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Dokumentenidentifikation DE10048559A1 11.04.2002
Titel Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung der Dichte und/oder des Füllstands eines Mediums in einem Behälter
Anmelder Endress + Hauser GmbH + Co., 79689 Maulburg, DE
Erfinder Neuhaus, Joachim, 79585 Steinen, DE;
Damm, Hartmut, 79650 Schopfheim, DE
Vertreter Andres, A., Pat.-Anw., 79576 Weil am Rhein
DE-Anmeldedatum 30.09.2000
DE-Aktenzeichen 10048559
Offenlegungstag 11.04.2002
Veröffentlichungstag im Patentblatt 11.04.2002
IPC-Hauptklasse G01N 23/00
IPC-Nebenklasse G01F 23/288   G01N 23/06   G01T 1/36   
Zusammenfassung Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung der Dichte und/oder des Füllstands (F) eines Mediums (2) in einem Behälter (3).
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine radiometrische Vorrichtung (1) mit einer hochgenauen Driftstabilisierung vorzuschlagen.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß eine Analyseeinheit (7) vorgesehen ist, die in zumindest einem Teilbereich das Energiespektrum der von der Empfangseinheit (6) detektierten Strahlung ermittelt, und daß die Regel-/Auswerteeinheit (8) anhand zumindest eines charakteristischen Bereichs des Energiespektrums oder eines Teilbereichs des Energiespektrums eine Driftstabilisierung der radiometrischen Meßvorrichtung (1) vornimmt.

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung der Dichte und/oder des Füllstands eines Mediums in einem Behälter, wobei eine Sendeeinheit vorgesehen ist, die radioaktive Strahlung aussendet, wobei eine Empfangseinheit vorgesehen ist, die derart angeordnet ist, daß sie die radioaktive Strahlung oder die durch Wechselwirkung der radioaktiven Strahlung mit dem Medium erzeugte Sekundärstrahlung empfängt, und wobei eine Auswerteeinheit vorgesehen ist, die anhand der von der Empfangseinheit gelieferten Meßdaten die Dichte und/oder den Füllstand des Mediums in dem Behälter bestimmt. Beispielsweise handelt es sich bei der Sendeeinheit um eine Cs137- oder eine Co60-Quelle. Ist das Medium selbst radioaktiv, so kann selbstverständlich auf die separate Sendeeinheit verzichtet werden. Als Empfangseinheit wird bevorzugt ein stabförmiger Geiger-Müller-Zähler oder ein Stabszintillator eingesetzt.

Das radiometrische Meßprinzip kommt immer dann zum Einsatz, wenn andere Meßverfahren infolge extremer Anwendungsbedingungen versagen oder wenn eine hohe Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit des Meßsystems gewährleistet sein muß. Wird die Detektion ionisierender Strahlung zur Füllstands- oder Dichtemessung herangezogen, so ist es unabdingbar, daß die Empfindlichkeit des Systems konstant gehalten wird. Letzteres ist üblicherweise nicht ohne entsprechende Hilfsmaßnahmen sichergestellt, da sowohl das jeweilige Szintillationsmaterial der Empfangseinheit als auch der Detektor, z. B. ein Photoempfänger, der die im Szintillationsmaterial erzeugte Strahlung detektiert, gewissen Schwankungen in der Empfindlichkeit unterliegen. Diese Schwankungen gehen beispielsweise auf Temperaturänderungen in der Meßumgebung oder auf Alterungseffekte der elektronischen Bauteile zurück. Da zur Füllstands- oder Dichtebestimmung jeweils die gesamte das Medium durchdringenden Strahlung ausgewertet wird, ist eine Stabilisierung der radiometrischen Meßvorrichtung im Hinblick auf Temperatur- und Alterungseffekte unbedingt notwendig.

Es sind bereits verschiedene Verfahren zur Driftstabilisierung einer radiometrischen Meßvorrichtung bekannt geworden. In der DE-PS 18 09 520 wird die Anzahl der Impulse, die oberhalb eines vorgegebenen Schwellwerts im Energiespektrum liegen, konstant gehalten. Um eine besonders empfindliche Driftstabilisierung zu erzielen, wird als Schwellwert die Flanke eines Peaks des Spektrums verwendet. Als Nachteil dieser Lösung ist anzusehen, daß Schwankungen in der Hintergrundstrahlung - wobei die Hintergrundstrahlung oberhalb des eigentlichen Nutzspektrums angesiedelt ist - die Stabilisierung der Meßvorrichtung beeinflußt.

Weiterhin ist aus der DE 41 14 030 C1 eine Lösung bekannt geworden, bei der die Hintergrundstrahlung selbst zur Driftstabilisierung verwendet wird. Da der Peak der Hintergrundstrahlung deutlich oberhalb des Nutzspektrums liegt, läßt er sich gut separieren. Nachteilig wirken sich bei dieser bekannten Lösung natürlich alle Schwankungen in der Hintergrundstrahlung aus. Derartige Schwankungen lassen sich beispielsweise auf Änderungen der Sonnenaktivität zurückführen.

In der CH-PS 665291 wird eine Vorrichtung beschrieben, bei der die Empfangseinheit durch Bestrahlung mit einer separaten Lichtquelle stabilisiert wird. Hierzu wird der Szintillationszähler z. B. über eine Leuchtdiode in regelmäßigen Intervallen angestrahlt. Die Intensität dieser Strahlung wird gemessen und zur Stabilisierung verwendet. Nachteilig bei dieser Vorrichtung ist die Temperaturabhängigkeit der Leuchtdiode. Diesem Mißstand kann nur dadurch abgeholfen werden, daß die Änderung der Lichtintensität über die Temperatur in jedem Einzelfall individuell ermittelt und nachfolgend zur Kompensation der Temperatureffekte verwendet wird.

Darüber hinaus ist es im Zusammenhang mit Laboranwendungen bekannt geworden, das Energiespektrum der ionisierenden Strahlung aufzunehmen und zur Driftstabilisierung heranzuziehen. Die Aufnahme des Spektrums erfolgt üblicherweise mit einem Multi-Channel-Analyser. Bei dieser Methode enstpricht jedem Kanal ein definierter Energiebereich - sprich eine Amplitude. Jeder Amplitude wird dann die entsprechende, in dem Energiebereich auftretende Impulsrate zugeordnet. Anhand der so gewonnenen spektralen Verteilung können z. B. systembedingte Änderungen, die sich in einem veränderlichen Verstärkungsfaktor der Meßvorrichtung widerspiegeln, kompensiert werden. Insbesondere wird hierzu einem ausgewählten Kanal ein Peak des Spektrums mit bekannter Energie zugeordnet; die Driftstabilisierung wird dadurch erreicht, daß über eine Regelung der Verstärkung der Peak stets in dem ausgewählten Kanal zu liegen kommt. Wie bereits gesagt, wurde bislang die Auswertung des Energiespektrums nur im Laborbereich eingesetzt. Die Analyse des Energiespektrums hat bislang keinen Einzug in die industrielle Meßtechnik gehalten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine radiometrische Vorrichtung mit einer hochgenauen Driftstabilisierung vorzuschlagen.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß eine Analyseeinheit vorgesehen ist, die in zumindest einem Teilbereich das Energiespektrum der von der Empfangseinheit detektierten Strahlung ermittelt, und daß die Regel-/Auswerteeinheit anhand zumindest eines charakteristischen Bereichs des Energiespektrums oder eines Teilbereichs des Energiespektrums eine Driftstabilisierung der radiometrischen Meßvorrichtung vornimmt.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung handelt es sich bei dem charakteristischen Bereich um den Photopeak, die Compton-Kante oder einen anderweitigen anwendungsspezifischen Bereich des Energiespektrums.

Als besonders günstig wird die Ausgestaltung angesehen, daß die Regel- /Auswerteeinheit eine Driftstabilisierung dadurch erreicht, daß sie die Lage des charakteristischen Bereichs im Energiespektrum näherungsweise konstant hält. Das Konstanthalten der Lage des charakteristischen Bereichs kann über verschiedene Methoden erreicht werden und ist u. a. abhängig von der Art der Empfangseinheit. Wird als Empfangseinheit beispielsweise ein Photomultiplier verwendet, so kann die Lage des charakteristischen Bereichs über die Regelung der anliegenden Hochspannung erfolgen.

Multi-Channel-Analyser, die im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommen können, haben den Nachteil, daß sie relativ teuer sind. Daher schlägt eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung folgendes vor: Die Analyseeinheit weist zumindest zwei Kanäle auf, wobei ein erster Kanal die Impulse über das gesamte Energiespektrum bzw. über einen Teilbereich des Energiespektrums erfaßt und wobei zumindest ein zusätzlicher Kanal das Energiespektrum bzw. einen Teilbereich des Energiespektrums abscannt. Erreicht werden kann das sukzessive Abscannen des Energiespektrums bzw. des Teilbereichs des Energiespektrums dadurch, daß die Regel-/Auswerteeinheit die Amplitude des zumindest einen zusätzlichen Kanals kontinuierlich oder schrittweise ändert. Da im Prinzip also zwei Kanäle vollkommen ausreichend sind, handelt es sich bei dieser Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung um eine sehr kostengünstige Variante. Hierdurch wird der Einsatz in der industriellen Meßtechnik, die an einer Kombination von zuverlässigen, genauen und kostengünstigen Lösungen interessiert ist, erst richtig sinnvoll.

Eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, daß die Analyseeinheit derart ausgebildet ist, daß der zumindest eine zusätzliche Kanal jeweils nur die Impulse erfaßt, die oberhalb eines vorgegebenen Schwellwertes liegen, und daß die Regel-/Auswerteeinheit durch eine Differenzbildung der Impulse zweier aufeinanderfolgender Messungen mit unterschiedlichen Schwellwerten das Energiespektrum bzw. den Teilbereich des Energiespektrums ermittelt. Diese Ausgestaltung ist insofern als besonders vorteilhaft zu erachten, da ein Kanal hier lediglich einen Komparator und einen Zähler umfaßt.

Gemäß einer alternativen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Analyseeinheit derart ausgebildet ist, daß der zumindest eine zusätzliche Kanal nur die Impulse erfaßt, die innerhalb eines durch einen unteren und oberen Schwellwert vorgegebenen Bereichs liegen, und daß die Regel- /Auswerteeinheit anhand der gemessenen Impulse das Energiespektrum bzw. den gewünschten Teilbereich des Energiespektrums ermittelt. In diesem Fall umfaßt ein Kanal bevorzugt einen Komparator, einen Diskriminator, ein logisches Gatter und einen Zähler.

Eine vorteilhafte Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die immer dann zum Einsatz kommen kann, wenn die ungefähre Lage des Peaks im Spektrum bekannt ist, sieht folgendes vor: Die Analyseeinheit weist drei fest vorgegebene Kanäle auf, die im Bereich des Photopeaks oder eines weiteren charakteristischen Peaks des Energiespektrums liegen; anhand der Lage des Maximums des gewählten Peaks nimmt die Regel-/Auswerteeinheit die Driftstabilisierung der radiometrischen Meßvorrichtung vor. Bei dieser Lösung kann also mit wenigen Kanälen gearbeitet werden, deren Amplitude darüber hinaus nicht variiert werden muß. Insbesondere legt die Regel-/Auswerteeinheit die Kanäle so fest, daß sie im wesentlichen gleichmäßig über den Peak verteilt sind. Die Driftstabilisierung erfolgt nachfolgend beispielsweise dadurch, daß die Hochspannung so geregelt wird, daß der mittlere Kanal die höchste Impulsrate liefert, während die beiden seitlichen Kanäle zumindest näherungsweise gleiche Impulsraten liefern.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung schlägt vor, daß die Regel-/Auswerteeinheit anhand eines Vergleichs zwischen dem aktuellen Energiespektrum und einem vorgegebenen Energiespektrum eine temporäre Störstrahlung erkennt und bei der Bestimmung des Füllstands oder der Dichte des Mediums berücksichtigt. Die temporäre Störstrahlung kann beispielsweise durch Gammagraphie- Untersuchungen in der Umgebung der radiometrischen Meßvorrichtung verursacht werden. Derartige Störstrahlungen lassen sich erfindungsgemäß problemlos erkennen und ausblenden.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 2 eine Darstellung des Energiespektrums,

Fig. 3 ein Blockschaltbild mit Empfangseinheit, Analyseeinheit und Regel- /Auswerteeinheit gemäß einer ersten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 4 eine Darstellung der Ausgangssignale von einer in Fig. 3 verwendeten Komparator-/Diskriminatorschaltung,

Fig. 5 eine Darstellung der Ausgangssignale eines der AND-Gatter aus Fig. 3,

Fig. 6 ein Blockschaltbild mit Empfangseinheit, Analyseeinheit und Regel- /Auswerteeinheit gemäß einer zweiten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 7 eine Darstellung der Ausgangssignale eines der Zähler, die in Fig. 6 verwendet werden,

Fig. 8 eine Darstellung des Energiespektrums, das anhand der in Fig. 6 gezeigten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung gewonnen wird,

Fig. 9 eine Darstellung des Energiespektrums, bei dem eine dritte vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung angewendet wird, und

Fig. 10 ein Blockschaltbild mit Empfangseinheit, Analyseeinheit und Regel- /Auswerteeinheit gemäß der dritten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1. Das Medium 2 ist in dem Behälter 3 gelagert. Die momentane Füllhöhe des Mediums 2 in dem Behälter 3 ist mit L gekennzeichnet, während H die maximale Füllhöhe des Mediums 2 in dem Behälter 3 charakterisiert.

Im oberen Bereich des Behälters 3 ist die Sendeeinheit 5 angeordnet, die radioaktive Strahlung aussendet. Die radioaktive Strahlung durchdringt die Behälterwand 4 und den Innenraum des Behälters 3 und wird von der Empfangseinheit 6, die auf der gegenüberliegenden Seite des Behälters 3 angeordnet sind, empfangen. Bei der Empfangseinheit 6 handelt es sich beispielsweise um einen Stabszintillator. Selbstverständlich sind auch Halbleiterdetektoren, die ggf. in Form einzelner Detektorarrays über die Höhe H des Behälters 3 verteilt sind, als Empfangseinheit 6 bestens geeignet. Weiterhin kann anstelle eines Stabszintillators auch ein Geiger-Müller- Zählrohr eingesetzt werden.

Die kleinen Buchstaben a, b, c, d kennzeichnen beispielhaft vier unterschiedliche Wege, die die Strahlung durch den Behälter 3 nimmt, bevor sie in der Empfangseinheit 6 detektiert wird. Im Falle der Füllstandsmessung bzw. der Füllstandsüberwachung ist die von der Empfangseinheit 6 detektierte Strahlung um so größer, je geringer die Füllhöhe L des Mediums 2 in dem Behälter 3 ist. Im Falle der Dichtemessung, die bevorzugt an in Rohren fließenden Materialien 2 vorgenommen wird, ist der von der Empfangseinheit 6 detektierte Strahlungsanteil um so größer, je kleiner die Dichte des Mediums 2 ist.

Die Analyseeinheit 7 ermittelt zumindest in einem ausgewählten Bereich das Energiespektrum der von der Empfangseinheit 6 detektierten Strahlung. Ein typisches Energiespektrum, das bei einem radiometrischen Meßverfahren auftritt, ist in der Fig. 2 dargestellt. In dem Energiespektrum ist die Anzahl der pro Zeiteinheit detektierten Impulse, also die Impulsrate, gegen die zugehörige Energie aufgetragen.

Im niederenergetischen Bereich ist ein relativ hoher Rauschanteil, der zu höheren Energien hin in das sog. Comptonspektrum übergeht. Das Comptonspektrum entsteht, wenn hochenergetische Röntgen- oder Gammaquanten, die an Elektronen gestreut werden, während des Stoßes einen Teil ihrer Energie und ihres Impulses auf die gestreuten Elektronen übertragen. Hinter der Comptonkante im hochenergetischen Bereich des Energiespektrums liegt der Photopeak. Der Photopeak charakterisiert die radioaktive Strahlung der Strahlungsquelle 5, die den Behälter und das Medium 2 ohne Wechselwirkung mit dem Medium 2 oder dem Behälter 3 durchdrungen hat. Oberhalb des Photopeaks liegt ein weiterer Peak, der durch hochenergetische Störstrahlung, beispielsweise die kosmische Hintergrundstrahlung, verursacht wird.

Die Gesamtstrahlung, die die Empfangseinheit 6 erreicht, ist einmal abhängig von der Art und Beschaffenheit des Behälters 3, wobei der Einfluß dieser Größe konstant ist. Weiterhin hängt die detektierte Gesamtstrahlung von der Füllhöhe L des zu messenden oder zu überwachenden Mediums 2 bzw. von der Dichte des Mediums 2 ab. Zwecks Erfassung des integralen Meßwerts werden die Impulse gezählt, die innerhalb eines festen Zeitintervalls in der Empfangseinheit 6 auftreten. Die Impulsrate stellt ein Maß für den Füllstand L bez. die Dichte des Mediums 2 dar. Die Meßdaten werden von dem Mikroprozessor 21 z. B. an eine Eingabe-/Ausgabeeinheit 9 weitergeleitet. Selbstverständlich ist es möglich, daß zwecks Datenaustausch mit einer entfernten Kontrollstelle ein Bussystem vorgesehen ist.

Nachteilig bei den bekannten radiometrische Meßvorrichtungen ist u. a., daß temporär auftretende Störstrahlungen unmittelbar in das Füllstands- oder Dichtemeßergebnis einfließen. Um die Störstrahlung zu erkennen und eliminieren zu können, ist bislang ein zusätzlicher Detektor erforderlich, der so angeordnet sein muß, daß er nur die Störstrahlung aber keine Strahlung von der Sendeeinheit 5 empfängt. Weiterhin ist es bislang notwendig, auf eine der Methoden zur Driftstabilisierung zurückzugreifen, die in der Einleitung der vorliegenden Anmeldung bereits beschrieben sind. Nur so läßt sich der Einfluß kompensieren, den beispielsweise Änderungen in der Strahlungsintensität der Strahlungsquelle oder den die Alterung der elektronischen Komponenten oder deren Temperturabhängigkeit auf das Meßergebnis haben bzw. hat.

Beide Probleme des Standes der Technik werden durch die erfindungsgemäße Vorrichtung gelöst: Wenn das Energiespektrum oder zumindest ein definierter Teil des Energiespektrums erfaßt wird, lassen sich temporär auftretende Störstrahlungen erkennen und eliminieren, so daß sie das Meßergebnis nachfolgend nicht mehr beeinflussen. Weiterhin ermöglicht die erfindungsgemäße Lösung eine zuverlässige, fehlerfreie Driftstabilisierung. Hierzu sind, wie in Fig. 2 angedeutet, zumindest zwei Kanäle D1, K1 und D2, K2 (bzw. allgemein Dx, Kx, mit x = 2, 3 . . .) notwendig, über die das Energiespektrum sukzessive - oder parallel - abgescannt wird. Insbesondere wird in Fig. 2 über den Kanal D1, K1 die in der Empfangseinheit 6 detektierte Gesamtstrahlung in dem definierten Energiebereich ermittelt und zur Füllstands- bzw. Dichtebestimmung herangezogen. Über den Kanal Dx, Kx wird das Energiespektrum dann sukzessive abgescannt. Anhand des Energiespektrums läßt sich eine temporär auftretende Störstrahlung erkennen und eliminieren. Weiterhin läßt sich über die Erfassung des Energiespektrums erfindungsgemäß die Driftstabilisierung der radiometrischen Meßvorrichtung erreichen.

Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild der Empfangseinheit 6, der Analyseeinheit 7 und der Regel-/Auswerteeinheit 8 gemäß einer ersten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen radiometrischen Meßvorrichtung 1. Die Hochspannungsquelle 10 versorgt den Photomultiplier 11. Die Ausgangssignale des Photomultipliers 11 werden über die Gleichstromunterdrückung 13, 14, 15, 16 geführt und auf einen Eingang der Diskriminatoren D1, D2, . . . .Dn bzw. auf einen Eingang der Komparatoren K1, K2, . . . Kn gegeben.

Ein Kanal D1, K1; Dx, Kx besteht jeweils aus einem Komparator 18, einem Diskriminator 17, einem UND-Gatter 19 und einem Zähler 20. Mit dem Zähler 20 wird jeweils die Anzahl der Impulse gezählt, die einerseits den Schwellenwert des Komparators 18 überschreiten und die andererseits unterhalb des Schwellwertes des Diskriminators 17 liegen. Letztlich werden also nur die Impulse gezählt, die zwischen den beiden Schwellwerten liegen. Eine entsprechende graphische Darstellung ist in Fig. 4 zusehen. Fig. 5 zeigt eine Darstellung der Ausgangssignale des AND-Gatters 19 aus Fig. 3.

Erfindungsgemäß wird bei dieser Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung mindestens ein Kanal Dx, Kx - wie aus der Fig. 2 zu sehen ist - in seiner Amplitude variiert. Hierzu wird die Referenzspannung, also der Schwellwert, der jeweils einem Komparator 18 und einem Diskriminator 17 vorgegeben wird, kontinuierlich oder schrittweise geändert. Die gewünschte Änderung wird von dem Mikroprozessor 21 über den D/A Wandler 22 auf die Eingänge der Diskriminatoren 17 bzw. der Komparatoren 18 gegeben. Nach jeder Änderung wird der Zähler 20 auf Null gesetzt und nach einer bestimmten Zeit ausgelesen. So wird sukzessive die Anzahl der Impulse, die in dem jeweils ausgewiesenen Energiebereich innerhalb eines definierten Zeitintervalls auftreten, gemessen. Das Energiespektrum wird erstellt.

Anhand des Energiespektrums, insbesondere anhand der Lage des Photopeaks, der Lage der Comptonkante oder anhand der Lage einer anderen anwendungsspezifischen Charakteristik des Energiespektrums ist es möglich, die Empfindlichkeit der radiometrischen Meßvorrichtung 1 sehr konstant zu halten, ohne den Aufwand mit den vielen Kanälen Dx, Kx treiben zu müssen. Die Regelung der Empfindlichkeit erfolgt im gezeigten Fall über die Regelung der Hochspannung 10, die an dem Photomultiplier 11 anliegt.

Wird hingegen eine Photodiode als Empfangseinheit verwendet, so ist es nicht möglich, die Empfindlichkeit der Photodiode über eine Veränderung der Versorgungsspannung zu regeln. In diesem Fall kann die Driftstabilisierung durch eine entsprechende Änderung der Schwellwerte, die von dem Mikroprozessor 21 vorgegeben werden, geregelt werden.

Mit dem ersten Kanal (K1/D1) wird - wie bereits erwähnt - vorzugsweise die gesamte Anzahl der Impulse gemessen, die in der Empfangseinheit auftreten. Dieser Meßwert wird zur Ermittlung des Füllstands F des Mediums 2 in dem Behälter 3 oder zur Bestimmung der Dichte eines Mediums 2 z. B. in einem Rohr herangezogen werden.

Hingegen scannt der Kanal Dx, Kx das Energiespektrum ab, ordnet beispielsweise dem Photopeak eine definierte Lage in dem Energiespektrum zu und ändert die Hochspannung nachfolgend so, daß die definierte Lage des Photopeaks erhalten bleibt.

Fig. 6 zeigt ein Blockschaltbild mit Empfangseinheit 6, Analyseeinheit 7 und Regel-/Auswerteeinheit 8 gemäß einer zweiten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen radiometrischen Meßvorrichtung 1. Bei dieser Ausführungsform wird je Kanal D1, K1, Dx, Kx jeweils nur ein Komparator 18 und ein Zähler 20 verwendet. Das Zählergebnis beinhaltet in diesem Fall jeweils alle Impulse, die die von dem Mikroprozessor 21 vorgegebenen Schwellwerte überschreiten. Variiert man nun diese Schwellwerte sukzessive und subtrahiert von der Anzahl der Impulse bei jedem Schwellwert die Anzahl der Impulse bei dem nächst höheren Schwellwert, so erhält man wieder das Energiespektrum. Graphisch ist diese Vorgehensweise in den Figuren Fig. 7 und Fig. 8 dargestellt.

Diese Art der Auswertung erlaubt es, mit nur einem Komparator 18 das gesamte Energiespektrum zu analysieren. Werden mehrere Komparatoren 18verwendet, so kann die spektrale Analyse schneller durchgeführt werden.

In Fig. 9 ist wiederum ein typisches Energiespektrum der Strahlung zu sehen, die in einem radiometrischen Meßsystem 1 auftritt. Insbesondere ist in dieser Figur skizziert, welchen Teil des Spektrums eine dritte vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung bevorzugt analysiert. Diese dritte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist immer dann einsetzbar, wenn die ungefähre Lage des Photopeaks oder eines anderweitigen charakteristischen Bereichs des Spektrums bekannt ist. Ein entsprechendes Blockschaltbild für diese Ausgestaltung mit Empfangseinheit 6, Analyseeinheit 7 und Regel-/Auswerteeinheit 8 ist übrigens in Fig. 10 gezeigt.

Ist die ungefähre Lage des Photopeaks im Energiespektrum bekannt, so kann auch mit wenigen Kanälen D1, K1; D2, K2; D3, K3 gearbeitet werden, die in ihrer Amplitude unverändert bleiben. Die Kanäle D1, K1; D2, K2; D3, K3 haben also eine definierte Lage im Energiespektrum. Diese Kanäle D1, K1; D2, K2; D3, K3 sind im gezeigten Fall gleichmäßig auf den Photopeak verteilt. Um die Lage des Photopeaks zu erkennen sind übrigens mindestens drei Kanäle D1, K1; D2, K2; D3, K3 erforderlich. Da die Energie bzw. die Lage des Photopeaks von der Strahlungsquelle 5 abhängig ist, muß die Lage der Kanäle D1, K1; D2, K2; D3, K3 natürlich veränderbar sein. Deshalb lassen sich die Kanäle D1, K1; D2, K2; D3, K3 über den Mikroprozessor 21 und den D/A-Wandler 22 an die jeweils verwendete Strahlungsquelle 5 anpassen. Die Driftstabilisierung erfolgt dadurch, daß die Hochspannung 10, die an dem Photomultiplier 11 anliegt, so geregelt wird, daß der mittlere Kanal K2, K3 die höchste Impulsrate liefert, während der linke Kanal K1, K2 und der rechte Kanal K3, K4 näherungsweise die gleiche Impulsrate liefern.

Eine weitere vorteilhafte, da kostengünstige Ausgestaltung der erfindungsgemäßen radiometrischen Meßvorrichtung 1 sieht vor, daß unabhängig von der Art der Auswertung die Funktion des UND-Gatters 19 und die Funktion des Zählers 20 direkt im Mikroprozessor 21 realisiert werden.

Wie bereits an vorhergehender Stelle erwähnt, ist die erfindungsgemäße Meßvorrichtung 1 nicht nur driftstabilisiert. Vielmehr ist es aufgrund der Kenntnis des Energiespektrums oder zumindest eines Teilbereichs des Energiespektrums auch möglich, Störstrahlung von der den Füllstand F oder die die Dichte charakterisierende Nutzstrahlung unterscheidbar zu machen und nachfolgend zu eliminieren. Bezugszeichenliste 1 Radiometrische Meßvorrichtung

2 Medium

3 Behälter

4 Behälterwand

5 Sendeeinheit

6 Empfangseinheit

7 Analyseeinheit

8 Regel-/Auswerteeinheit

9 Eingabe-/Ausgabeeinheit

10 Hochspannung

11 Photomultiplier

12 Gleichstromunterdrückung

13 Kondensator

14 Verstärker

15 Widerstand

16 Widerstand

17 Diskriminator

18 Komparator

19 UND-Gatter

20 Zähler

21 Mikroprozessor

22 D/A-Wandler

23 A/D-Wandler

24 Verstärker


Anspruch[de]
  1. 1. Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung der Dichte und/oder des Füllstands eines Mediums in einem Behälter, wobei eine Sendeeinheit vorgesehen ist, die radioaktive Strahlung aussendet, wobei eine Empfangseinheit vorgesehen ist, die derart angeordnet ist, daß sie die radioaktive Strahlung oder die durch Wechselwirkung der radioaktiven Strahlung mit dem Medium erzeugte Sekundärstrahlung empfängt, und wobei eine Regel-/ Auswerteeinheit vorgesehen ist, die anhand der von der Empfangseinheit gelieferten Meßdaten die Dichte und/oder den Füllstand des Mediums in dem Behälter bestimmt, dadurch gekennzeichnet,

    daß eine Analyseeinheit (7) vorgesehen ist, die in zumindest einem Teilbereich das Energiespektrum der von der Empfangseinheit (6) detektierten Strahlung ermittelt, und

    daß die Regel-/Auswerteeinheit (8) anhand zumindest eines charakteristischen Bereichs des Energiespektrums oder eines Teilbereichs des Energiespektrums eine Driftstabilisierung der radiometrischen Meßvorrichtung (1) vornimmt.
  2. 2. Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung der Dichte und/oder des Füllstands eines radioaktiven Mediums in einem Behälter, wobei eine Empfangseinheit vorgesehen ist, die derart angeordnet ist, daß sie die Strahlung des radioaktiven Mediums empfängt, und wobei eine Regel- /Auswerteeinheit vorgesehen ist, die anhand der von der Empfangseinheit gelieferten Meßdaten die Dichte und/oder den Füllstand des Mediums in dem Behälter bestimmt, dadurch gekennzeichnet,

    daß eine Analyseeinheit (7) vorgesehen ist, die in zumindest einem Teilbereich das Energiespektrum der von der Empfangseinheit (6) detektierten Strahlung ermittelt, und

    daß eine Regel-/Auswerteeinheit (8) vorgesehen ist, die anhand zumindest eines charakteristischen Bereichs des Energiespektrums oder eines Teilbereichs des Energiespektrums eine Driftstabilisierung der radiometrischen Meßvorrichtung (1) vornimmt.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem charakteristischen Bereich um den Photopeak, die Compton-Kante oder einen anderweitigen anwendungsspezifischen Bereich des Energiespektrums handelt.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Regel-/Auswerteeinheit (8) eine Driftstabilisierung dadurch erreicht, daß sie die Lage des charakteristischen Bereichs im Energiespektrum näherungsweise konstant hält.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Analyseeinheit (7) zumindest zwei Kanäle (D1, K1; Dx, KX) aufweist, wobei ein erster Kanal (D1, K1) die Impulse über das gesamte Energiespektrum bzw. über einen Teilbereich des Energiespektrums erfaßt und wobei zumindest ein zusätzlicher Kanal (Dx, Kx) das Energiespektrum bzw. einen Teilbereich des Energiespektrums abscannt.
  6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Regel-/Auswerteeinheit (8) die Schwellenwerte des zumindest einen zusätzlichen Kanals (Dx, Kx) kontinuierlich oder schrittweise ändert.
  7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet,

    daß die Analyseeinheit (7) derart ausgebildet ist, daß der zumindest eine zusätzliche Kanal (Kx) jeweils nur die Impulse erfaßt, die oberhalb eines vorgegebenen Schwellwertes (REF1) liegen, und

    daß die Regel-/Auswerteeinheit (8) durch eine Differenzbildung der Impulse zweier aufeinanderfolgender Messungen mit unterschiedlichen Schwellwerten (REFx) das Energiespektrum bzw. den Teilbereich des Energiespektrums ermittelt.
  8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kanal (K1; Kx) einen Komparator (18) und einen Zähler (20) umfaßt.
  9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet,

    daß die Analyseeinheit (7) derart ausgebildet ist, daß der zumindest eine zusätzliche Kanal (Dx, Kx) nur die Impulse erfaßt, die innerhalb eines durch einen unteren und oberen Schwellwert (REF1, REF2) vorgegebenen Bereichs liegen, und

    daß die Regel-/Auswerteeinheit (8) anhand der gemessenen Impulse das Energiespektrum bzw. den gewünschten Teilbereich des Energiespektrums ermittelt.
  10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kanal (D1, K1; Dx, Kx) einen Komparator (18), einen Diskriminator (17), ein logisches Gatter (19) und einen Zähler (20) umfaßt.
  11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,

    daß die Analyseeinheit (7) drei fest vorgegebene Kanäle (D1, K1; D2, K2; D3, K3) aufweist, die im Bereich des Photopeaks oder eines weiteren charakteristischen Peaks des Energiespektrums liegen, und

    daß die Regel-/Auswerteeinheit (8) anhand der Lage des Maximums des gewählten Peaks die Driftstabilisierung der radiometrischen Meßvorrichtung (1) vornimmt.
  12. 12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Regel-/Auswerteeinheit (8) die Kanäle (D1, K1; D2, K2; D3, K3) so festlegt, daß sie im wesentlichen gleichmäßig über den Peak verteilt sind.
  13. 13. Vorrichtung nach einem oder Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Regel-/Auswerteeinheit (8) anhand eines Vergleichs zwischen dem aktuellen Energiespektrum und einem Soll-Energiespektrum eine temporäre Störstrahlung erkennt und bei der Bestimmung des Füllstands (F) oder der Dichte des Mediums (2) berücksichtigt.






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