DD239100A1

DD239100A1 - LIGHT WAVEGUIDE AS AN INFORMATION SUPPORT FOR RADIOMETRIC AUTOMATION TECHNOLOGY

Info

Publication number: DD239100A1
Application number: DD27812385A
Authority: DD
Inventors: Gero Marquardt; Roland Freygang; Thomas Bechtloff; Ralf Thieme; Christa Hilpert; Klaus Richter; Ramona Seipold
Original assignee: Bitterfeld Chemie
Priority date: 1985-07-02
Filing date: 1985-07-02
Publication date: 1986-09-10

Abstract

Die Erfindung betrifft die Anwendung von Lichtwellenleitern als Informationstraeger in der radiometrischen Automatisierungstechnik. Erfindungsgemaess werden durch ionisierende Strahlung angeregte Lumineszenzen im Bereich des sichtbaren Lichtes ueber Lichtwellenleiter zur Fernuebertragung qualitativer Signale genutzt. Damit steht der radiometrischen Automatisierungstechnik ein nichtelektrisches Betriebsmittel zur Verfuegung, dass auch unter extremen Bedingungen einsetzbar ist und aufwendige Massnahmen zur Installation und Wartung metallischer Leiter erspart.The invention relates to the use of optical waveguides as information carriers in radiometric automation technology. According to the invention, luminescences excited by ionizing radiation in the visible light range are used via optical waveguides for the remote transmission of qualitative signals. Thus, the radiometric automation technology is a non-electrical equipment available that can be used even under extreme conditions and saves costly measures for installation and maintenance of metallic conductors.

Description

Field of application of the invention

Die Erfindung bezieht sich auf eine optische Fernübertragung qualitativer Signale in der radiometrischen Automatisierungstechnik.The invention relates to an optical remote transmission of qualitative signals in the radiometric automation technology.

Characteristic of the known technical solutions

Die radiometrische Automatisierungstechnik ist ein noch relativ junges Fachgebiet. Die basiert auf der elektronischen Signalaufbereitung an der Meßstelle, der elektronischen Signalübertragung zur Auswerteeinheit in der Meßwarte und der elektronischen Signalverarbeitung. Das Prinzip der Übertragung physikalischer Größen durch Lichtleiter ist in der DE-OS 2036296 beschrieben. Dieser Erfindung liegt jedoch eine Lichtmodulation zugrunde, die dadurch gekennzeichnet ist, daß das aus dem Lichtleitern austretende Licht in einem optischen Indikator gelangt und moduliert in den Lichtleiter zurückreflektiert wird.The radiometric automation technology is still a relatively young field. It is based on the electronic signal conditioning at the measuring point, the electronic signal transmission to the evaluation unit in the control room and the electronic signal processing. The principle of transmission of physical quantities by optical fibers is described in DE-OS 2036296. However, this invention is based on a light modulation, which is characterized in that the light emerging from the optical fibers passes in an optical indicator and modulated back into the light guide is reflected.

In der DE-OS 3335512 wird ein Neutronen- oder Gammadetektionssystem beschrieben, daß mit Lichtleiter Lumineszenzen von Szintillationskristallen auf Sekundärelektronenverstärker übertägt.DE-OS 3335512 describes a neutron or gamma detection system which transmits luminescences of scintillation crystals to secondary electron amplifiers with optical fibers.

Zur Vermeidung von Lichtverlusten in großflächigen Kristallen erfolgt eine mehrfache Übertragung der Lichtquanten durch Lichtleiter auf die Photokatode eines Sekundärelektronenverstärkers (SEV) und somit wird die Detektionswirkung des Großflächenkristalles erhöht. Der Nachteil dieser Lösung besteht darin, daß zur Erhaltung der spektrometrischen Eigenschaften des Systems die Übertragungsiänge des Lichtleiters sehr kurz gewählt werden muß. Außerdem muß zur Sicherung einer ausreichenden Meßempfindlichkeit die Photokatode des SEV mit ganzen Lichtbündeln beaufschlagt werden. Zur Erhöhung der Detektionswirkung können auch mehrere einzelne Szintillatoren über Lichtleiter mit einen Sekundärelektronenverstärker gekoppelt werden. Zur Wahrung quantitativer Meßwerterfassungen sind auch hier die Übertragungslängen der Lichtleiter sehr klein gehalten und werden durch die Anordnung der Szintillatoren bestimmt. Der Nachteil dieser Erfindungen besteht darin, daß sie vorzugsweise nur bis zu Entfernungen von 2 m einsetzbar sind und ein hoher technologischer Aufwand zu ihrer Realisierung erforderlich ist. Die Vielfachen optischen Kontaktierungen sind störanfällfg und für den industriellen Einsatz unrentabel.In order to avoid light losses in large-area crystals, a multiple transmission of light quanta by optical fibers to the photocathode of a secondary electron amplifier (SEV) and thus the detection effect of the large surface crystal is increased. The disadvantage of this solution is that the transmission length of the optical fiber must be chosen to be very short to maintain the spectrometric properties of the system. In addition, the photocathode of the SEV must be acted upon with whole light bundles to ensure sufficient sensitivity. To increase the detection effect, several individual scintillators can be coupled via optical fibers with a secondary electron amplifier. To ensure quantitative data acquisition, the transmission lengths of the optical fibers are also kept very small and are determined by the arrangement of the scintillators. The disadvantage of these inventions is that they are preferably used only up to distances of 2 m and a high technological cost to their realization is required. The multiple optical contacts are susceptible to interference and unprofitable for industrial use.

Object of the invention

Das Ziel der Erfindung besteht darin, störanfällige Übertragungselemente bei der Fernübertragung von Signalen zu ersetzen.The object of the invention is to replace interference-prone transmission elements in the remote transmission of signals.

Explanation of the essence of the invention

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, nichtelektrische Meßwertgeber zur Fernübertragung von optischen Signalen zu verwenden.The object of the invention is to use non-electrical transducers for remote transmission of optical signals.

Zur Erweiterung des Anwendungsspektrums der radiometrischen Automatisierungstechnik unter erschwerten Bedingungen wie Aggressivität, Korrosivität, Brand- und Explosionsgefahr wurde ein nichtelektrischer Meßfühlerzum Nachweis ionisierender Strahlung notwendig, der kleiner, leichter, einfacher montierbar, unter extremeren Bedingungen einsetzbar und frei von Wartungsarbeiten und Störeinflüssen bisheriger elektronischer Geräte, wie Zählrohrsonden bzw. Szintillationssonden ist.To extend the range of applications of radiometric automation technology under severe conditions such as aggressiveness, corrosivity, fire and explosion, a non-electric ionizing radiation sensor has become necessary which can be smaller, lighter, easier to assemble, more extreme conditions, and free of maintenance and interference from previous electronic devices. like counter tube probes or scintillation probes.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß durch ionisierende Strahlung angeregte Lumineszenzen im Bereich des sichtbaren Lichts über Lichtwellenleiter zur Fernübertragung qualitativer Signale genutzt werden. Die induzierten Lumineszenzen werden vorzugsweise in Entfernungen von 10-50Om übertragen.This object is achieved in that stimulated by ionizing radiation luminescence in the visible light via optical fibers for remote transmission of qualitative signals are used. The induced luminescences are preferably transmitted at distances of 10-50 ohms.

Die Anwendung der optischen Fernübertragung qualitativer Signale der radiometrischen Automatisierungstechnik erübrigt die Verwendung von Cu- bzw. AICu-Kabel und deren aufwendige Installation.The use of optical remote transmission of qualitative signals of the radiometric automation technology eliminates the need for Cu or AICu cable and their complex installation.

Projektprüfungen und Abnahmen bzw. turnusmäßige Revisionen elektrischer Betriebsmittel durch Organe dertechnischen Sicherheit sind nicht mehr notwendig. Die Störanfälligkeit gegenwärtiger elektronischer Meßwertgeber wird reduziert.Project audits and acceptances or regular revisions of electrical equipment by technical safety authorities are no longer necessary. The susceptibility of current electronic transducers is reduced.

Diese Erfindung ist besonders für den Einsatz unter aggressiven und korrosiven Bedingungen auch in Brand- und explosionsgefährdeten Betriebsstätten geeignet. Mit der Erweiterung der mechanischen und klimatischen Einsatzbedingungen wird ein breiteres Anwendungsspektrum der radiometrischen Automatisierungstechnik erschlossen. Ein weites Einsatzgebiet für Lichtwellenleiter als Informationsträger besteht in der Erfassung von Betriebsgrößen, wie z.B. Dichten, Dicken, Feuchten, Niveau usw. Erfindungsgemäß wird ein vollständig gegen äußere Einflüsse gekapselter Szintillator mit einem Lichtwellenleiter optisch gekoppelt und die durch ionisierende Strahlung angeregten Lumineszenzen werden bis zu Entfernungen von 500m zu einer elektronischen Auswerteeinheit übertragen.This invention is particularly suitable for use under aggressive and corrosive conditions in fire and explosion hazardous sites. The extension of the mechanical and climatic conditions of use opens up a broader spectrum of application of the radiometric automation technology. A wide field of application for optical waveguides as information carrier consists in the detection of operating variables, such as e.g. Densities, thicknesses, moistures, levels, etc. According to the invention, a scintillator completely encapsulated against external influences is optically coupled to an optical waveguide and the luminescences excited by ionizing radiation are transmitted to an electronic evaluation unit up to distances of 500 m.

Zum Nachweis der im Bereich des sichtbaren Lichtes auftretenden Lumineszenzen äußerst geringer Intensität sind Sekundärelektronenverstärker erforderlich. Die Auswerteeinheiten können dem allgemeinem Standort für derartige Aufgaben entsprechen. Damit steht der radiometrischen Automatisierungstechnik ein nichtelektrisches Betriebsmittel zur Verfugung, das auch unter extremen Bedingungen einsetzbar ist. Einfacher Aufbau, leichte Handhabung und geringe Störanfälligkeit zeichnen sich als besondere Vorteile ab. Außerdem können aufwendige Maßnahmen zur Installation metallischer Leiter eingespart werden.In order to detect the extremely low intensity luminescences occurring in the visible light range, secondary electron amplifiers are required. The evaluation units may correspond to the general location for such tasks. Thus, the radiometric automation technology is a non-electrical equipment available, which can also be used under extreme conditions. Simple design, easy handling and low susceptibility to interference are characterized as special advantages. In addition, costly measures for installing metallic conductors can be saved.

embodiments

Der Lichtwellenleiter wird an beiden Enden abgesetzt und die Primärbeschichtung auf ca. 30 mm entfernt. Diese Enden werden nun in ein Kreiskegel mit einem Öffnungswinkel von 90° eingegossen, deren Durchmesser dem Szintillator bzw. SEV angepaßt sind. Die Lichtleitfasern werden so ausgerichtet, daß sie sich in der Symetrieachse des Kreiskegel befinden und bis zur Grundfläche reichen. Als Vergußmasse wird ein glasklares Polyesterharz gewählt. Zur Ausbildung einer Reflektionsschicht kann der Kegelmantel mit Titanoxidpulver beschichtet werden. Die Grundflächen werden nach dem Aushärten des Polyesterharzes poliert. Unter Verwendung eines optischen Kontaktmittels werden die Kegel auf den Szintillator und dem Eintrittsfenster des SEV aufgesetzt. Überwürfe aus lichtundurchlässigem Material verhindern den Einfluß von Fremdlichtquellen und fixieren die Anpassungskegel mechanisch. Als Auswerteeinheiten sind Kernstrahlungsmeßplätze mit variablen Hochspannungsausgängen bis 1,5 kV, Verstärkungen bis ca. 40 dB und einstellbaren Diskriminatorschwellen geeignet. Nachgeschaltete Impulsdichtemesser mit Schwellwerkschalter ermöglichen Schaltvorgänge.The optical fiber is deposited at both ends and the primary coating is removed to about 30 mm. These ends are then poured into a circular cone with an opening angle of 90 °, the diameter of which are adapted to the scintillator or SEV. The optical fibers are aligned so that they are in the axis of symmetry of the circular cone and extend to the base. As potting a crystal clear polyester resin is selected. To form a reflection layer, the conical surface can be coated with titanium oxide powder. The bases are polished after curing of the polyester resin. Using an optical contact means, the cones are placed on the scintillator and the entrance window of the SEV. Throws made of opaque material prevent the influence of extraneous light sources and fix the adaptation cone mechanically. As evaluation units Kernstrahlungsmeßplätze with variable high voltage outputs up to 1.5 kV, gains up to about 40 dB and adjustable discriminator thresholds are suitable. Downstream pulse density meters with threshold switch enable switching operations.

Aber auch Baugruppen der industriellen radiometrischen Automatisierungstechnik lassen sich für diese Messungen adaptieren. Als Strahlenquellen eignen sich die in der radiometrischen Automatisierungstechnik üblichen umschlossenen Strahlenquellen der Nuklide Co-60 und Cs-137.But assemblies of industrial radiometric automation technology can also be adapted for these measurements. Suitable radiation sources are the radiation sources of nuclides Co-60 and Cs-137 which are commonly used in radiometric automation technology.

Claims

Invention claim:

1. optical waveguide as an information carrier of the radiometric automation technology, characterized in that stimulated by ionizing radiation luminescence in the visible light via optical waveguides for remote transmission of qualitative signals are used.

2. optical waveguide as information carrier of the radiometric automation technique according to item 1, characterized in that the induced luminescence preferably in distances of 10-500m are transmitted.