構成されている場合に達成された結果と比較しなければならない。軸システムでは、上部コイルと下部コイル２１２及び２１４はそれぞれ検知コイルであり、上部コイルと下部コイルに対して同軸上に位置する中央のコイル２１６は励磁コイルである。
【００８０】
軸方向の構成では、物質試料は、重力作用下に垂直に落下し、周りにコイルが配置されている長手方向軸２２０にほぼ沿って移動する。コイル２１２の検知領域における励磁コイルにより生成される電磁場は、コイル２１４の検知領域と実質的に同である。しかし、試験中の試料は下方に移動する時、速度が上昇する。従って、試料がコイル２１４を横断する時の試料速度は、試料がコイル２１０を横断する速度に比べて速い。これにもかかわらず、一般的には、図４に示される分析装置は、放射状コイル構成を有する分析装置と同じ方法で機能する（図１）。電磁場のための励磁信号が生成され、検知コイル２１６により発信される。検知コイル２１２及び２１４中で生成される信号は、差動信号を増幅するプロセッサーに入力される。差動信号のレベルや位相は検出され、不要な干渉信号は除去される。結果として生じる信号は、試料サイズ情報などの他の情報と組み合わされて、バルク導電率及び磁化率の値が計算される。こうしてコントローラーは、特定の用途に依存する形式で出力信号（図２の信号５５に対応する）を生成する。
【００８１】
以下の表は、コイルの軸方向の垂直な構成（図４）より上の、及びコイルの放射状構成（図１参照）より上の、異なる出発点から、制御された方法で、銅試料を落下させた場合に得られた比較結果である。５００ミリメートルの落下高さでは、放射状分析装置は、軸方向分析装置の約４倍の振幅である信号を与えた。１００ミリメートルの落下高さでは、信号の差は２倍のオーダーである。
【表２】
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【００８２】
従って放射状の構成は、軸方向の構成よりもより高感度である。２種類の分析装置に対するドリフトの影響は実質的に同じであった。
【００８３】
放射状構成の相対的な高感度は、放射状構成がすべての点で軸構成より優れていることを、必ずしも意味するものでは無い。例えば、軸構成のものは、出力読み値のドリフトを引き起こす可能性のある要因を相殺する固有の能力を示す。個々の岩石試料が１つずつ分析される場合には、軸構成が非常に効果的であり得る。しかし放射状構成は、掘削機により生成される、コイル中を重力の作用で落下させられる岩石掘削物の連続的な流れを、リアルタイムでサンプリングするのにより一般的に適している。ある点で、これは、放射状コイル構成又は軸コイル構成を使用するか否かを判定する場合、用途を考慮しなければならないことを意味する。例えば、すべての岩石掘削物の点で、その場でリアルタイム条件下で分析をすべきか、又は比較的ゆっくり、試料毎に分析すべきか？、などである。
【００８４】
従って、本発明の方法は、少なくとも２つの方法で、すなわち放射状コイル構成と軸コイル構成を使用して実施することができる。図５のフローチャートは、その中で、複数の岩石掘削物試料５６を生成するための採掘機６２の使用を示すという点で、各形態の方法に適用可能である。埃と微細物質６２は、主物質流から除去される。得られる「クリーン」な試料５６Ａは、物質ハンドリングシステム６０Ａにより分析機器に提示される。試料は、重力作用下で落下（ブロック１４２）し、励磁コイル１６Ｒにより確立される電磁場１４４を通過するようにされる。軸構成又は放射状構成の、検知コイル又は受信コイル１２Ｒと１４Ｒは、各試料の通過により引き起こされる電磁場の変動に応答して、各出力信号を生成し、これはプロセッサー３６に提示され、これは次に、各試料で所望の特性の存在又は非存在を示すデータを生成する。
【００８５】
分析装置を出る掘削物は、構造６８によりバルブ７０に誘導される。バルブ中で回収される掘削物の質量が上昇すると、平坦化された下端１００が開くポイントに到達し、次に掘削物は自動的にバルブから排出される。これらの掘削物は廃棄物に向けられるか、又は、必要に応じて、さらなる分析のために容器１２０に回収することができる。
【００８６】
従って物質ハンドリングシステム６０は、採掘機により生成された粒子が回収され、細かい掘削物と粗い掘削物とに分離されるシステムである。粗い掘削物は重力作用下で分析装置１０中を、分析装置の特性に適した低速で連続的に移動される。分析装置は、非磁性ガイド構造により磁性構成要素から分離される。サイクロン分離器が満足に動作するためにシステムの内部で必要な真空の程度が維持されることを確実にする単純な方法で、分析装置に曝露された掘削物の自動排出が達成される。
【００８７】
システム６０は、例えば１回の掘削サイクル中に生成される掘削物を扱うことができる。新しいドリルロッドが掘削機に追加される時、埃回収システムは停止され、すなわち真空源７８がオフにされる。次に、物質ハンドリングシステムに空気が吹き込まれ、蓄積された可能性のある粒子が除去される。次に、必要に応じて分析装置が較正される。これらの工程は、新しいドリルロッドが掘削機５８のドリルストリングに追加される時に行われ、次に、システム６０は、新たな掘削サイクル中に、使用可能な状態にされる。
【００８８】
本発明はまた、任意のコンピューターで使用可能な媒体上に格納されたソフトウェアを含むコンピュータープログラム製品に関する。１種又はそれ以上のデータ処理装置又はプロセッサーで実行される時、そのようなソフトウェアは、プロセッサーを、本明細書に記載されるように動作させる。本発明の態様は、現在公知の又は将来的に公知となるであろう任意のコンピューターで使用可能な又は読み取り可能な媒体を使用する。コンピューターで使用可能な媒体の例としては、特に限定されないが、一次記憶装置（例えば、任意のタイプのランダムアクセスメモリー）、二次記憶装置（例えば、ハードドライブ、フロッピー（登録商標）ディスク、ＣＤＲＯＭ、ＤＶＤ、ＺＩＰディスク、テープ、磁気記憶デバイス、光記憶デバイス、ＭＥＭＳ、ナノテクノロジー記憶装置、等）、及び通信媒体（例えば、有線及び無線通信ネットワーク、ローカルエリアネットワーク、広域ネットワーク、イントラネット、等）がある。
【００８９】
本発明の様々な態様を説明したが、これらはほんの一例として提示されており、限定的ではないことを理解すべきである。形式及び詳細における様々な変更が、添付の特許請求の範囲に規定される本発明の精神及び範囲から逸脱することなくなされ得ることは、関連分野の当業者により理解されるであろう。しかしながら、本発明はこれらの実施例に限定されるものではないことを理解すべきである。本発明は、本明細書に記載されるように動作する任意の要素に適用可能である。従って、本発明の範囲は上記した例示的態様のいずれによりも限定されるべきではなく、以下の特許請求の範囲及びその均等物により定義されるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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