CN117825208B - 具有结疤厚度检测功能的自补偿型核辐射密度计 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种具有结疤厚度检测功能的自补偿型核辐射密度计，包括参数补偿模块和辐射检测模块；参数补偿模块用于获取介质温度和位点温度，以根据每个位点温度与介质温度的温差，利用第一预设映射关系，确定与每个位点对应的容器内壁的结疤厚度；辐射检测模块用于射出至少一束检测射线，并接收至少一束衰减射线，以得到至少一个检测路径的辐射衰减信息，以及，获取并通过与每个位点对应的结疤厚度对至少一个检测路径的辐射衰减信息进行补偿，以确定至少一个检测路径下待测介质的精密密度值。本申请能够实现核辐射密度计的密度测量自补偿，有效削减了结疤对测量结果的影响程度，利于降低核辐射密度计的测量误差，提高核辐射密度计的测量精度。
Description
技术领域
本发明实施例涉及辐射测量技术领域，尤其涉及一种具有结疤厚度检测功能的自补偿型核辐射密度计。
背景技术
在工业制造等领域内，核辐射密度计兼具非接触、管道外安装、易于装卸、不影响生产连续性等诸多优势，因而在高温、高压、高粉尘、高研磨等复杂工况下应用广泛。
然而，在现有核辐射密度计的实际工作过程中，待测容器(例如氧化铝生产过程中的输送管道)内常常装有某些物料(例如前述输送管道承载的碱性矿浆)，经过长时间运行，物料在各种环境应力的多重作用下容易在待测容器的内壁处沉积、堆结，进而导致待测容器的内壁结疤。由于结疤的密度远大于物料的密度，因而一旦结疤产生，且结疤的厚度不是固定值、各处的结疤厚度分布不均，现有核辐射密度计输出的密度值(实质为结疤和物料的总密度)会远超物料本身的密度值，其测量精度也将大打折扣，测量误差偏大。
发明内容
本发明实施例提供一种具有结疤厚度检测功能的自补偿型核辐射密度计，通过核辐射密度计自身测得的结疤厚度对其测量结果进行校正并确定精密密度值，以削减结疤对测量结果的影响程度，利于降低核辐射密度计的测量误差，提高核辐射密度计的测量精度。
第一方面，本发明实施例提供了一种具有结疤厚度检测功能的自补偿型核辐射密度计，包括参数补偿模块和辐射检测模块；
所述参数补偿模块，用于获取容器内待测介质的介质温度和容器外壁上至少一个位点处的位点温度，以根据每个所述位点温度与所述介质温度的温差，利用第一预设映射关系，确定与每个所述位点对应的容器内壁的结疤厚度；
所述辐射检测模块，安装在所述容器的外部且与所述参数补偿模块连接，用于在所述容器的源点处射出至少一束检测射线，并接收至少一束所述检测射线穿过对应的至少一个检测路径后在对应的所述位点处所形成的衰减射线，以得到至少一个所述检测路径的辐射衰减信息；以及，获取并通过与每个所述位点对应的所述容器内壁的结疤厚度对至少一个所述检测路径的所述辐射衰减信息进行补偿，以根据补偿后的所述辐射衰减信息确定至少一个所述检测路径下所述待测介质的精密密度值。
可选地，所述介质温度已知；
所述参数补偿模块包括主控单元和至少一个测温单元；
每一所述测温单元，对应设置在所述容器外壁上的一个所述位点处，用于测量对应的所述位点处的所述位点温度并上传至所述主控单元；
所述主控单元，分别与每一所述测温单元连接，用于计算每一所述位点温度与所述介质温度的温差，并利用所述第一预设映射关系，确定与每个所述位点对应的所述容器内壁的结疤厚度。
可选地，所述介质温度未知但被配置为可测量；
所述参数补偿模块包括第一测量单元、主控单元和至少一个测温单元；
所述第一测量单元，与所述主控单元连接且设置在所述容器中，用于测量所述介质温度并上传至所述主控单元；
每一所述测温单元，对应设置在所述容器外壁上的一个所述位点处，用于测量对应的所述位点处的所述位点温度并上传至所述主控单元；
所述主控单元，分别与每一所述测温单元连接，用于计算每一所述位点温度与所述介质温度的温差，并利用所述第一预设映射关系，确定与每个所述位点对应的所述容器内壁的结疤厚度。
可选地，所述介质温度未知且被配置为不可测量；
所述参数补偿模块包括保温单元、第二测量单元、主控单元和至少一个测温单元；
所述保温单元，固定在所述容器外壁上，并包裹所述容器外壁形成结构空腔；
所述第二测量单元，与所述主控单元连接且设置在所述结构空腔中，用于测量空腔温度并上传至所述主控单元；
每一所述测温单元，对应设置在所述容器外壁上的一个所述位点处，用于测量对应的所述位点处的所述位点温度并上传至所述主控单元；
所述主控单元，分别与每一所述测温单元连接，用于将所述空腔温度作为所述介质温度，并计算每一所述位点温度与所述介质温度的温差，进而利用所述第一预设映射关系，确定与每个所述位点对应的所述容器内壁的结疤厚度。
可选地，所述结构空腔中不设置所述位点。
可选地，所述位点紧挨所述结构空腔设置。
可选地，所述辐射检测模块包括辐射源和至少一个探测器；
所述辐射源，安装在所述容器外壁上的所述源点处，用于射出至少一束所述检测射线，并使至少一束所述检测射线穿过对应的至少一个所述检测路径后在对应的所述位点处形成所述衰减射线；
每一所述探测器，设置在一个所述位点处，用于接收所述衰减射线，以得到每个所述检测路径的辐射衰减信息；以及，获取并通过与每个所述位点对应的所述容器内壁的结疤厚度对每个所述检测路径的所述辐射衰减信息进行补偿，以根据补偿后的所述辐射衰减信息确定每个所述检测路径下所述待测介质的精密密度值。
可选地，还包括主机：
每一所述位点在竖直方向上间隔设置；
所述主机，与所述辐射检测模块连接，用于接收并依据所述辐射检测模块在每一所述位点处确定的所述精密密度值形成所述待测介质的密度分布梯度，进而对所述密度分布梯度分析处理得到所述容器中所述待测介质的填充度；以及，所述主机，与所述参数补偿模块连接，用于获取并根据所述参数补偿模块在每个所述位点确定的所述容器内壁的结疤厚度，形成所述容器内壁的结疤厚度分布。
可选地，所述辐射检测模块获取并通过与每个所述位点对应的所述容器内壁的结疤厚度对每个所述检测路径的所述辐射衰减信息进行补偿，以根据补偿后的所述辐射衰减信息确定每个所述检测路径下所述待测介质的精密密度值，包括：
所述辐射检测模块获取与每个所述位点对应的所述容器内壁的结疤厚度，以根据每个所述位点对应的所述容器内壁的结疤厚度、与所述衰减射线相对应的所述位点的空间位置以及所述容器的结构参数，计算出任一所述检测路径下所述检测射线穿透所述结疤的总长度，进而确定每个所述检测路径下所述待测介质的精密密度值。
第二方面，本发明实施例还提供了一种容器内待测介质密度的高精密测算方法，采用第一方面所述的核辐射密度计执行所述方法，所述方法包括：
所述辐射检测模块在所述容器的源点处射出至少一束检测射线，并接收至少一束所述检测射线穿过对应的至少一个检测路径后在对应的所述位点处所形成的衰减射线，以得到每个所述检测路径的辐射衰减信息；
所述参数补偿模块获取容器内待测介质的介质温度和容器外壁上至少一个位点处的位点温度，以根据每个所述位点温度与所述介质温度的温差，利用第一预设映射关系，确定与每个所述位点对应的容器内壁的结疤厚度；
所述辐射检测模块获取并通过与每个所述位点对应的所述容器内壁的结疤厚度对每个所述检测路径的所述辐射衰减信息进行补偿，以根据补偿后的所述辐射衰减信息确定每个所述检测路径下所述待测介质的精密密度值。
本发明实施例所提供的技术方案，通过参数补偿模块获取容器内待测介质的介质温度和容器外壁上至少一个位点处的位点温度，以根据每个位点温度与介质温度的温差，利用第一预设映射关系，确定与每个位点对应的容器内壁的结疤厚度；安装在容器的外部且与参数补偿模块连接的辐射检测模块，在容器的源点处射出至少一束检测射线，并接收至少一束检测射线穿过对应的至少一个检测路径后在对应的位点处所形成的衰减射线，以得到至少一个检测路径的辐射衰减信息；辐射检测模块获取并通过与每个位点对应的容器内壁的结疤厚度对至少一个检测路径的辐射衰减信息进行补偿，以根据补偿后的辐射衰减信息确定至少一个检测路径下待测介质的精密密度值。
由此可见，本发明实施例能够通过参数补偿模块测得的容器内壁的结疤厚度对辐射检测模块获得的辐射衰减信息进行补偿，进而根据补偿后的辐射衰减信息确定待测介质的精密密度值，有效削减了容器内壁的结疤对核辐射密度计测量结果的影响程度，解决了容器长时间运行后，现有核辐射密度计输出的密度值实质为结疤和物料的总密度，而非物料本身的密度值，测量精度较低，测量误差偏大的问题，利于降低核辐射密度计的测量误差，提高核辐射密度计的测量精度。
应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种具有结疤厚度检测功能的自补偿型核辐射密度计的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种参数补偿模块的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的另一种参数补偿模块的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的又一种参数补偿模块的结构示意图；
图5是本发明实施例提供的另一种具有结疤厚度检测功能的自补偿型核辐射密度计的结构示意图；
图6是本发明实施例提供的一种容器内待测介质密度的高精密测算方法的流程图；
图7是本发明实施例提供的一种辐射检测模块及容器的位置分布示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
实施例一
图1是本发明实施例提供的一种具有结疤厚度检测功能的自补偿型核辐射密度计的结构示意图。如图1所示，具有结疤厚度检测功能的自补偿型核辐射密度计包括参数补偿模块110和辐射检测模块120。
参数补偿模块110，用于获取容器内待测介质的介质温度和容器外壁上至少一个位点处的位点温度，以根据每个位点温度与介质温度的温差，利用第一预设映射关系，确定与每个位点对应的容器内壁的结疤厚度。
辐射检测模块120，安装在容器的外部且与参数补偿模块110连接，用于在容器的源点处射出至少一束检测射线，并接收至少一束检测射线穿过对应的至少一个检测路径后在对应的位点处所形成的衰减射线，以得到至少一个检测路径的辐射衰减信息；以及，获取并通过与每个位点对应的容器内壁的结疤厚度对至少一个检测路径的辐射衰减信息进行补偿，以根据补偿后的辐射衰减信息确定至少一个检测路径下待测介质的精密密度值。
其中，容器可以是能够承载待测介质的罐体、仓体、管道，或者其他类似的仪器或部件；以工业领域的生产设备为例，本发明实施例中的容器可以但不限于是生产设备中的反应罐、储料仓等组件。另外，待测介质的状态可以优选设置为液态。
可知地，位点温度可以是指容器外壁上任一位点的实时温度，或者，容器外壁上任一位点在预设时间范围内的平均温度，位点温度是介质的热能通过容器的热传导过程转移到容器外壁上每一位点处的外现形式。
在绝大多数情况下，结疤的导热系数与待测介质的导热系数、容器壁的导热系数不同，因而在同一介质温度下，容器内壁结疤后容器外壁上各位点的位点温度会与容器内壁未结疤时容器外壁上各位点的位点温度不同，并且结疤越厚，位点温度越低。有鉴于此，第一预设映射关系可以是指结疤厚度与位点温度及介质温度之间温差的对应关系；在介质温度恒定不变的工况下，第一预设映射关系可以是指结疤厚度与位点温度之间的对应关系。可以理解的是，第一预设映射关系可以以数据表、数据库等形式外现，第一预设映射关系可以在核辐射密度计投入使用之前通过多次试验标定获得；这样一来，参数补偿模块110在获取容器内待测介质的介质温度和容器外壁上至少一个位点处的位点温度后，就能根据每个位点温度与介质温度之间的温差，通过查询第一预设映射关系，确定每个位点所对应的容器内壁的结疤厚度。
可以理解的是，源点可以是指辐射检测模块120射出检测射线的空间点；检测射线和衰减射线可以是γ射线；检测路径可以是指在每一检测射线的出射方向上，源点与该检测射线所对应的位点之间的直线路径。示例性地，当容器内壁未结疤时，检测射线穿过的检测路径可以包括容器壁、待测介质和/或空气，由此，衰减射线可以是指在穿过检测路径过程中、被容器壁、待测介质和/或空气吸收后、射线强度有所降低的检测射线；当容器内壁结疤时，检测射线穿过的检测路径可以包括容器壁、结疤、待测介质和/或空气，此时，衰减射线可以是指在穿过检测路径过程中、被容器壁、结疤、待测介质和/或空气吸收后、射线强度有所降低的检测射线。
除此以外，辐射衰减信息可以是指辐射监测模块在接收到衰减射线后，根据检测射线和衰减射线计算获得的能谱信息。示例性地，辐射衰减信息包括检测射线的能谱波形、各个道址累计计数的数量、各个道址累计计数的数量和、各个道址每次计数的发生时间、各个道址计数的时间频率和各个道址计数的时间间隔中的至少一个。
一般情况下，结疤产生后，其对检测射线所起的衰减作用大于待测介质对检测射线所起的衰减作用，并且结疤越厚，检测射线衰减越严重。由此，辐射检测模块120可以通过获取并根据参数补偿模块110所确定的每个位点所对应的容器内壁的结疤厚度，获知该厚度的结疤对检测射线所起的实际衰减作用(例如，辐射检测模块120获得的可以是检测射线通过检测路径后的实际辐射衰减信息)；之后，基于该实际辐射衰减信息对自身获得的辐射衰减信息进行修正，以得到补偿后的辐射衰减信息(例如，补偿后的辐射衰减信息可以是实际辐射衰减信息和辐射检测模块120自身计算出的辐射衰减信息的平均值、加权平均值等)；最终，辐射检测模块120可以根据补偿后的辐射衰减信息排除结疤对密度检测的影响，确定至少一个检测路径下待测介质的精密密度值。
示例性地，具有结疤厚度检测功能的自补偿型核辐射密度计的工作原理可以具体如下：
参数补偿模块110获取容器内待测介质的介质温度和容器外壁上至少一个位点处的位点温度，以根据每个位点温度与介质温度的温差，利用第一预设映射关系，确定与每个位点对应的容器内壁的结疤厚度；安装在容器的外部且与参数补偿模块110连接的辐射检测模块120，在容器的源点处射出至少一束检测射线，并接收至少一束检测射线穿过对应的至少一个检测路径后在对应的位点处所形成的衰减射线，以得到至少一个检测路径的辐射衰减信息；辐射检测模块120获取并通过与每个位点对应的容器内壁的结疤厚度对至少一个检测路径的辐射衰减信息进行补偿，以根据补偿后的辐射衰减信息确定至少一个检测路径下待测介质的精密密度值。
综上所述，本实施例能够通过参数补偿模块测得的容器内壁的结疤厚度对辐射检测模块获得的辐射衰减信息进行补偿，进而根据补偿后的辐射衰减信息确定待测介质的精密密度值，实现了核辐射密度计的密度测量自补偿，有效削减了容器内壁的结疤对核辐射密度计测量结果的影响程度，解决了容器长时间运行后，现有核辐射密度计输出的密度值实质为结疤和物料的总密度，而非物料本身的密度值，测量精度较低，测量误差偏大的问题，利于降低核辐射密度计的测量误差，提高核辐射密度计的测量精度。
实施例二
核辐射密度计的实际现场工况千差万别，有些现场的待测介质受自身特性影响，介质温度不明也不可测量；有些待测介质的介质温度虽然不明，但却可以测量；有些待测介质的介质温度还可由厂家预先安装的测温装置直接获得。据此，本实施例中参数补偿模块的具体架构可以根据实际现场工况适应性进行调整，以下进行具体说明，但不对本发明构成限定。
图2是本发明实施例提供的一种参数补偿模块的结构示意图，图3是本发明实施例提供的另一种参数补偿模块的结构示意图，图4是本发明实施例提供的又一种参数补偿模块的结构示意图，图5是本发明实施例提供的另一种具有结疤厚度检测功能的自补偿型核辐射密度计的结构示意图，本实施例以实施例一为基础进行细化。
在本实施例的一个实施方式中，有些待测介质的介质温度可以由厂家预先安装的测温装置直接获得。如图2所示，可选地，介质温度已知；参数补偿模块包括主控单元111和至少一个测温单元112；每一测温单元112，对应设置在容器外壁上的一个位点处，用于测量对应的位点处的位点温度并上传至主控单元111；主控单元111，分别与每一测温单元112连接，用于计算每一位点温度与介质温度的温差，并利用第一预设映射关系，确定与每个位点对应的容器内壁的结疤厚度。
其中，主控单元111可以是单片机、片上系统等。可知地，测温单元112可以是任一种温度测量装置，例如温度传感器；测温单元112的工作原理可以是电阻传感、热电偶传感等，测温单元112的工作方式可以是接触式或非接触式。
示例性地，具有结疤厚度检测功能的自补偿型核辐射密度计的工作原理可以具体如下：
对应设置在容器外壁上一个位点处的每一测温单元112测量对应的位点处的位点温度并上传至主控单元111；主控单元111分别与每一测温单元112连接，以计算每一位点温度与介质温度的温差，进而利用第一预设映射关系确定与每个位点对应的容器内壁的结疤厚度；安装在容器的外部且与参数补偿模块连接的辐射检测模块，在容器的源点处射出至少一束检测射线，并接收至少一束检测射线穿过对应的至少一个检测路径后在对应的位点处所形成的衰减射线，以得到至少一个检测路径的辐射衰减信息；辐射检测模块获取并通过与每个位点对应的容器内壁的结疤厚度对至少一个检测路径的辐射衰减信息进行补偿，以根据补偿后的辐射衰减信息确定至少一个检测路径下待测介质的精密密度值。
在本实施例的另一个实施方式中，有些现场的待测介质受自身特性影响，介质温度虽然不明但却可以测量。如图3所示，可选地，介质温度未知但被配置为可测量；参数补偿模块包括第一测量单元113、主控单元111和至少一个测温单元112；第一测量单元113，与主控单元111连接且设置在容器中，用于测量介质温度并上传至主控单元111；每一测温单元112，对应设置在容器外壁上的一个位点处，用于测量对应的位点处的位点温度并上传至主控单元111；主控单元111，分别与每一测温单元112连接，用于计算每一位点温度与介质温度的温差，并利用第一预设映射关系，确定与每个位点对应的容器内壁的结疤厚度。
其中，第一测量单元113可以是任意温度测量装置，例如高温计；第一测量单元113的工作原理可以是亮度法、比色法等，第一测量单元113的工作方式可以是接触式或非接触式。
示例性地，具有结疤厚度检测功能的自补偿型核辐射密度计的工作原理可以具体如下：
与主控单元111连接且设置在容器中的第一测量单元113测量介质温度并上传至主控单元111；对应设置在容器外壁上一个位点处的每一测温单元112测量对应的位点处的位点温度并上传至主控单元111；主控单元111分别与每一测温单元112连接，以计算每一位点温度与介质温度的温差，进而利用第一预设映射关系确定与每个位点对应的容器内壁的结疤厚度；安装在容器的外部且与参数补偿模块连接的辐射检测模块，在容器的源点处射出至少一束检测射线，并接收至少一束检测射线穿过对应的至少一个检测路径后在对应的位点处所形成的衰减射线，以得到至少一个检测路径的辐射衰减信息；辐射检测模块获取并通过与每个位点对应的容器内壁的结疤厚度对至少一个检测路径的辐射衰减信息进行补偿，以根据补偿后的辐射衰减信息确定至少一个检测路径下待测介质的精密密度值。
在本实施例的又一个实施方式中，有些现场的待测介质受自身特性影响，介质温度不明也不可测量。如图4和图5所示，可选地，介质温度未知且被配置为不可测量；参数补偿模块包括保温单元115、第二测量单元114、主控单元111和至少一个测温单元112；保温单元115，固定在容器外壁上，并包裹容器外壁形成结构空腔；第二测量单元114，与主控单元111连接且设置在结构空腔中，用于测量空腔温度并上传至主控单元111；每一测温单元112，对应设置在容器外壁上的一个位点处，用于测量对应的位点处的位点温度并上传至主控单元111；主控单元111，分别与每一测温单元112连接，用于将空腔温度作为介质温度，并计算每一位点温度与介质温度的温差，进而利用第一预设映射关系，确定与每个位点对应的容器内壁的结疤厚度。
其中，保温单元115的材质可以是任一保温材料，例如矿物棉、聚苯板、聚氨酯等；保温单元115可以通过胶粘、螺栓紧固、焊接等方式固定在容器10的外壁上。另外，第二测量单元114可以是任意温度测量装置，例如温度传感器；第二测量单元114的工作原理可以是电阻传感、热电偶传感等，第二测量单元114的工作方式可以是接触式或非接触式。
由于介质温度未知且被配置为不可测量，因而发明人创造性提出通过设置保温单元115和第二测量单元114来近似地获得介质温度。这样设置的原因在于，具有一定介质温度的待测介质会通过热辐射的方式将自身热能通过容器壁持续向外散发，因为容器壁一般会由碳钢、不锈钢等材料制成，容器10本身的热传导性能较为优越，且若容器壁内也结疤，经过若干时间后，保温单元115包裹容器外壁所形成结构空腔中的温度会在保温单元115的保温作用下，逐渐与介质温度趋于一致，由此，设置在结构空腔中的第二测量单元114测量得到的空腔温度即等效于介质温度。
可以理解的是，没有保温单元115包裹的容器外壁也会因待测介质的热辐射而具有一外壁温度，但是由于其没有保温单元115包裹，因而容器外壁也会通过热辐射作用不断将热量传导到周围环境中，因此容器外壁上各位点处的位点温度会与结构空腔中的温度存在温差。有鉴于此，在本实施例的又一个实施方式中，可选地，结构空腔中不设置位点；位点紧挨结构空腔设置。
示例性地，具有结疤厚度检测功能的自补偿型核辐射密度计的工作原理可以具体如下：
保温单元115固定在容器外壁上，并包裹容器外壁形成结构空腔；与主控单元111连接且设置在结构空腔中的第二测量单元114测量空腔温度并上传至主控单元111；对应设置在容器外壁上一个位点处的每一测温单元112测量对应的位点处的位点温度并上传至主控单元111；主控单元111分别与每一测温单元112连接，并将空腔温度作为介质温度，计算出每一位点温度与介质温度的温差后，就能利用第一预设映射关系确定与每个位点对应的容器内壁的结疤厚度；安装在容器的外部且与参数补偿模块连接的辐射检测模块120，在容器的源点处射出至少一束检测射线，并接收至少一束检测射线穿过对应的至少一个检测路径后在对应的位点处所形成的衰减射线，以得到至少一个检测路径的辐射衰减信息；辐射检测模块120获取并通过与每个位点对应的容器内壁的结疤厚度对至少一个检测路径的辐射衰减信息进行补偿，以根据补偿后的辐射衰减信息确定至少一个检测路径下待测介质的精密密度值。
由此可见，本实施例根据不同实际应用工况下的核辐射密度计，针对性提出了多种参数补偿模块的组成架构，丰富了核辐射密度计的工况适用性。同时，本实施例通过参数补偿模块测得的容器内壁的结疤厚度对辐射检测模块获得的辐射衰减信息进行补偿，进而根据补偿后的辐射衰减信息确定待测介质的精密密度值，实现了核辐射密度计的密度测量自补偿，有效削减了容器内壁的结疤对核辐射密度计测量结果的影响程度，解决了容器长时间运行后，现有核辐射密度计输出的密度值实质为结疤和物料的总密度，而非物料本身的密度值，测量精度较低，测量误差偏大的问题，利于降低核辐射密度计的测量误差，提高核辐射密度计的测量精度。
需要说明的是，图2、图3和图4均示例性示出了测温单元112的个数为一个，但均不作为对本发明的限定。
实施例三
下面对辐射检测模块的具体架构进行说明，但不作为对本发明的限制。继续参见图5，本实施例以实施例一或实施例二为基础进行追加和细化。
可选地，辐射检测模块120包括辐射源121和至少一个探测器122；辐射源121，安装在容器外壁上的源点处，用于射出至少一束检测射线，并使至少一束检测射线穿过对应的至少一个检测路径后在对应的位点处形成衰减射线；每一探测器122，设置在一个位点处，用于接收衰减射线，以得到每个检测路径的辐射衰减信息；以及，获取并通过与每个位点对应的容器内壁的结疤厚度对每个检测路径的辐射衰减信息进行补偿，以根据补偿后的辐射衰减信息确定每个检测路径下待测介质的精密密度值。
可选地，还包括主机130：每一位点在竖直方向上间隔设置；主机130，与辐射检测模块120连接，用于接收并依据辐射检测模块120在每一位点处确定的精密密度值形成待测介质的密度分布梯度，进而对密度分布梯度分析处理得到容器10中待测介质的填充度；以及，主机130，与参数补偿模块连接，用于获取并根据参数补偿模块在每个位点确定的容器内壁的结疤厚度，形成容器内壁的结疤厚度分布。
其中，竖直方向是指容器外壁的垂直方向；适应性地，每一位点在竖直方向上间隔设置可以是指每一位点在容器外壁的垂直方向上等间隔设置，或者可以是指每一位点在容器外壁的垂直方向上非等间隔设置。
在实际应用中，辐射检测模块120中的辐射源121可更换；例如，用户可以通过记录辐射源121的安装使用时间，结合辐射源121自身的辐射特性，对辐射源121进行定期更换；具体来说，辐射源121的类型可以为Na22，用于作为正电子辐射体，发射γ射线(即检测射线为γ射线)，Na22的活度可以为豁免水平(Na22的活度小于1*106Bq)，Na22的半衰期是2.5年左右(Na22自身的放射特性)，故可通过记录Na22的安装使用时间，在Na22到达半衰期时进行更换。可以理解的是，豁免级别的辐射源121使用安全，对用户身体不会产生危害，用户可以放心使用；此外，辐射源121的类型也可以为其它活度的CS137、Co60等放射源，可以理解的是，若超过其豁免活度，则应按照政府部门要求办理合法合规的手续。辐射源121的活度越大，每秒产生的检测射线的数量就越多，射出的检测射线的数量就越多，射出的检测射线的强度也就越大。
每个检测路径下待测介质的精密密度值可以是指容器10中每个检测路径下待测介质的整体密度平均值；待测介质的密度分布梯度可以是指能够表征容器10中待测介质的密度分布情况的函数式，或者可以是指能够表征容器10中待测介质的密度分布情况的特征表；同样地，容器内壁的结疤厚度分布也可以通过函数式、特征表等方式来表征容器中结疤的厚度分布情况。
示例性地，当容器10为料罐时，容器10中待测介质的填充度指待测介质在容器容积中所占的比例，比如填充度100％即为满罐；填充度0％即为空罐；填充度50％即为部分填充，此时待测介质在容器容积中的占比为50％等。可以理解的是，探测器122布置的数量越多、越密集，容器内壁结疤厚度分布越精密，并且容器10内待测介质的密度分布梯度越精细，从而使得容器10中待测介质的填充度越精确。
可知地，当容器10处于满管或满罐状态时，各个检测路径下的检测射线会穿过容器10并经容器10内部的待测介质和/或结疤作用后，才被探测器122所接收。而当容器10内待测介质的填充度为部分填充时，比如底部是待测介质和结疤，顶部是气体时，部分检测路径下的检测射线会穿过容器10并经容器10内部的待测介质、结疤及气体，容器10内部的待测介质及气体，容器10内部的结疤及气体，或者容器10内部的气体作用后(即形成衰减射线)被装设于待测介质的物位以上的探测器122所接收，这样一来，辐射检测模块120很难区分出衰减射线的形成是受待测介质作用，还是受结疤作用，亦或是受待测介质和结疤等的作用。有鉴于此，当容器10内待测介质的填充度为部分填充时，由于处在待测介质之下的多个位点处的位点温度会远高于处在待测介质之上的多个位点处的位点温度，因而主机130能够根据参数补偿模块获取的容器外壁上多个位点处的位点温度识别出容器10内待测介质的填充度，进而依据待测介质的填充度获知哪些位点位于待测介质之下。
对于处在待测介质之下的位点，可以通过参数补偿模块获取容器内待测介质的介质温度和处在待测介质之下的容器外壁上每一位点处的位点温度，以根据每个位点温度与介质温度的温差，利用第一预设映射关系，确定与每个位点对应的容器内壁的结疤厚度；此时，主机可以获取并根据参数补偿模块在每个位点确定的容器内壁的结疤厚度，形成处在待测介质之下的容器内壁的结疤厚度分布，同时，辐射检测模块也可以获取并通过与处在待测介质之下的每个位点对应的容器内壁的结疤厚度对至少一个检测路径的辐射衰减信息进行补偿，以根据补偿后的辐射衰减信息确定至少一个检测路径下待测介质的精密密度值；最后，主机可以接收并依据辐射检测模块在处在待测介质之下的每一位点处确定的精密密度值形成待测介质的密度分布梯度。
示例性地，具有结疤厚度检测功能的自补偿型核辐射密度计的工作原理可以具体如下：
参数补偿模块获取容器10内待测介质的介质温度和容器外壁上至少一个位点处的位点温度，以根据每个位点温度与介质温度的温差，利用第一预设映射关系，确定与每个位点对应的容器内壁的结疤厚度；安装在容器外壁上源点处的辐射源121射出至少一束检测射线，并使至少一束检测射线穿过对应的至少一个检测路径后在对应的位点处形成衰减射线；设置在一个位点处的每一探测器122接收衰减射线，以得到每个检测路径的辐射衰减信息；每一探测器122获取并通过与每个位点对应的容器内壁的结疤厚度对每个检测路径的辐射衰减信息进行补偿，以根据补偿后的辐射衰减信息确定每个检测路径下待测介质的精密密度值；与辐射检测模块120连接的主机130接收并依据辐射检测模块120在每一位点处确定的精密密度值形成待测介质的密度分布梯度，进而对密度分布梯度分析处理得到容器10中待测介质的填充度；主机130还与参数补偿模块连接，以获取并根据参数补偿模块在每个位点确定的容器内壁的结疤厚度，形成容器内壁的结疤厚度分布。
综上，本实施例通过参数补偿模块测得的容器内壁的结疤厚度对至少一个探测器获得的辐射衰减信息进行补偿，进而根据补偿后的辐射衰减信息确定待测介质的精密密度值，实现了核辐射密度计的密度测量自补偿，有效削减了容器内壁的结疤对核辐射密度计测量结果的影响程度，解决了容器长时间运行后，现有核辐射密度计输出的密度值实质为结疤和物料的总密度，而非物料本身的密度值，测量精度较低，测量误差偏大的问题，利于降低核辐射密度计的测量误差，提高核辐射密度计的测量精度。
此外，本实施例还通过主机接收并依据辐射检测模块在每一位点处确定的精密密度值形成待测介质的密度分布梯度，进而对密度分布梯度分析处理得到容器中待测介质的填充度；以及，获取并根据参数补偿模块在每个位点确定的容器内壁的结疤厚度，形成容器内壁的结疤厚度分布，实现了对容器中待测介质的填充度和容器内壁的结疤厚度分布的精准测量，拓展了核辐射密度计的测量功能。
需要说明的是，在本实施例的一个实施方式中，图7是本发明实施例提供的一种辐射检测模块及容器的位置分布示意图，参见图7，可选地，辐射衰减信息通过下述方式计算：
式中，I表示衰减射线的强度；I0表示检测射线的强度；K表示几何因子；a表示任一检测路径下，检测射线穿透容器壁的总长度；b表示任一检测路径下，检测射线穿透结疤的总长度；c表示任一检测路径下，检测射线穿透空气的总长度；L表示检测路径的总长度；μ1表示容器壁对检测射线的质量吸收系数；ρ1表示容器壁的密度；μ2表示结疤对检测射线的质量吸收系数；ρ2表示结疤的密度；μ3表示空气对检测射线的质量吸收系数；ρ3表示空气的密度；μ4表示待测介质对检测射线的质量吸收系数；ρ4表示待测介质的密度。
可选地，辐射检测模块获取并通过与每个位点对应的容器内壁的结疤厚度对每个检测路径的辐射衰减信息进行补偿，以根据补偿后的辐射衰减信息确定每个检测路径下待测介质的精密密度值，包括：
辐射检测模块获取与每个位点对应的容器内壁的结疤厚度，以根据每个位点对应的容器内壁的结疤厚度、与衰减射线相对应的位点的空间位置以及容器的结构参数，计算出任一检测路径下检测射线穿透结疤的总长度，进而确定每个检测路径下待测介质的精密密度值。
其中，-ln(I/KI0)可以用于表征辐射衰减信息。此外，任一检测路径下检测射线穿透容器壁的总长度a等于图7中a1与a2之和，任一检测路径下检测射线穿透结疤的总长度b等于图7中b1与b2之和，任一检测路径下检测射线穿透空气的总长度c等于图7中c1与c2之和；若辐射源121和探测器122均紧挨容器外壁设置，则任一检测路径下检测射线穿透空气的总长度c等于0。
可知地，质量吸收系数可以表示单位重量物质对检测射线强度的衰减程度，其与物质的密度和状态无关，而与物质的原子序数和检测射线的波长有关。若吸收检测射线的物质是由两种以上的元素组成的化合物或混合物，则该物质的质量吸收系数是其组分元素的质量吸收系数的加权平均值。
可以理解的是，一旦核辐射密度计安装完成，则辐射检测模块所处源点的位置、与任意衰减射线相对应的位点的空间位置和容器的结构参数不再改变，此时，几何因子K、任一检测路径下检测射线穿透容器壁的总长度a、检测路径的总长度L、任一检测路径下检测射线穿透空气的总长度c均可通过计算获得。另外，容器壁对检测射线的质量吸收系数μ1(例如可以根据容器壁所含组分元素做加权平均计算得到)、容器壁的密度ρ1(例如可以是指容器壁的平均密度)、结疤对检测射线的质量吸收系数μ2(例如可以根据结疤所含组分元素做加权平均计算得到)、结疤的密度ρ2(例如可以是指结疤的平均密度)、空气对检测射线的质量吸收系数μ3(例如可以根据空气所含组分元素做加权平均计算得到)、空气的密度ρ3(例如可以是指空气的平均密度)和待测介质对检测射线的质量吸收系数μ4(例如可以根据待测介质所含组分元素做加权平均计算得到)也都可以通过标定实验预先获取。由此可见，在前述辐射衰减信息的计算公式中，只有任一检测路径下检测射线穿透结疤的总长度b和待测介质的密度ρ4未知。
有鉴于此，发明人创造性提出通过设置参数补偿模块获取容器内待测介质的介质温度和容器外壁上至少一个位点处的位点温度，以根据每个位点温度与介质温度的温差，利用第一预设映射关系，确定与每个位点对应的容器内壁的结疤厚度；这样一来，每个位点对应的容器内壁的结疤厚度已知，再结合辐射检测模块所处源点的位置、与任意衰减射线相对应的位点的空间位置和容器的结构参数，就可以计算出任一检测路径下检测射线穿透结疤的总长度b，进而可以计算出待测介质的密度ρ4，即确定了每个检测路径下待测介质的精密密度值，实现了核辐射密度计的密度测量自补偿。
还需要说明的是，在本实施例的一个实施方式中，可选地，几何因子通过下述方式计算：
其中，s表示被衰减后的检测射线辐照到的核辐射密度计中闪烁晶体的表面面积；S表示以核辐射密度计中辐射源所在的空间位置为中心，且以辐射源与闪烁晶体的表面之间的距离为半径的球体的表面积。
具体而言，辐射源发出的检测射线会朝向空间各个方向辐射，以辐射源为中心而半径不同的球面上的射线强度与距离(即半径)的平方成反比，因此，单一的探测器并不能将辐射源发出的全部检测射线完全接收。假设探测器中的闪烁晶体呈圆柱体状，闪烁晶体水平安装在探测器中并且闪烁晶体的圆形底面朝向辐射源，则被衰减后的检测射线辐照到的核辐射密度计中闪烁晶体的表面面积s等于πr2，r即为圆柱状闪烁晶体的圆形底面的半径。同样地，若辐射源与闪烁晶体的表面之间的距离为R，则以核辐射密度计中辐射源所在的空间位置为中心，且以辐射源与闪烁晶体的表面之间的距离为半径的球体的表面积S为4πR2。此时，几何因子K(也可称为发散系数)等于r2/4R2。
还需要说明的是，图5示例性示出了探测器122的数量为2个，图7示例性示出了探测器122的数量为1个，不对本发明构成限制。
实施例四
图6是本发明实施例提供的一种容器内待测介质密度的高精密测算方法的流程图。本实施例可适用于各种型号容器(包括但不限于料罐或管道)内待测介质密度的高精度测量场景，该方法可以由前述实施例中的具有结疤厚度检测功能的自补偿型核辐射密度计执行，该具有结疤厚度检测功能的自补偿型核辐射密度计可以由软件和/或硬件来实现。如图6所示，该方法具体包括如下步骤：
S601、辐射检测模块在容器的源点处射出至少一束检测射线，并接收至少一束检测射线穿过对应的至少一个检测路径后在对应的位点处所形成的衰减射线，以得到每个检测路径的辐射衰减信息。
S602、参数补偿模块获取容器内待测介质的介质温度和容器外壁上至少一个位点处的位点温度，以根据每个位点温度与介质温度的温差，利用第一预设映射关系，确定与每个位点对应的容器内壁的结疤厚度。
S603、辐射检测模块获取并通过与每个位点对应的容器内壁的结疤厚度对每个检测路径的辐射衰减信息进行补偿，以根据补偿后的辐射衰减信息确定每个检测路径下待测介质的精密密度值。
由此可知，本实施例能够通过参数补偿模块测得的容器内壁的结疤厚度对辐射检测模块获得的辐射衰减信息进行补偿，进而根据补偿后的辐射衰减信息确定待测介质的精密密度值，有效削减了容器内壁的结疤对核辐射密度计测量结果的影响程度，解决了容器长时间运行后，现有核辐射密度计输出的密度值实质为结疤和物料的总密度，而非物料本身的密度值，测量精度较低，测量误差偏大的问题，利于降低核辐射密度计的测量误差，提高核辐射密度计的测量精度。
应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发明中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。
上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。
Claims (10)
1.一种具有结疤厚度检测功能的自补偿型核辐射密度计，其特征在于，包括参数补偿模块和辐射检测模块；
所述参数补偿模块，用于获取容器内待测介质的介质温度和容器外壁上至少一个位点处的位点温度，以根据每个所述位点温度与所述介质温度的温差，利用第一预设映射关系，确定与每个所述位点对应的容器内壁的结疤厚度；
所述辐射检测模块，安装在所述容器的外部且与所述参数补偿模块连接，用于在所述容器的源点处射出至少一束检测射线，并接收至少一束所述检测射线穿过对应的至少一个检测路径后在对应的所述位点处所形成的衰减射线，以得到至少一个所述检测路径的辐射衰减信息；以及，获取并通过与每个所述位点对应的所述容器内壁的结疤厚度对至少一个所述检测路径的所述辐射衰减信息进行补偿，以根据补偿后的所述辐射衰减信息确定至少一个所述检测路径下所述待测介质的精密密度值。
2.根据权利要求1所述的核辐射密度计，其特征在于，所述介质温度已知；
所述参数补偿模块包括主控单元和至少一个测温单元；
每一所述测温单元，对应设置在所述容器外壁上的一个所述位点处，用于测量对应的所述位点处的所述位点温度并上传至所述主控单元；
所述主控单元，分别与每一所述测温单元连接，用于计算每一所述位点温度与所述介质温度的温差，并利用所述第一预设映射关系，确定与每个所述位点对应的所述容器内壁的结疤厚度。
3.根据权利要求1所述的核辐射密度计，其特征在于，所述介质温度未知但被配置为可测量；
所述参数补偿模块包括第一测量单元、主控单元和至少一个测温单元；
所述第一测量单元，与所述主控单元连接且设置在所述容器中，用于测量所述介质温度并上传至所述主控单元；
每一所述测温单元，对应设置在所述容器外壁上的一个所述位点处，用于测量对应的所述位点处的所述位点温度并上传至所述主控单元；
所述主控单元，分别与每一所述测温单元连接，用于计算每一所述位点温度与所述介质温度的温差，并利用所述第一预设映射关系，确定与每个所述位点对应的所述容器内壁的结疤厚度。
4.根据权利要求1所述的核辐射密度计，其特征在于，所述介质温度未知且被配置为不可测量；
所述参数补偿模块包括保温单元、第二测量单元、主控单元和至少一个测温单元；
所述保温单元，固定在所述容器外壁上，并包裹所述容器外壁形成结构空腔；
所述第二测量单元，与所述主控单元连接且设置在所述结构空腔中，用于测量空腔温度并上传至所述主控单元；
每一所述测温单元，对应设置在所述容器外壁上的一个所述位点处，用于测量对应的所述位点处的所述位点温度并上传至所述主控单元；
所述主控单元，分别与每一所述测温单元连接，用于将所述空腔温度作为所述介质温度，并计算每一所述位点温度与所述介质温度的温差，进而利用所述第一预设映射关系，确定与每个所述位点对应的所述容器内壁的结疤厚度。
5.根据权利要求4所述的核辐射密度计，其特征在于，所述结构空腔中不设置所述位点。
6.根据权利要求5所述的核辐射密度计，其特征在于，所述位点紧挨所述结构空腔设置。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的核辐射密度计，其特征在于，所述辐射检测模块包括辐射源和至少一个探测器；
所述辐射源，安装在所述容器外壁上的所述源点处，用于射出至少一束所述检测射线，并使至少一束所述检测射线穿过对应的至少一个所述检测路径后在对应的所述位点处形成所述衰减射线；
每一所述探测器，设置在一个所述位点处，用于接收所述衰减射线，以得到每个所述检测路径的辐射衰减信息；以及，获取并通过与每个所述位点对应的所述容器内壁的结疤厚度对每个所述检测路径的所述辐射衰减信息进行补偿，以根据补偿后的所述辐射衰减信息确定每个所述检测路径下所述待测介质的精密密度值。
8.根据权利要求1所述的核辐射密度计，其特征在于，还包括主机：
每一所述位点在竖直方向上间隔设置；
所述主机，与所述辐射检测模块连接，用于接收并依据所述辐射检测模块在每一所述位点处确定的所述精密密度值形成所述待测介质的密度分布梯度，进而对所述密度分布梯度分析处理得到所述容器中所述待测介质的填充度；以及，所述主机，与所述参数补偿模块连接，用于获取并根据所述参数补偿模块在每个所述位点确定的所述容器内壁的结疤厚度，形成所述容器内壁的结疤厚度分布。
9.根据权利要求1所述的核辐射密度计，其特征在于，所述辐射检测模块获取并通过与每个所述位点对应的所述容器内壁的结疤厚度对每个所述检测路径的所述辐射衰减信息进行补偿，以根据补偿后的所述辐射衰减信息确定每个所述检测路径下所述待测介质的精密密度值，包括：
所述辐射检测模块获取与每个所述位点对应的所述容器内壁的结疤厚度，以根据每个所述位点对应的所述容器内壁的结疤厚度、与所述衰减射线相对应的所述位点的空间位置以及所述容器的结构参数，计算出任一所述检测路径下所述检测射线穿透所述结疤的总长度，进而确定每个所述检测路径下所述待测介质的精密密度值。
10.一种容器内待测介质密度的高精密测算方法，其特征在于，采用权利要求1所述的核辐射密度计执行所述方法，所述方法包括：
所述辐射检测模块在所述容器的源点处射出至少一束检测射线，并接收至少一束所述检测射线穿过对应的至少一个检测路径后在对应的所述位点处所形成的衰减射线，以得到每个所述检测路径的辐射衰减信息；
所述参数补偿模块获取容器内待测介质的介质温度和容器外壁上至少一个位点处的位点温度，以根据每个所述位点温度与所述介质温度的温差，利用第一预设映射关系，确定与每个所述位点对应的容器内壁的结疤厚度；
所述辐射检测模块获取并通过与每个所述位点对应的所述容器内壁的结疤厚度对每个所述检测路径的所述辐射衰减信息进行补偿，以根据补偿后的所述辐射衰减信息确定每个所述检测路径下所述待测介质的精密密度值。
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