辐射度量的水平或密度测量

摘要

本发明公开了一种用于确定介质的水平或者密度的辐射度量的水平或密度测量系统，以及一种用于辐射度量地确定介质的水平或者密度的方法。根据本发明的一个实施例，通过借助光电二极管阵列检测由闪烁体产生的闪光来辐射度量地测量罐中介质的水平或者密度。计算相应的电压脉冲的总和，并且在将这些电压脉冲用于确定介质的水平或者密度之前，对这些电压脉冲的关联性进行分析。

说明书

相关申请引用

本申请要求通过引用将其公开内容合并于此的、在2008年12月8日提交的欧洲专利申请EP 08170957.8以及通过引用将其公开内容合并于此的、在2008年12月8日提交的美国临时专利申请61/120,537的优先权。

技术领域

本发明涉及辐射度量的水平或密度测量。本发明具体地涉及一种用于确定介质的水平或者密度的辐射度量的水平测量系统和/或辐射度量的密度测量系统，也涉及一种用于辐射度量地确定介质的水平(也就是极限水平测量)或者密度的方法或者用于关于传送带或者螺旋输送机的吞吐量测量的方法。

背景技术

在当今的辐射度量的测量系统中使用所谓的光电倍增器，该光电倍增器检测由闪烁体产生的闪光并且将由闪烁体产生的闪光转换成电信号。这种光电倍增器可能需要复杂的电压产生。此外，所需要的空间可能比较大。

发明内容

本发明公开了一种根据独立权利要求的特征所述的用于确定介质的水平或者密度的辐射度量的水平或密度测量系统，以及用于辐射度量地确定介质的水平或者密度的方法。在从属权利要求中公开了本发明的附加改进方案。

所描述的实施例同样地应用于测量系统和方法。换言之，也可在方法中实施以下关于测量系统所描述的特征，反之亦然。

根据本发明的一个实施例，公开了一种用于确定罐中介质的水平或者密度的、辐射度量的水平测量系统和/或密度测量系统，其中该测量系统的特征在于包括转换器、光电二极管和评估单元。转换器用于将透过介质的电离第一辐射至少部分转换成电磁第二辐射。光电二极管用于将第二辐射至少部分转换成电信号(例如电压信号)，并且评估单元用于分别基于多个所产生的电压脉冲或者电压信号来确定介质的水平或者密度。

换言之，由转换器输出的电磁信号(第二辐射)至少部分地被光电二极管检测。光电二极管将这些电磁信号转换成相应的电压信号，这些电压信号然后可以被计数。在计数之前，可以计算彼此对应的信号(即，基于相同事件的信号)的总和。

可看到利用光电二极管的优势在于它们小并且可以便宜地制造并且容易地控制它们。若干个光电二极管的组合可使得可能抑制光电二极管的消隐脉冲并且增加系统的灵敏度。

电离辐射的至少部分转换意味着不需要转换由放射性源发出并且通过罐的全部辐射。只要转换该辐射的一小部分就足够。这类似地应用于由光电二极管进行的辐射转换，因为光电二极管或者光电二极管阵列可能也未检测出由转换器发出的全部辐射(例如，因为该辐射的部分通过了光电二极管)。

根据本发明的另一实施例，光电二极管是雪崩光电二极管(APD)。

使用了基于半导体的光电二极管而不是例如基于管技术的光电倍增器。与光电倍增器相比，这些光电二极管较小并且较容易控制。因为雪崩光电二极管具有非常高的灵敏度，因此它们是有利的。

根据本发明的另一实施例，以将入射的电离辐射转换成闪光的闪烁体或者闪烁计数器的形式来实现转换器。

根据本发明的另一实施例，测量系统的特征还在于包括将光电二极管的电压脉冲转换成数字信号的比较器。

根据本发明的另一实施例，评估单元被设计用于对电压脉冲或者来源于比较器的数字信号进行计数。

根据本发明的另一实施例，测量系统的特征在于包括用于计算同时生成的数字信号(即，基于闪烁体中相同的事件并且因此彼此对应的信号)的总和的求和装置。求和装置然后输出相应的和信号。在该情况中，评估单元用于仅对具有预定最小数量的数字信号的和信号进行计数。其余的和信号未被进行计数而是被丢弃。

这可使得可能阻止错误测量消极地影响最终结果。事实上，仅考虑了同时生成并且因此由若干个闪光引起的信号，其中所述若干个闪光是在闪烁体中由相同的事件(例如由相同的γ量子)产生的。例如由于光电二极管的固有热噪声而产生的消隐脉冲来源于不同的事件并且因此不同时发生。由此可有效地抑制这些脉冲。

根据本发明的另一实施例，求和装置被设计用于计算同时生成的电压脉冲的总和并且用于输出相应的和信号，其中评估单元被设计成用于仅对具有预定的最小脉冲强度的和信号进行计数。其余的和信号被再次丢弃。

根据本发明的另一实施例，公开了一种用于辐射度量地确定介质的水平或者密度的方法，其中将透过介质的电离第一辐射至少部分转换成电磁第二辐射(例如光)。借助于光电二极管将该第二辐射至少部分转换成电压脉冲。随后基于所产生的电压脉冲的检测到的数量来确定介质的水平或者密度。

在确定水平或者密度之前，可以将所产生的电压脉冲转换成随后对其进行计数的数字信号。

特别地，会有可能以上述方式计算同时生成的数字信号或者电压脉冲的总和。如果相应的和信号满足最低要求，则其仅用于确定所测量的值。可提供仅允许足够强的信号通过的滤波器，以便判定是否满足最低要求。如果计算数字信号的总和，则最低要求包括和信号具有某个最小数量的、彼此相加的数字信号。如果计算电压脉冲的总和，则最低要求包括所得到的总脉冲具有最小脉冲强度或者最小幅值，即包括足够数量的单个脉冲。

以下参考附图描述本发明的实施例。

附图说明

图1示出了根据本发明的一个实施例的测量系统的视图。

图2示出了根据本发明的另一实施例的测量系统的视图。

图3示出了根据本发明的另一实施例的测量系统的视图。

图4示出了根据本发明的一个实施例的方法的流程图。

图5示出了根据本发明的另一实施例的测量系统的视图。

具体实施方式

图中的视图是示意性的而不是真实的比例。

在以下的附图描述中，对于相同或者相似的元件使用相同的参考符号。

图1示出了根据本发明的一个实施例的测量系统的视图。测量系统100的特征在于包括放射性源106、闪烁计数器或者闪烁体的形式的转换器101、若干个光电二极管102、113、114、求和装置105、比较器104以及微处理器或者评估单元103。例如，可以以计算机的形式实现评估单元103。

放射性源包括例如γ辐射体。由源106产生的放射性辐射或者电离辐射109朝着容器或者罐107的方向发出。容器107包括例如液体、固体或者气体形式的产品108。在透过容器107期间，电离辐射109被削弱到取决于产品108的水平或者密度的程度。在容器的另一侧出现的(剩余)辐射110在闪烁计数器101上入射。

应注意的是，放射性源106也可包括α辐射体或者β辐射体。

在闪烁体101上入射的电离辐射或者电离粒子产生闪光111、112。γ量子可以同时产生几百到几千个同时发射并且最终登记为事件的光子。这些闪光(或者事件)被光电二极管102、113、114记录并且转换成彼此相关的相应电压脉冲。

由闪光111、112生成的两个电压脉冲在求和装置105中被计算总和并且在比较器104中被转换成数字信号，其中如果数字信号是由最小数量的单个电压脉冲引起的，则该数字信号随后用于通过评估单元103确定介质的水平或者密度。

图2示出了这种测量系统100的另一实施例，其中使用在若干个方向上发出辐射的辐射源106，以使得该辐射透过容器107的大部分，而不是使用(根据图1的)有方向的放射性辐射体106。

由闪烁体101产生的闪光至少部分地被可两维地实现的二极管阵列102、113、114、201至204获取，并且被转换成相应的电压脉冲。所有的电压脉冲随后在比较器104中被数字化。相应的数字信号然后在装置105中被计算总和并且以和信号的形式发送到评估单元103。

图3示出了根据本发明的另一实施例的测量系统。该测量系统包括电源单元301、处理器或者微控制器(评估单元)103、闪烁体101、一个或者多个光电二极管102、信号放大器302、比较器104以及电流输出或者现场总线接口303。

也可提供电压倍增。

闪烁体101将辐射源的放射性γ辐射转换成闪光，该闪光又由光电二极管转换成电压脉冲。下游的信号放大器放大了这些电压脉冲。比较器(例如每个二极管一个比较器)然后将电压脉冲转换成由处理器103计数的数字脉冲。电离辐射在容器中被吸收或者削弱到取决于处理值(即罐中的水平或者罐中的密度条件)的程度。这引起了脉冲频率变化。

处理器103根据脉冲频率确定物理处理值。由于半导体部件受到固有噪声影响，因此会出现无意的脉冲或者所谓的消隐噪声(特别是伴随雪崩光电二极管)。半导体二极管的有源表面小于光电倍增器的有源表面。

然而，如果以平行方式(作为阵列)使用若干个光电二极管，则可改进测量结果。这增加了有源表面的尺寸并且同时抑制了固有噪声，因为若干个二极管的固有噪声不是相干的。然而，如果测量脉冲是由相同的电离事件引起的，则它们非常相干。

如果现在计算二极管的输出脉冲的总和，则相干测量脉冲导致比非相干噪声信号更高的输出脉冲。这会使得可能将基于电离事件的测量信号与基于噪声的测量信号分开。

也可能在通过似然性检查(例如“三分之二判定”)将噪声信号与测量脉冲分开之前，将二极管的输出脉冲初始地转换成数字信号。

图4示出了方法的流程图，其中在步骤401中将电离辐射转换成电磁辐射。在步骤402中，随后借助光电二极管将电磁辐射转换成电压脉冲。然后在步骤403中评价所得到的信号是否由电离事件或者噪声引起。在步骤404中，被识别为有效测量信号的信号用于确定介质的水平或者密度。

图5示出了根据本发明的另一实施例的测量系统，其中使用辐射源106而不是(根据图1的)有方向的放射性辐射体，该辐射源106在若干个方向上发射辐射，以使得辐射透过容器107的大部分。若干个光电二极管102、113、114耦合到面上(即在上侧和/或下侧)的闪烁体101。它们可通过光波导502、503、504连接到闪烁体。光波导分开所产生的闪光，以使得每个光电二极管接收并且可以检测其一部分。

因此，测量在闪烁体中产生的光强度，而不是进行垂直分辨率测量。可以基于对应于事件(闪光)的数量的、所测量的强度来确定容器中介质的水平或者密度。

光波导可包括塑料、玻璃或者闪烁体材料。任何能够引导第二电磁辐射(例如光)的其他材料适合于该目的。针对该目的甚至可考虑光电二极管到闪烁体的直接耦合或者气隙。

一个或者多个比较器104检测光电二极管的信号并且产生电压脉冲。优选的是每个光电二极管利用至少一个比较器。如果最小数量的比较器已经同时传递了信号并且事件因此是由测量信号而不是光电二极管的噪声信号引起的，则求和装置105可以计算比较器的电压脉冲的总和并且将信息发送到评估单元103。

作为补充，应注意的是，“包括”以及“其特征在于”不排除其他元件或者步骤，并且“一”或者“一个”不排除复数。此外应注意的是，参照以上实施例之一描述的特征或者步骤也可以结合其他上述实施例的其他特征或步骤来使用。不应以限制性的意义来理解权利要求中的参考符号。