CN101183065B - 利用伽玛背散射的密度测量 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种测量容器中的流体的密度的系统，包括：容器，流体容纳在容器中；至少一个位于容器附近的伽玛射线源；多个位于容器附近的伽玛射线检测器，多个伽玛射线检测器围绕容器彼此沿圆周地定位，配置用于检测由流体背散射的来自至少一个伽玛射线源的伽玛射线；以及用于将所检测到的伽玛射线背散射转换为密度值的转换器。本发明还公开了一种确定容器中的流体性质的方法，包括步骤：将伽玛射线源定位到容器附近；将多个伽玛射线检测器定位到容器附近，以使多个伽玛射线检测器围绕容器彼此沿圆周地定位；以多个伽玛检测器检测被流体背散射的来自伽玛射线源的伽玛射线；基于由多个伽玛射线检测器接收到的背散射伽玛射线的强度确定流体的密度。

Description

利用伽玛背散射的密度测量
技术领域
在此公开的实施例主要涉及采用伽玛辐射对容器中的流体密度进行的测量。在此公开的实施例还特别涉及通过检测被流体背散射(反向散射或后向散射(backscattering))的来自伽玛射线源的伽玛射线的强度对容器中流体密度的测量。
背景技术
通过采用与伽玛射线检测器位置相对的伽玛射线源，伽玛射线已经用于测量容器中的流体的密度和液位。在所测量的材料是危险的、极热的情况下，或者在不能进行直接接触测量的情况下，这种穿透式伽玛射线的密度和液面测量方法是有用的。另外，所述源和检测器被安装到容器的外部，且不需要对容器进行任何改动。由源发出的伽玛射线会被容器和容器中的材料吸收或衰减。到达与源相对位置的检测器的伽玛辐射的强度可以用于基于源的强度表示容器中的流体的密度或液面。
当测量流体液面时，例如，可以将多个伽玛射线发射器和/或检测器定位在容器的相对侧上，其中信号(或微弱的低信号)的存在或缺失可以表示在所述源和检测器之间的流体的存在或缺失。如下所述，在有信号/无信号液面检测器的容器的尺寸会比采用伽玛射线密度计的容器的尺寸大得多，这是由于伽玛射线不那么容易被容器中的蒸汽吸收或衰减。
关于流体密度，例如，在伽玛射线源和检测器之间通过的流体可以吸收或衰减由源发出的伽玛射线。高辐射数表示低的流体密度，而低辐射数表示高流体密度。
在此参照图1，示出了现有技术中的穿透式伽玛射线密度计的一个示例。外壳(未示出)可以安装在带有容装流体13的孔(bore)12的管状管或容器10上。伽玛辐射源14位于孔12的一侧上，而伽玛辐射检测器15位于另一侧。由源14提供的辐射在伽玛射线发射的长时间里强度恒定(在有限的时间里强度随机)。伽玛射线透射通过包围孔12的材料和腔体内的流体13，到达检测器15。检测器15可以是例如，碘化钠或碘化铯(铊活化)晶体或其他能够在辐射下闪烁的材料，且可以包括用于将晶体闪烁(scintillation)的闪光转换成电脉冲的电子光电倍增管。
对于从源14发出的到达检测器15的伽玛射线量的主要变化因素是容器10中容装的流体13。由源14发出的伽玛射线的百分比被流体13吸收或衰减，而没有到达检测器15。因此，来自检测器15的光电倍增管的输出信号的计数率可以与射线到达检测器15所必须通过的流体13的密度和源14的强度相关。
然而，采用伽玛射线的穿透式密度测量仅仅对受限的容器尺寸和/或流体密度是可行的。例如，对于相似尺寸的源，在更高的流体密度下，流体可以吸收更多的伽玛射线，因此导致更少的伽玛射线到达检测器。同样地，随着容器尺寸的增加，伽玛射线必须通过更大量的吸收伽玛射线的材料(容器和液体)，导致更少的伽玛射线到达检测器。因此，以这样的方式的伽玛射线密度测量当前仅仅对直径最大到大约1米的容器可行。
容器厚度也可能限制穿透式伽玛射线密度测量的有效性。由于容器以类似于流体的方式吸收和衰减伽玛射线，所以更高的壁厚可能导致更少的伽玛射线到达检测器。容器厚度可以通过规范(例如美国机械工程师协会(ASME)或其它容器规格)加以控制，其中所需的厚度可以以流体的操作压力和属性(腐蚀的、侵蚀的、反应的等)为基础。进而，容器厚度的当前的安全裕量增加且会进一步限制穿透式测量的有效性。
在用于穿透式密度测量的伽玛射线的目前的使用中的另一个缺点是立体角由固定尺寸的检测器形成，且因此计数率同容器尺寸的平方成反比。计数率n可以由下面的方程近似表示：
n～Ωe -d/λ～(e-d/λ)/d2    (1)
其中n是计数率，d是容器直径，且λ是依赖于密度的吸收长度。对于相似尺寸的检测器，更低的计数率可以导致更高的错误率或可能需要更大的源以保持所需的精度。替代地，随着容器尺寸的增加，检测器尺寸可以被增加以保持恒定的计数率。无论如何，源的尺寸和/或检测器尺寸的增加将不可避免地增加成本。
为了克服厚度、尺寸和密度的限制，伽玛射线源的强度可以被增加，因此导致到达检测器的伽玛射线量是可测量的。然而，成本、安全、多单元有效性和防护可能每个都会限制可以采用的源的强度。例如，采用放射性源影响人身安全和相关环境，并需要用于保护人身安全的铅或钨屏蔽、特定的预防措施和装备，以及处置和补救过程。进而，因为伽玛射线从点源而不是方向性源产生，所以随着源尺寸的增加，在除去通过容器的方向的方向上容纳辐射所需的屏蔽量必须增加，因此进一步增加了成本。
关于多单元有效性，例如，化工厂可能需要采用多个容器的伽玛射线液面和密度计量器。然而，随着计量器的数量的增加，或伽玛射线源的强度增加以克服尺寸限制，可能出现在相邻的容器上的伽玛射线源和检测器之间的串扰，引起有效性的降低和潜在的错误读取。
关于防护，由于关于放射性核材料的扩散、和可能的走私或其他运输的全世界的关注的增长，州、地方和国家政府基于在单个地点可能存在的放射性材料的总量调整设施安全要求。例如，得克萨斯州需要对总居里量合计超过27居里的设施给以附加的防护措施(例如背景审查、可达性等)，其中所述总居里量合计是基于设施处所有放射源的总和确定的。因此，采用更大的源克服容器的尺寸限制可能导致消耗附加成本的防护需求的增长。
相应地，存在对可用于更大的容器上的伽玛射线密度计量器的需求。另外，存在需要更低强度的辐射源的非接触式密度计量器的需求。
发明内容
在一个方面，在此所公开的实施例涉及一种用于测量容器中的流体的密度的系统，所述系统包括：容器，所述流体容纳在所述容器中；至少一个位于容器附近的伽玛射线源；多个位于容器附近的伽玛射线检测器，所述多个伽玛射线检测器围绕所述容器彼此沿圆周地定位，其中至少一个伽玛射线检测器配置用于检测由流体背散射的来自至少一个伽玛射线源的伽玛射线；以及用于将所检测到的伽玛射线背散射转换为密度值的转换器。
在另一个方面，在此所公开的实施例涉及一种确定容器中的流体性质的方法，所述方法包括：将伽玛射线源定位到容器附近；将多个伽玛射线检测器定位到容器附近，以使所述多个伽玛射线检测器围绕所述容器彼此沿圆周地定位；以伽玛检测器检测被流体背散射的来自伽玛射线源的伽玛射线；基于由伽玛射线检测器接收到的背散射伽玛射线的强度确定流体的密度。
在另一方面，在此所公开的实施例涉及一种控制容器中的流体密度的方法，其中所述容器在工艺中形成一部分，所述方法包括：将伽玛射线源定位到容器附近；将多个伽玛射线检测器定位到容器附近，以使所述多个伽玛射线检测器围绕所述容器彼此沿圆周地定位；以伽玛检测器检测被流体背散射的来自伽玛射线源的伽玛射线；基于由伽玛射线检测器接收到的背散射伽玛射线的强度确定流体的密度；以及调整至少一种工艺参数(process variable过程变量)，以操控密度。
本发明的其他方面和优势将从下面的描述和所附的权利要求中显见。
附图说明
图1是现有技术中的穿透式伽玛射线密度计的简化示意图；
图2是根据在此公开的实施例的伽玛射线密度测量系统的示意图；
图3是描绘根据在此公开的实施例的背散射的伽玛射线到达伽玛射线检测器所遵循的一条潜在路径的示意图；
图4是描绘根据在此公开的实施例的背散射的伽玛射线到达伽玛射线检测器所遵循的一条潜在路径的示意图；
图5是描绘根据在此公开的实施例的背散射的伽玛射线到达伽玛射线检测器所遵循的一条潜在路径的示意图；
图6是描绘根据在此公开的实施例的背散射的伽玛射线到达伽玛射线检测器所遵循的一条潜在路径的示意图；
图7是根据在此公开的实施例的伽玛射线密度测量系统的示意图；
图8是根据在此公开的实施例的采用沿圆周隔开的两个探测器和一个源的伽玛射线密度测量系统的示意图；
图9a-9b是根据在此公开的实施例的采用沿轴向隔开的多个探测器和多个源的伽玛射线密度测量系统的示意图；
图10a-10b是根据在此公开的实施例的采用以变化的角度与伽玛射线源隔开的多个探测器的伽玛射线密度测量系统的示意图；
图11是示出基于在此公开的伽玛射线密度测量系统的实施例的蒙特卡罗(Monte Carlo)模拟的用于各种流体的背散射伽玛射线检测的比率的图表；
图12a-12b是示出基于在此公开的伽玛射线密度测量系统的实施例的蒙特卡罗模拟的用于各种流体的背散射伽玛射线检测的比率的图表。
具体实施方式
在一个方面，在此所公开的实施例涉及采用伽玛射线对容器中的流体密度的测量。在其他方面，在此所公开的实施例涉及在容器直径大于1米的情况下采用伽玛射线对容器中的流体密度的测量。尤其，在此公开的实施例涉及通过检测被流体背散射的来自伽玛射线源的伽玛射线的强度对容器中的流体密度进行的测量。
如这里所使用的，“背散射(backscatter)”可以指来自初始方向的伽玛射线的偏转。在一些实施例中，背散射可以是各向同性的，例如其中伽玛射线被随机地散射到各个方向。背散射由于康普顿散射(Comptonscattering)而出现。
如这里所使用的，“流体”指可以容装在容器内的气体、液体和固体。流体可以包括含水成液、有机液体、单相系统和多相系统，例如泡沫、乳浊液和流体化颗粒。
如这里所使用的，“直径”指管或容器的有效直径，而不考虑容器或管的几何形状。尽管说明书和附图表示圆柱形的容器，本领域内技术人员应当理解，在此所述的伽玛射线背散射测量系统可以与其它几何形状的容器和管一起使用。
在此参照图2，示出了伽玛射线密度计的一个示例。管状管或容器100可以具有使流体通过其流动的孔102。至少一个伽玛辐射源104可以位于管或容器100附近，且伽玛辐射检测器105可以定位用于检测来自至少一个伽玛射线源104的背散射的伽玛射线。
由伽玛射线源104发出的伽玛射线的一部分可以被容器100和流体103吸收或衰减，而没有到达伽玛射线检测器105。例如，伽玛射线可以遵循路径106，经历一次或多次散射释放出原子的电子，最终被吸收或能量耗尽，不能达到检测器105。
由源104发出的伽玛射线的一部分可以被有衰减或无衰减地偏转，因此到达检测器105。例如，伽玛射线可以遵循路径107，经历一次或多次散射，最终到达检测器105。伽玛射线到达检测器105的比率与伽玛射线到达检测器105所必须通过的流体103的密度以及源104的强度相关。
在此参照图3-6，伽玛射线通过各种机制到达检测器。伽玛射线可以沿可变的路径150移动，所述可变的路径150可以被概括地分类如下：在流体的散射(图3)；容器壁中的散射(图4)；容器外部的散射(图5)；来自相对壁的散射(图6)。如图6所示的来自相对壁的散射，通常仅在很低的流体密度下才发生，例如通过空气。
如图5所示的容器外部的散射，可以是高密度流体(沙子)的伽玛射线总和的主要部分，且对于中等密度的流体也可能是很可观的。如图4所示的壁的散射可能对于低密度流体出现，而对于高密度流体通常不存在。如图3所示的材料中的散射对于中等密度的流体(0.2-0.8g/cc)很显著。
在一些实施例中，由检测器测量的伽玛射线背散射可能包括每个上述背散射事件。在其它实施例中，屏蔽可以用于防止或最小化来自流体的散射之外的一个或多个事件的背散射量。例如，源、检测器或两者都可以被合适地屏蔽以防止来自容器外部的散射到达检测器。
在此参照图7，示出与计算机或数字控制系统(“DCS”)相连的伽玛射线背散射密度测量计的一个实施例。一个或多个伽玛射线源200可以沿着容器或管210的圆周分布或沿着容器或管210的高度轴向地分布。一个或多个检测器220可以相对于源220定位以检测来自所对应的源的背散射的伽玛射线。如下所述，利用多个源和/或检测器可以使得更精确地确定流体密度。
一个或多个检测器可以与比率计量仪(rate meter)230相连。比率计量仪230可以将由检测器220产生的能量脉冲转换成与伽玛射线检测比率呈比例的直流信号。伽玛射线所检测的比率将是检测器230和所对应的源200附近的流体的密度的函数。直流信号可以采用计算机或DCS240进行插值，生成对应于所测量的伽玛射线背散射的检测比率的计算得到的密度值的显示。
流体密度会在管或容器200的内部径向地和/或轴向地变化。在此所描述的背散射计量仪可以测量密度所在的有限的邻近区域可能不总是提供大量的流体密度的精确表示，例如流体湍流不能提供良好的混合流体的情况。在多于一个检测器230沿着容器210放置的情况下，由DCS240返回的插入的密度值可以是经过平均的。当多个检测器仅仅测量在接近源和检测器的受限的附近区域上的流体密度时，所述平均的密度值可以更精确地表示流体密度。
在此参照图8和图9a-9b，示出一个或多个源与一个或多个检测器结合用于提供在容器或管内的流体密度的多次测量情况下的密度测量系统。如图8所示，伽玛射线源300可以沿圆周与两个伽玛射线检测器310分隔开。屏蔽罩320可以设置在伽玛射线源300和伽玛射线检测器310之间。以这种方式，对于在容器330的两个区段上的流体可以仅采用一个伽玛射线源300获得密度测量。可选择地，或与沿圆周分隔开的伽玛射线检测器310相结合地，伽玛射线检测器可以沿圆周或沿轴向与伽玛射线源300分隔开以对容器330中的流体提供密度测量。
如图9a(俯视图)和图9b(侧视图)所示，多个伽玛射线源400可以沿容器或管410轴向地和沿圆周地定位。一个或多个伽玛射线检测器420相应地定位用于测量来自伽玛射线源400的伽玛射线的背散射。屏蔽罩(未示出)可以设置用于最小化各种伽玛射线源和检测器之间的串扰。附加地，基于工作中的流体密度和容器直径，检测器可以被隔开，以使得最小化或避免从一个伽玛射线源到伽玛射线检测器的透射和/或背散射。
如上所述，伽玛射线检测器可以定位用于检测来自伽玛射线源的背散射的伽玛射线。在一些实施例中，伽玛射线检测器可以相对于伽玛射线源定位，以便检测来自伽玛射线源的背散射的伽玛射线，并定位使得到达检测器的穿透伽玛射线是最小的或不存在的。
在所选的实施例中，伽玛射线源可以沿圆周与所对应的伽玛射线检测器分隔开，其中伽玛射线源和伽玛射线检测器之间的角度β(β1或β2)可以是90度或更小，如图10a所示。在其它的实施例中，角度β可以是75度或更小；在其它的实施例中，可以是60度或更小；在其它的实施例中，可以是45度或更小；在其它的实施例中，可以是30度或更小；而在其它的实施例中，可以是15度或更小。
在一些实施例中，伽玛射线检测器可以沿轴向与所对应的伽玛射线检测器分隔开，其中所述角度θ(θ1或θ2)可以是60度或更小，如图10b所示。所述角度θ，在其它的实施例中，可以是45度或更小；在其它的实施例中，可以是30度或更小；而在其它的实施例中，可以是15度或更小。
在多于一个的伽玛射线检测器相对于所对应的伽玛射线源放置的情况下，在源和所对应的检测器之间的角度θ、β可以是相同的或不同的，例如，如图10a所示的角度β1和β2以及如图10b所示的角度θ1和θ2。在一些实施例中，多个伽玛射线检测器被置于伽玛射线源的同一侧上；在其它的实施例中，伽玛射线检测器可以被置于伽玛射线源的相对侧上。
除去如上所述获得平均的密度值之外，使用沿着管或容器200的圆周或高度/长度的多个检测器可以用于生成在管或容器200中的流体的外形。例如，如图9a和10a所示，沿圆周分隔开的检测器可以提供在管或容器200的角度部分(例如四分圆或八分圆)之间的密度变化的表示。作为另一个示例，如图9b和图10b所示，沿轴向分隔开的检测器可以提供轴向密度梯度的表示。
轴向的和/或径向的密度梯度的测量可以提供可能在容器或管200中出现的沉淀或混合程度的表示。例如，轴向密度梯度可以表示容装在容器200中的悬浊液中固体的沉淀程度。作为另一个示例，各个径向密度梯度可以表示管200中的静态的、层流或湍流。在管或容器200形成在工艺中的部分的情况下，一个或多个工艺参数可以根据密度分布(曲线)操控，以便例如增加混合比率或减少沉淀比率。
伽玛射线源可以包括铯-137、镅-241、镭-226、铱-192和钴-60。在一些实施例中，源的活性可以在从0.1mCi到10Ci范围内。在其它实施例中，源的活性可以小于5Ci；在其它实施例中，可以小于2Ci；而在其它实施例中，可以小于1Ci。
由于采用背散射测量，所以与普通的透射传输相比，在提供容器中的流体的密度测量的同时，可以最小化源的活性。在一些实施例中，相似尺寸的源可能被用于直径尺寸从1米到10米的范围内的容器。在另外的实施例中，相似尺寸的源可能被用于壁厚从0.01英寸到6.0英寸或更多的范围内的容器。
在所选的实施例中，可以通过以一个或多个伽玛射线源辐射直径大于1.5米的容器来由伽玛射线背散射获得密度测量，所述伽玛射线源具有低于2Ci的强度；在其它实施例中，所述伽玛射线源具有低于1Ci的强度；在其它实施例中，所述伽玛射线源具有低于500mCi的强度；在其它实施例中，所述伽玛射线源具有低于100mCi的强度；而在其它实施例中，所述伽玛射线源具有低于10mCi的强度。在其它实施例中，可以利用强度小于2Ci的一个或多个伽玛射线源照射直径大于3米的容器以通过伽玛射线背散射来获得密度测量；在其它实施例中，伽玛射线源的强度小于1Ci；在其它实施例中，小于500mCi；在其它实施例中，小于100mCi；在其它实施例中，小于10mCi。
在此公开的实施例中使用的伽玛射线检测器可以包括闪烁体，例如碘化钠、碘化铯和塑料闪烁体。在一些实施例中，伽玛射线检测器可以包括光电倍增管(electron photo multiplier tube)。在其它实施例中，伽玛射线检测器可以包括塑料闪烁体，例如PVT闪烁体。在其它实施例中，伽玛射线检测器可以包括电离腔、盖格计数器(Geiger counter)、比例计数器(proportional counter)、适用于伽玛射线检测的半导体或其它检测器。在此处公开的密度测量系统的实施例包括多于一个检测器的情况下，检测器可以是相同或不同类型的伽玛射线检测器。
根据在此公开的实施例的伽玛射线背散射密度计量仪可以测量容器中的流体的密度，其中所述流体的密度可以在从0.05g/cc至7.0g/cc范围内。在其它的实施例中，有效的密度范围可以从0.1g/cc到4.0g/cc；而在其它实施例中，可以从0.2至2.0g/cc。在其它的实施例中，一个或多个伽玛射线背散射密度计量仪可以用于与一个或多个伽玛射线穿透式密度计量仪相结合。
在其它的各种实施例中，管或容器中的流体密度可以通过基于所测量到的密度操控一个或多个工艺参数来进行控制。例如，在管或容器形成工艺中成分的情况下，一个或多个工艺参数可以根据管或容器中的流体的伽玛射线背散射密度测量进行操控。
上述伽玛射线背散射密度计量器可以用于测量容器中的流体的密度。在操作或生产过程中使用计量器之前，伽玛射线背散射计量器可以被校准。多种已知密度的流体可以通过容器，其中容器相同或类似于计量器将在操作中测量容装物的密度所针对的容器。通过绘制密度校准曲线(计数分布)可以确定和记录伽玛射线对于已知密度的流体的计数。然后，当在生产或操作过程中使用时，所测量的伽玛射线计数可以与密度校准曲线相比，以确定流体密度；流体密度可以基于背散射伽玛射线的强度进行插值。
示例
伽玛射线背散射的仿真(模拟)
作为流体密度的函数的计数比率(到达检测器的伽玛射线的百分比)可以通过特定的容器材料和几何形状，以及流体成分进行仿真，其中执行伽玛射线的康普顿散射的蒙特卡罗仿真(Monte Carlo simulation)，并返回输入流体的计数比率。
在此参照图11，所仿真的作为具有2米直径、2米高度4cm厚钢壁的圆柱形容器的密度的函数的计数比率针对采用1 Ci137Cs源和20x20cm检测器的仿真实现。仿真结果表明，沙子、水、重油和轻油以及重泡沫和轻泡沫可以通过伽玛射线背散射计数比率进行清晰地区分。
如上所述，多个背散射事件可以造成伽玛射线从其后面和侧面进入检测器，例如通过容器外部的散射。再次地，仿真针对1 Ci137Cs源和20x20cm检测器进行。如图12a(线性标尺)和图12b(对数标尺)所示，示出了对于总比率(上面的线)和仅来自计数器前面的比率(下面的线)的仿真结果。不想要的背散射计数、或总计数比例和从检测器前面的计数之差，可以是总计数的很大的部分，尤其对于高密度情况。
不想要的散射事件可以通过屏蔽计数器的后面和侧面而进行阻挡。屏蔽所述源也可以有效地最小化由于不想要的散射所导致的计数。对源和检测器两者进行屏蔽也可以实现用于最小化由于不想要的散射的计数。
实验室测试
仿真和操作原理的正确性作为整体在实验室中通过变换一桶水和装满煤粉或者液压油的同样的桶进行测试。尽管所测量到的信号比例不像如图12a-12b所示的那样大，但是它们与在仿真中所预期的比例是一致的。
在测试中，5mCi137Cs源被用于辐射装有流体的5加仑桶。PVT塑料闪烁体用于检测所散射的辐射，并相对于所述源放置以便检测伽玛射线背散射。足够的屏蔽被置于源和检测器中间，以防止伽玛射线从源透射到检测器，所述检测器计数因此仅包括背散射辐射。所用的流体包括水、碳粉(来自Southern Company Services，体积密度0.7g/cc)和液压油(来自Golden West，密度0.9g/cc)。桶装有所需的流体，并测量所述计数比率。
在第一次运转中，伽玛射线检测器被置于桶高度的中间附近且距离所述桶大约1英寸远。在第二次运行中，计数器被置于朝向桶的顶部，并离桶尽可能近。第一和第二次运行的结果表示在下面的表1中。
表1
 材料   所测量到的计数比率(kHz/Ci)
 运行1
 水   11.40
 煤   10.66
 运行2
 水   18.64
 油   19.34
 煤   17.62
第一和第二次运行的结果表明伽玛射线背散射可以有效地用于确定容器中流体的密度。所述第一和第二次运行的结果与蒙特卡罗仿真结果的对比表示在下面的表2中。
表2
  材料   测得的计数比率   仿真的计数比率
  煤水   0.935；0.945平均：0.940   0.911±0.02
  油水   1.038   1.054±0.017
仿真结果与第一和第二次运行的结果的对比表明测得的结果在仿真结果的两个标准偏差内。这些结果会由于容器成分和厚度(桶与2cm钢相对)的变化以及源和检测器的相对位置而不同。附加地，仿真结果和实际结果可能由于煤和油的仿真化学成分和实际化学成分的不同而不同。
正如上述仿真和实验所示，容器尺寸、材料和源/检测器位置每个都可能影响伽玛射线背散射的计数比率。相应地，在对每个源/检测器/容器组合的操作使用之前生成的校准曲线可以在操作中提供对流体密度的精确测量。
有利地，在此公开的实施例可以通过将伽玛射线检测器相对于伽玛射线源进行定位以便检测伽玛射线背散射提供非接触式密度测量。非接触式测量可能允许在材料是危险的、极热的情况下或不能够直接接触测量的情况下进行密度测量。通过检测伽玛射线背散射，伽玛射线不一定横穿整个容器直径，这可以允许使用较低强度的伽玛射线源以及在比透射传输测量当前可能的同期更大的容器中的密度测量。
因为在此所述的伽玛射线背散射密度测量可以允许使用较低强度的伽玛射线源，可以降低在用于生产设备内的多个计量仪之间的串扰。使用较低强度的源也可以允许对每个容器使用多于一个的源和/或检测器，由于多次测量所以能够生成对流体密度更精确的反映。附加地，因为背散射测量可以允许使用较低强度的伽玛射线源，所述生产设备可以在单个地点使用附加的测量装置，而不会触及由州和联邦政府对于具有中等量的放射性材料的地点所要求的更严格的安全协议。
尽管本发明已经相对于所限数量的实施例进行描述，但是对于从本发明中受益的本领域内的技术人员应当理解，在不偏离在此所公开的本发明的保护范围的情况下，可以修改任何实施例。相应地，本发明的保护范围应当仅由所附的权利要求限定。

Claims (18)

1.一种用于测量容器中的流体的密度的系统，所述系统包括：
容器，所述流体容纳在所述容器中；
至少一个位于容器附近的伽玛射线源；
多个位于容器附近的伽玛射线检测器，所述多个伽玛射线检测器围绕所述容器彼此沿圆周地定位，其中所述多个伽玛射线检测器配置用于检测由流体背散射的来自至少一个伽玛射线源的伽玛射线；以及
用于将所检测到的伽玛射线背散射转换为密度值的转换器。
2.根据权利要求1所述的用于测量密度的系统，其中，所述转换器包括：
用于将所检测到的伽玛射线转换为直流信号的装置；以及
用于将直流信号转换为密度值的计算机。
3.根据权利要求2所述的用于测量密度的系统，还包括用于显示直流信号、密度值或其组合的显示控制台。
4.根据权利要求2所述的用于测量密度的系统，其中所述计算机接收来自多个探测器的直流信号，并确定平均密度。
5.根据权利要求1所述的用于测量密度的系统，其中所述源和检测器分离开60度角或更少。
6.根据权利要求1所述的用于测量密度的系统，其中所述伽玛射线源从包括铯-137和钻-60的组中选出。
7.根据权利要求1所述的用于测量密度的系统，其中伽玛射线检测器包括碘化钠闪烁体、碘化铯闪烁体、塑料闪烁体、盖格计数器、比例计数器、半导体和电离检测器中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的用于测量密度的系统，其中所述系统包括单个伽玛射线源和至少两个伽玛射线检测器。
9.根据权利要求1所述的用于测量密度的系统，其中所述系统包括至少两个伽玛射线源和至少两个伽玛射线检测器。
10.根据权利要求1所述的用于测量密度的系统，其中所述容器直径大于1.5米，而所述伽玛射线源的强度低于1Ci。 
11.根据权利要求1所述的用于测量密度的系统，其中所述容器直径大于3.0米，而所述伽玛射线源的强度低于1Ci。
12.一种确定容器中的流体性质的方法，所述方法包括以下步骤：
将伽玛射线源定位到容器附近；
将多个伽玛射线检测器定位到容器附近，以使所述多个伽玛射线检测器围绕所述容器彼此沿圆周地定位；
以所述多个伽玛检测器检测被流体背散射的来自伽玛射线源的伽玛射线；
基于由所述多个伽玛射线检测器接收到的背散射伽玛射线的强度确定流体的密度。
13.根据权利要求12所述的方法，还包括生成用于确定流体密度的校准曲线。
14.根据权利要求12所述的方法，其中所述确定包括基于校准曲线对密度进行插值。
15.根据权利要求12所述的方法，还包括将所检测到的伽玛射线背散射转换成直流信号。
16.根据权利要求15所述的方法，还包括将所述直流信号转换成密度值。
17.根据权利要求16所述的方法，还包括在显示终端上显示直流信号和密度值之中的至少一个。
18.一种控制容器中的流体密度的方法，其中所述容器在工艺中形成一部分，所述方法包括：
将伽玛射线源定位到容器附近；
将多个伽玛射线检测器定位到容器附近，以使所述多个伽玛射线检测器围绕所述容器彼此沿圆周地定位；
以多个伽玛检测器检测被流体背散射的来自伽玛射线源的伽玛射线；
基于由多个伽玛射线检测器接收到的背散射伽玛射线的强度确定流体的密度；以及
调整至少一种工艺参数，以操控密度。 
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