DD160378A3

DD160378A3 - Verfahren und vorrichtung zur rationellen kalibrierung von neutronensonden

Info

Publication number: DD160378A3
Application number: DD22383380A
Authority: DD
Inventors: Ulrich Wendling; Gerd Kleinstaeuber
Original assignee: Ulrich Wendling; Gerd Kleinstaeuber
Priority date: 1980-09-11
Filing date: 1980-09-11
Publication date: 1983-06-29
Also published as: BG36310A1

Abstract

Das Verfahren und d. Vorrichtung zur rationellen Kalibrierung von Neutronensonden dienen zur Senkung des Aufwandes bei d.Erstellung d.Kalibrierbeziehung Impulsrate der Sonde- Wassergehalt des Bodens bzw. allgemein des Messgutes. Durch Anwendung eines Kalibrierbehaelters mit einstellbaren, den Wassergehalt des Messgutes simulierenden Zustaenden wird mittels Formkoerpern mit neutronenspezifischem Moderator- bzw. Absorbermaterial aus einer gegebenen Kalibrierbeziehung die Kalibrierbeziehung fuer veraenderte Bedingungen des radiometrischen Messplatzes einschliesslich der Neutronensonde bestimmt. Die Anwendung kann ueberall dort erfolgen, wo Neutronen-Tiefensonden zu Wassergehaltsbestimmungen im Boden oder in Schuettguetern im Einsatz sind, z.B. in der Landwirtschaft, in der Wasserwirtschaft, im Bauwesen, in der Geophysik, im Bergbau und in der chemischen Industrie.

Description

Titel der Erfindung

Verfahren und Vorrichtung zur rationellen Kalibrierung von Neutronensonden

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur rationellen Kalibrierung von Neutronensonden und kann in der radiometrischen Meßtechnik für Neutronen-Tiefensonden zur WassergehaltsbeStimmung des Bodens in der Landwirtschaft, im Bauwesen, in der Geophysik sowie zur Wassergehaltsbestimmung von Schüttgütern, wie beispielsweise Baggersand und -kies, Kohle, Düngemittel und Getreide, verwendet werden.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Voraussetzung für den Einsatz von Neutronensonden zur radiometrischen Wassergehaltsbestimmung ist das Vorhandensein einer Kalibrierbeziehung. Sie gibt den unter definierten Bedingungen ermittelten Zusammenhang zwischen relativer Impulsrate der Neutronensonde und Wassergehalt der zu untersuchenden Substanz wieder. Im allgemeinen ist diese Kalibrierbeziehung von Sonde zu Sonde verschieden. Vom Anwender muß eine Kalibrierbeziehung stets dann neu erstellt werden, wenn, unabhängig von der Ursache, eine Abweichung der Kontrollimpulsrate I von zulässigen Grenzwerten vorliegt. Bei einer solchen Abweichung der Kontrollimpulsrate wird die bestehende Kalibrierbeziehung trotz Betrachtung relativer

Impulsraten I /I unbrauchbar, η no

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Abweichungen in der Kontrollimpulsrate liegen nahezu immer dann vor, wenn einer der im folgenden aufgeführten, Bei der praktischen Durchführung der radiometrischen Wassergehaltsbestimmung häufig auftretenden Fälle gegeben ist:

- Einbeziehung von Neutronensonden mit noch fehlender Kalibrierbeziehung in ein laufendes Wassergehalts-Meßprogramm (z. B. bei Erweiterung des Sondenbestandes durch Neuanschaffung oder bei Ersatz ausgefallener Sonden).

- Reparatur der Neutronensonde (z. B. Austausch des Zählrohres bzw. des Impulsverstärkers in der Sonde).

- Eingriffe bzw. Veränderungen am radiometrischen Meflplatz (z. B. Austausch des Impulszählers oder des externen Diskriminatorbausteins).

- Langzeitveränderungen der Parameter des radiometrischen Meßplatzes, vor allem infolge Alterung.

Die Erstellung der Kalibrierbeziehung muß zur Zeit nach einem der beiden Verfahren der Behälter- oder Standortkalibrierung individuell für jede einzelne Sonde durchgeführt werden. Die Behälterkalibrierung erfolgt mit dem am vorgesehenen Standort der Wassergehaltsbestimmungen entnommenen und künstlich in Wassergehalt und Dichte veränderten Boden gemäß standardisierter Verfahren (1). Bei der Standortkalibrierung wird der natürliche Zustand des Bodens am Standort für die Ermittlung der Kalibrierbeziehung ausgenutzt. Beide Verfahren sind sehr arbeits- und zeitaufwendig. Erste Versuche, diesen Aufwand zu verringern, wurden mit einem Paraffinbehälter durchgeführt (2). Dieser hatte folgende Mängel:

- Mechanische Instabilität und schwierige Fertigung der Paraffinstäbe.

- Keine Anwendungsmöglichkeit für die derzeit im Angebot befindliche Neutronen-Tiefensonde mit veränderten Geometrieverhältnissen und Impulsraten.

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Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, den zur Erstellung der aktuellen Kalibrierbeziehung von Neutronensonden bei Anwendung der herkömmlichen Verfahren nicht zu umgehenden Kalibrieraufwand erheblich zu reduzieren.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch Anwendung eines Kalibrierbehälters mit einstellbaren, den Wassergehalt des Meßgutes simulierenden Zuständen mittels Formkörper aus Moderator- bzw. Absorbermaterial aus einer gegebenen Kalibrierbeziehung einer Neutronensonde die für veränderte Bedingungen des radiometrischen Meßplatzes, insbesondere für Veränderungen bezüglich der Neutronensonde, gültige Kalibrierbeziehungen zu bestimmen.

Erfindungsgemäß wird für die Ermittlung dieser veränderten Kalibrierbeziehung, im folgenden "Zielkalibrierbeziehung" genannt, die bekannte, nach den genannten Verfahren ermittelte Kalibrierbeziehung einer Neutronensonde , im folgenden mit "Ausgangskalibrierbeziehung" bezeichnet, verwendet. Zum anderen wird der Zustand des rädiometrischen Meßplatzes zum Zeitpunkt der Ermittlung der Ausgangskalibrierbeziehung dadurch fixiert, daß definierte, reproduzierbare Zustände einer Vorrichtung bestimmten relativen Impulsraten dieser Sonde zugeordnet werden. Diese relativen Impulsraten entsprechen andererseits bestimmten festen Wassergehalten gemäß Ausgangskalibrierbeziehung. Auf diese Weise werden die einstellbaren Zustände der Vorrichtung fest mit bestimmten Wassergehalten gekoppelt. Mit der neu zu kalibrierenden Neutronensonde werden nun wiederum den genannten Zuständen der Vorrichtung relative Impulsraten zugeordnet, die aber von den ersteren abweichen. Die Zuordnung der Zustände zu den Wassergehaltswerten des Bodens dagegen bleibt dabei unverändert. Die gewonnenen neuen Wertepaare (relative Impulsrate - Wassergehalt) stellen die Stützstellen für die regressive Berechnung der Zielkalibrierbeziehung dar.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht aus einem Kalibrierbehälter, bei dem die die Impulsraten beeinflussenden Zustände durch Formkörper aus Moderator- bzw. Absorbermaterial in einer bestimmten, variierbaren Anordnung realisiert worden sind. Der Moderator wirkt auf Grund seines

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hohen Wasserstoffgehaltes auf die schnellen Neutronen ein und simuliert damit die durch den Wassergehalt des Meßgutes, z. B. Boden, bedingte Abbremsune der Neutronen auf thermisches Niveau. Diese thermischen Neutronen werden über das Zählrohr in der Sonde als Impulse angezeigt. Dagegen wirkt der Absorber vermindernd auf die Anzahl der thermischen Neutronen. Mit der Zahl der eingeführten Moderätor-Formkörper steigt die Impulsrate. Durch die Absorber-Formkörper wird sie reduziert. Damit sind die Impülsraten soweit variierbar, daß jeder praktisch relevante Wassergehaltsbereich mit einer genügend großen Anzahl von Stützstellen für die Berechnung der Kalibrierbeziehung vollständig überdeckt wird»

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel der Vorrichtung näher erläutert werden. Das Beispiel beschreibt die zweckmäßigste· Form der Realisierung des Kalibrierbehälters für die Neutronen-Tiefensonden vom Typ S-23 bzw. S-23/1 mit 16 mm Sondendurchmesser (Fig. 1 und Fig. 2). Die die Impulsraten beeinflussenden Formkörper werden hierbei in Form von Stäben 2 aus Miramid (Stäbe 1 bis 8) bzw. aus PVC (Stäbe 1 bis 8) ausgeführt. Dabei werden um das zentrische Führungsrohr JT_ für die Neutronen sonde radial in zwei Abständen je vier Führungsrohre 4, für diese Stäbe angeordnet. Sämtliche Zwischenräume zwischen der Außenwand des Kalibrierbehälters J3, und den Führungsrohren sind mit Paraffin 5, ausgegossen. Mit acht eingeschobenen Miramid-Staben werden die höchsten, mit acht eingeschobenen PVC-Stäben werden die niedrigsten mit dem Kalibrierbehälter simulierbaren Wassergehaltswerte eingestellt.

Literatur

(1) GREILICH, J. u. WENDLING, U.: Ergebnisse der Eichung von Neu

tronen-Bodenfeucht esonden unterschiedlicher Meßanordnung (Geometrie) in Behältern unter Berücksichtigung des Bodenprofils von Löß-Schwarzerde. Arch. Acker- u. Pflanzenbau u. Bodenkd., Berlin 21 (1977) 4, 319-325

(2) WENDLING, U.: Erste Erfahrungen bei der netzmäßigen Bestimmung

der Bodenfeuchtigkeit mit Neutronensonden. Geod. Geoph. Veröff. Reihe IV, Berlin (1969) 5, 31-35

Claims

Erfindungsanspruch

1♦ Verfahren und Vorrichtung zur rationellen Kalibrierung von Neutronensonden gekennzeichnet dadurch, daß eine Neutronensonde mit bekannter Kalibrierbeziehung für die Ermittlung der veränderten Kalibrierbeziehung anderer Neutronensonden verwendet wird, wobei mit der kalibrierten Neutronensonde einerseits bestimmte Impulsraten definierten Zuständen in einer Vorrichtung zugeordnet werden, die andererseits bestimmten festen Wassergehalten gemäß" Kalibrierbeziehung entsprechen.

2« Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Punkt 1 gekennzeichnet dadurch, daß in einem Kalibrierbehälter um ein zentrisches Führungsrohr (t) Formkörper (2) aus Moderator- bzw. Absorbermaterial variierbar in Führungsrohren (4) angeordnet sind, wobei durch die Variation der Anzahl der Formkörper die definierten Zustände eingestellt werden.

11.SE! 1980*883648