DE102013022357B3 - Radiometric measuring system - Google Patents

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DE102013022357B3 DE102013022357.1A DE102013022357A DE102013022357B3 DE 102013022357 B3 DE102013022357 B3 DE 102013022357B3 DE 102013022357 A DE102013022357 A DE 102013022357A DE 102013022357 B3 DE102013022357 B3 DE 102013022357B3
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Jürgen Briggmann
Ewald FREIBURGER
Steffen Müller
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01TMEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/36Measuring spectral distribution of X-rays or of nuclear radiation spectrometry
    • G01T1/40Stabilisation of spectrometers

Abstract

Radiometrisches Messsystem, das dazu ausgebildet ist,- eine erste Zählrate von Ereignissen zu bestimmen, die eine Energie aufweisen, die über einer ersten Energieschwelle (E1) liegt, wobei das radiometrische Messsystem dazu ausgebildet ist, eine Messgröße in Abhängigkeit von der ersten Zählrate zu bestimmen,- eine Steigung der ersten Zählrate (ZR) an der ersten Energieschwelle (E1) zu bestimmen, wobei das Bestimmen der Steigung der ersten Zählrate an der ersten Energieschwelle (E1) die Schritte aufweist:- Bestimmen einer zweiten Zählrate von Ereignissen, deren Energie über einer zweiten Energieschwelle (E2) liegt, die von der ersten Energieschwelle (E1) verschieden ist,- Bilden einer Zählratendifferenz zwischen der ersten Zählrate und der zweiten Zählrate,- Bilden einer Energiedifferenz zwischen der ersten Energieschwelle (E1) und der zweiten Energieschwelle (E2), und- Bestimmen der Steigung in Abhängigkeit von der Zählratendifferenz und der Energiedifferenz, und- mindestens einen Betriebsparameter des radiometrischen Messsystems in Abhängigkeit von der Steigung einzustellen,- wobei einer der Betriebsparameter ein Warnzustandsbetriebsparameter ist, wobei der Warnzustandsbetriebsparameter auf einen Wert eingestellt wird, der eine Warnung bewirkt, wenn die Steigung eine Warnschwelle überschreitet, und/oder- wobei einer der Betriebsparameter ein Alarmzustandsbetriebsparameter ist, wobei der Alarmzustandsbetriebsparameter auf einen Wert eingestellt wird, der einen Alarm bewirkt, wenn die Steigung eine Alarmschwelle überschreitet, und/oder- wobei einer der Betriebsparameter die erste Energieschwelle ist, wobei die erste Energieschwelle (E1) in Abhängigkeit von der Steigung verändert wird.Radiometric measurement system that is designed to - determine a first count rate of events that have an energy that is above a first energy threshold (E1), the radiometric measurement system being designed to determine a measured variable as a function of the first count rate ,- to determine a slope of the first count rate (ZR) at the first energy threshold (E1), wherein determining the slope of the first count rate at the first energy threshold (E1) comprises the steps:- determining a second count rate of events whose energy is above a second energy threshold (E2) which is different from the first energy threshold (E1),- forming a count rate difference between the first count rate and the second count rate,- forming an energy difference between the first energy threshold (E1) and the second energy threshold (E2) , and- determining the gradient as a function of the count rate difference and the energy difference, and- at least one operat to set the operating parameters of the radiometric measuring system depending on the gradient,- wherein one of the operating parameters is a warning state operating parameter, wherein the warning state operating parameter is set to a value that causes a warning if the gradient exceeds a warning threshold, and/or- wherein one of the operating parameters is a alarm condition operating parameter, wherein the alarm condition operating parameter is set to a value that causes an alarm if the slope exceeds an alarm threshold, and/or- wherein one of the operating parameters is the first energy threshold, the first energy threshold (E1) changing as a function of the slope becomes.

Description

Die Erfindung betrifft ein radiometrisches Messsystem.The invention relates to a radiometric measuring system.

In der Prozessmesstechnik werden zur Messung von Prozessgrößen oder Materialeigenschaften, beispielsweise zur Füllstandsmessung, zur Feuchtigkeitsmessung, zur Dichtemessung etc., häufig radiometrische Messsysteme verwendet, die Szintillationszähler bzw. Szintillationsdetektoren zur Strahlungsmessung umfassen.In process measurement technology, radiometric measurement systems, which include scintillation counters or scintillation detectors for measuring radiation, are often used to measure process variables or material properties, for example for level measurement, moisture measurement, density measurement, etc.

Szintillationszähler dienen beispielsweise zur Bestimmung des Spektrums von ionisierender Strahlung, d.h. zur Bestimmung der Intensität als Funktion der Energie der ionisierenden Strahlung, wobei ein Szintillationszähler einen Szintillator umfasst, der beim Durchgang von Strahlung in Form von energiereichen geladenen Teilchen oder Photonen angeregt wird und die Anregungsenergie in Form von Lichtimpulsen (meist im UV-Bereich oder sichtbaren Bereich) wieder abgibt, was als Szintillation bezeichnet wird. Der Durchgang von Strahlung in Form eines energiereichen geladenen Teilchens oder Photons wird auch als Ereignis bezeichnet.Scintillation counters are used, for example, to determine the spectrum of ionizing radiation, i.e. to determine the intensity as a function of the energy of the ionizing radiation, with a scintillation counter comprising a scintillator which is excited when radiation in the form of high-energy charged particles or photons passes through and the excitation energy in form of light pulses (usually in the UV range or visible range), which is referred to as scintillation. The passage of radiation in the form of an energetic charged particle or photon is also called an event.

Die derart erzeugten Lichtimpulse werden mit einem geeigneten optischen Sensor bzw. optischen Detektor in elektrische Signale umgewandelt und verstärkt. Ein solcher Sensor ist typischerweise ein Photomultiplier oder eine Photodiode. Seit einigen Jahren sind auch sogenannte Silizium-Photomultiplier oder SiPM (Halbleiterbauelemente mit interner Elektronenverstärkung) für diese Messaufgabe verfügbar.The light pulses generated in this way are converted into electrical signals and amplified using a suitable optical sensor or optical detector. Such a sensor is typically a photomultiplier or a photodiode. So-called silicon photomultipliers or SiPM (semiconductor components with internal electron amplification) have also been available for this measurement task for several years.

Der optische Sensor gibt Impulse aus, wobei eine Anzahl von Impulsen pro Zeiteinheit, d.h. die Zählrate, ein Maß für die Intensität der Strahlung ist und eine Impulshöhe bzw. Impulsamplitude (genauer ein Integral über dem zeitlichen Verlauf des Impulses) ein Maß für die Energie der Strahlung ist.The optical sensor emits pulses, with a number of pulses per unit of time, i.e. the count rate, being a measure of the intensity of the radiation and a pulse height or pulse amplitude (more precisely an integral over the course of the pulse over time) being a measure of the energy of the radiation is.

Die optischen Detektoren, insbesondere die halbleiterbasierten Detektoren, zeigen eine starke Temperaturabhängigkeit. Dies äußert sich auch in einem Ansteigen von Rauschpulsamplituden sowie eines Leckstroms bei hohen Temperaturen. Ein weiterer Grund für das Ansteigen von Rauschbeiträgen ist die Alterung der optischen Kopplung und/oder des Szintillators, die es notwendig macht, dass ein mittels des Sensors erzeugtes Signal elektronisch mehr verstärkt werden muss, wodurch das Signal-zu-Rausch-Verhältnis verringert wird. Sobald bei einer integralen Messung die Rauschimpulsamplituden größer als die Messschwelle sind, werden sie fälschlicherweise als echte Zählrate bzw. Nutzzählrate interpretiert.The optical detectors, especially the semiconductor-based detectors, show a strong temperature dependency. This is also reflected in an increase in noise pulse amplitudes and a leakage current at high temperatures. Another reason for increasing noise contributions is the aging of the optical coupling and/or the scintillator, which necessitates that a signal generated by the sensor has to be electronically amplified more, thereby reducing the signal-to-noise ratio. As soon as the noise pulse amplitudes in an integral measurement are greater than the measurement threshold, they are incorrectly interpreted as a real count rate or useful count rate.

Die EP 2 584 379 A1 zeigt ein Verfahren zum Betreiben eines Szintillationszählers und einen Szintillationszähler.the EP 2 584 379 A1 shows a method for operating a scintillation counter and a scintillation counter.

Die EP 2 237 073 A1 zeigt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung einer automatischen Driftkompensation.the EP 2 237 073 A1 shows a method and a device for monitoring an automatic drift compensation.

Die DE 100 48 559 A1 zeigt eine Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung der Dichte und/oder des Füllstands eines Mediums in einem Behälter.the DE 100 48 559 A1 shows a device for determining and/or monitoring the density and/or the filling level of a medium in a container.

Die DE 1 809 520 A zeigt eine Einrichtung zur automatischen Driftstabilisierung bei Kernstrahlensonden.the DE 1 809 520 A shows a device for automatic drift stabilization in nuclear radiation probes.

Die DE 33 28 256 C2 zeigt ein Verfahren und eine Anordnung zur automaischen Stabilisierung eines Szintillationsdetektors.the DE 33 28 256 C2 shows a method and an arrangement for automatic stabilization of a scintillation detector.

Die DE 28 26 484 C2 zeigt ein Regelverfahren zur automatischen Driftstabilisierung bei einer Strahlungsmessung.the DE 28 26 484 C2 shows a control method for automatic drift stabilization in a radiation measurement.

Die DE 102 12 638 A1 zeigt einen Computertomographen und ein Verfahren zum Nachweis von Röntgenstrahlung mit einer aus einer Vielzahl von Detektoren bestehenden Detektoreinheit.the DE 102 12 638 A1 shows a computer tomograph and a method for detecting X-ray radiation with a detector unit consisting of a large number of detectors.

Die DE 10 2006 022 596 A1 zeigt einen Röntgendetektor.the DE 10 2006 022 596 A1 shows an X-ray detector.

Die US 6,051,830 A und die US 3,515,878 A offenbaren jeweils ein radiometrisches Messsystem, bei dem eine Verstärkung des Messsystems in Abhängigkeit von einer Steigung einer Zählrate an einer vorgegebenen Energieschwelle eingestellt wird.the US 6,051,830A and the US 3,515,878A each disclose a radiometric measurement system in which an amplification of the measurement system is set as a function of a slope of a count rate at a predetermined energy threshold.

Die DE 197 11 124 A1 zeigt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erkennung künstlicher Gammastrahlung, bei dem gemessene Daten einer Impulsamplitudenverteilung mit mindestens einem aus einer charakteristischen Referenz-Impulsamplitudenverteilung der natürlichen Gammastrahlung abgeleiteten Referenzparameter verglichen werden.the DE 197 11 124 A1 shows a method and a device for detecting artificial gamma radiation, in which measured data of a pulse amplitude distribution are compared with at least one reference parameter derived from a characteristic reference pulse amplitude distribution of natural gamma radiation.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein radiometrisches Messsystem zur Verfügung zu stellen, das auch bei rauschbehafteten Sensoren ein möglichst zuverlässiges Bestimmen der Messgröße ermöglicht.The invention is based on the object of providing a radiometric measuring system which makes it possible to determine the measured variable as reliably as possible even in the case of noisy sensors.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ein radiometrisches Messsystem nach Anspruch 1.The invention solves this problem with a radiometric measuring system according to claim 1.

Das radiometrischen Messsystem ist dazu ausgebildet, wie nachfolgend beschrieben betrieben zu werden.The radiometric measurement system is designed to be operated as described below.

Es wird eine erste Zählrate von Ereignissen gemessen, die eine Energie aufweisen, die über einer ersten Energieschwelle liegt oder die innerhalb eines ersten Energiebereichs liegt, wobei der erste Energiebereich durch eine zugehörige untere Energieschwelle und eine zugehörige obere Energieschwelle definiert ist. Die Ereignisse sind typischerweise durch Strahlung in Form von energiereichen geladenen Teilchen oder Photonen bedingt, die auf einen Detektor gelangen. Die Ereignisse können jedoch auch durch Rauschprozesse verursacht sein.A first count rate of events having an energy above a first energy threshold or within a first energy range is measured, the first energy range being defined by an associated lower energy threshold and an associated upper energy threshold. The events are typically due to radiation in the form of energetic charged particles or photons hitting a detector. However, the events can also be caused by noise processes.

Eine Messgröße wird in Abhängigkeit von der ersten Zählrate ermittelt. Bei der Messgröße kann es sich beispielsweise um Materialeigenschaften, einen Füllstand, Feuchtigkeit, Dichte, etc. handeln.A measured variable is determined as a function of the first count rate. The measured variable can be material properties, a fill level, moisture, density, etc., for example.

Weiter wird eine Steigung der ersten Zählrate zumindest an der ersten Energieschwelle berechnet. Die Steigung ist beispielsweise die erste Ableitung der Zählrate nach der Energie. Die Steigung kann selbstverständlich auch über das gesamte interessierende Energiespektrum bestimmt bzw. gemessen werden.Furthermore, a slope of the first count rate is calculated at least at the first energy threshold. For example, the slope is the first derivative of the count rate with respect to the energy. Of course, the gradient can also be determined or measured over the entire energy spectrum of interest.

In Abhängigkeit von der berechneten Steigung wird/werden ein oder mehrere Betriebsparameter bzw. Betriebszustände des radiometrischen Messsystems eingestellt bzw. gesetzt, beispielsweise wird/werden steigungsabhängig eine Warnung bzw. ein Alarm ausgegeben.Depending on the calculated gradient, one or more operating parameters or operating states of the radiometric measuring system is/are adjusted or set, for example a warning or an alarm is/are output depending on the gradient.

Das Bestimmen der Steigung der ersten Zählrate an der ersten Energieschwelle weist folgende Schritte auf: Bestimmen einer zweiten Zählrate von Ereignissen, deren Energie über einer zweiten Energieschwelle liegt, die von der ersten Energieschwelle verschieden ist, oder die innerhalb eines zweiten Energiebereichs liegt, der vom ersten Energiebereich verschieden ist, wobei der zweite Energiebereich durch eine zugehörige untere Energieschwelle und eine zugehörige obere Energieschwelle definiert ist, Bilden einer Zählratendifferenz zwischen der ersten Zählrate und der zweiten Zählrate, Bilden einer Energiedifferenz zwischen der ersten Energieschwelle und der zweiten Energieschwelle, und Bestimmen der Steigung in Abhängigkeit von der Zählratendifferenz und der Energiedifferenz. Die erste Energieschwelle kann größer als die zweite Energieschwelle sein.Determining the slope of the first count rate at the first energy threshold comprises the steps of: determining a second count rate of events whose energy is above a second energy threshold that is different from the first energy threshold, or that is within a second energy range that is different from the first energy range is different, the second energy range being defined by an associated lower energy threshold and an associated upper energy threshold, forming a count rate difference between the first count rate and the second count rate, forming an energy difference between the first energy threshold and the second energy threshold, and determining the slope in Dependence on the count rate difference and the energy difference. The first energy threshold can be greater than the second energy threshold.

Das Zählen von Ereignissen mit Energien über der ersten bzw. zweiten Energieschwelle kann beispielsweise mittels elektronischer Komparatoren und nachgeschalteten Zählern erfolgen, wobei die Komparatoren mit Spannungsimpulsen beaufschlagt sind, die mittels des Sensors erzeugt werden. Den Energieschwellen kann ein jeweiliger Komparator-Spannungspegel zugeordnet sein, so dass ein jeweiliger Komparator dann einen Impuls erzeugt, wenn die Amplitude des Eingangsimpulses den Komparator-Spannungspegel übersteigt.Events with energies above the first or second energy threshold can be counted, for example, by means of electronic comparators and downstream counters, the comparators being subjected to voltage pulses that are generated by the sensor. A respective comparator voltage level can be assigned to the energy thresholds, so that a respective comparator generates a pulse when the amplitude of the input pulse exceeds the comparator voltage level.

Die zweite Energieschwelle kann derart eingestellt werden, dass sich ein vorgegebener Funktionszusammenhang f zwischen der zweiten Zählrate und der ersten Zählrate einstellt.The second energy threshold can be set in such a way that a predefined functional relationship f is established between the second count rate and the first count rate.

Für den Funktionszusammenhang f kann gelten: f = a * erste Z a ¨ hlrate + b ,

Figure DE102013022357B3_0001
wobei a eine reelle Zahl ist und einen vorgebbaren Faktor bezeichnet und b eine reelle Zahl ist und einen vorgebbaren Offset bezeichnet.The following can apply to the functional relationship f: f = a * first z a ¨ rate + b ,
Figure DE102013022357B3_0001
where a is a real number and designates a specifiable factor and b is a real number and designates a specifiable offset.

Es kann eine Driftkompensation, insbesondere mittels einer Verhältnisregelung, durchgeführt werden. Bei der Driftkompensation wird beispielswiese eine Verstärkung, die Drifteffekten unterliegen kann, in Abhängigkeit von unterschiedlichen Größen nachgeführt. Basierend auf der Driftkompensation können Alterungs- und/oder Drifteffekte zuverlässig ausgeregelt werden, was zu einer genaueren Ermittlung der Prozessgröße führt. Hinsichtlich der Driftkompensation sowie der Verhältnisregelung sei beispielsweise auf die EP 2 237 073 A1 verweisen, die insoweit durch Bezugnehme zum Inhalt der Beschreibung gemacht wird.A drift compensation can be carried out, in particular by means of a ratio control. In the case of drift compensation, for example, an amplification that may be subject to drift effects is tracked as a function of different variables. Aging and/or drift effects can be reliably corrected based on the drift compensation, which leads to a more precise determination of the process variable. With regard to the drift compensation and the ratio control is, for example, on the EP 2 237 073 A1 refer, which is made in this respect by reference to the content of the description.

Um eine Auflösung der Messgröße zu optimieren, sollte die erste Energieschwelle möglichst niedrig gewählt werden. Unterhalb einer gewissen Energieschwelle, die im Folgenden als Rauschkante bezeichnet wird, nimmt jedoch die Wahrscheinlichkeit von Ereignissen, die durch Rauschen verursacht werden, und somit die Zählrate stark zu. Im Bereich der Rauschkante weist die Steigung der ersten Zählrate folglich systematisch deutlich höhere Werte auf als in einem gewissen Abstand zur (oberhalb der) Rauschkante. Der Wert der Steigung kann daher als Indikator dafür verwendet werden, dass die erste Energieschwelle tendenziell zu niedrig gewählt ist, so dass für diesen Fall eine Warnung ausgegeben werden kann oder die erste Energieschwelle erhöht werden kann. Wenn die Steigung eine Alarmschwelle überschreitet, die typischerweise größer als die Warnschwelle ist, kann weiter ein Alarm ausgegeben werden. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn eine Driftkompensation durchgeführt wird, die unter Umständen die erste Energieschwelle im Ergebnis in Richtung der Rauschkante verschiebt, so dass die Messgröße stark verrauscht wäre. Dieser Zustand kann durch eine Warnung bzw. einen Alarm signalisiert werden.In order to optimize a resolution of the measured variable, the first energy threshold should be selected as low as possible. However, below a certain energy threshold, referred to below as the noise edge, the probability of events caused by noise and thus the count rate increases sharply. In the area of the noise edge, the slope of the first count rate consequently shows significantly higher values than at a certain distance from (above) the noise edge. The value of the slope can therefore be used as an indicator that the first energy threshold tends to be too low, so that a warning can be issued in this case or the first energy threshold can be increased. If the slope exceeds an alarm threshold, which is typically greater than the warning threshold, an alarm may still be issued. This makes sense in particular when drift compensation is carried out, which under certain circumstances results in the first energy threshold being shifted in the direction of the noise edge, so that the measured variable would be very noisy. This condition can be signaled by a warning or an alarm.

Eine automatische Driftkompensation des radiometrischen Messsystems kann wie folgt überwacht werden:

  • - Durchführen einer automatischen Driftkompensation, insbesondere mittels einer Verhältnisregelung,
  • - Bestimmen einer Zählrate von Ereignissen, die eine Energie aufweisen, die über einer (ersten) Energieschwelle liegt,
  • - Bestimmen einer Steigung der Zählrate an der (ersten) Energieschwelle, und
  • - Bestimmen der Driftkompensation als fehlerhaft, wenn die Steigung (bzw. deren Betrag) einen Schwellenwert übersteigt.
An automatic drift compensation of the radiometric measuring system can be monitored as follows:
  • - Carrying out an automatic drift compensation, in particular by means of a ratio control,
  • - determining a count rate of events that have an energy that is above a (first) energy threshold,
  • - determining a slope of the count rate at the (first) energy threshold, and
  • - Determining the drift compensation as faulty if the slope (or its magnitude) exceeds a threshold value.

Die automatische Driftkompensation kann die Schritte umfassen:

  • - Erzeugen von verstärkten elektrischen Impulsen mit einem Betrag, der von der Energie eines beobachteten Teilchens und von einer Verstärkung abhängt,
  • - Bestimmen einer ersten Zählrate von Impulsen mit einem Betrag, der über einer ersten Schwelle liegt,
  • - Bestimmen einer zweiten Zählrate von Impulsen mit einem Betrag, der über einer zweiten Schwelle liegt, wobei die zweite Schwelle über der ersten Schwelle liegt, und
  • - Regeln der Verstärkung derart, dass ein Verhältnis zwischen der ersten Zählrate und der zweiten Zählrate einer vorgegebenen Funktion entspricht, insbesondere konstant bleibt.
The automatic drift compensation can include the steps:
  • - generating amplified electrical impulses with a magnitude that depends on the energy of an observed particle and on an amplification,
  • - determining a first count rate of pulses having a magnitude greater than a first threshold,
  • - determining a second count rate of pulses having a magnitude greater than a second threshold, the second threshold being greater than the first threshold, and
  • - Controlling the gain in such a way that a ratio between the first count rate and the second count rate corresponds to a predetermined function, in particular remains constant.

Die Betriebsparameter können einen Betriebsparameter in Form der ersten Energieschwelle umfassen, wobei die erste Energieschwelle in Abhängigkeit von der Steigung dynamisch verändert werden kann. Beispielsweise kann die Steigung auf einen vorgebbaren bzw. vorgegebenen Steigungs-Sollwert geregelt werden, wobei als Stellgröße die erste Energieschwelle dient. Wenn die Steigung betragsmäßig zu große Werte aufweist, kann beispielsweise die erste Energieschwelle vergrößert werden und umgekehrt.The operating parameters can include an operating parameter in the form of the first energy threshold, where the first energy threshold can be changed dynamically as a function of the gradient. For example, the gradient can be regulated to a predefinable or predetermined desired gradient value, with the first energy threshold serving as the manipulated variable. If the gradient has values that are too high in absolute terms, the first energy threshold can be increased, for example, and vice versa.

Das radiometrische Messsystem kann wie folgt betrieben werden:

  • - Bestimmen einer Zählrate von Ereignissen, die eine Energie aufweisen, die über einer (ersten) Energieschwelle liegt,
  • - Bestimmen einer Steigung der Zählrate an der (ersten) Energieschwelle, und
  • - Verändern der (ersten) Energieschwelle in Abhängigkeit von der Steigung derart, dass die Steigung einen vorgegebenen funktionalen Zusammenhang aufweist, insbesondere gleich einem vorgegebenen Steigungssollwert ist.
The radiometric measuring system can be operated as follows:
  • - determining a count rate of events that have an energy that is above a (first) energy threshold,
  • - determining a slope of the count rate at the (first) energy threshold, and
  • - Changing the (first) energy threshold as a function of the gradient in such a way that the gradient has a predetermined functional relationship, in particular is equal to a predetermined desired gradient value.

Die erste Energieschwelle kann verändert werden, insbesondere in Stufen zwischen einem unteren und einem oberen Energieschwellenwert. Die Steigung der ersten Zählrate kann für die veränderte erste Energieschwelle bzw. für eine jeweilige Stufe zwischen dem unteren und dem oberen Energieschwellenwert bestimmt werden. Mit anderen Worten wird die erste Ableitung für einen interessierenden Energiebereich des Energiespektrums gebildet. Die derart ermittelten bzw. berechneten Steigungen bzw. die derart ermittelte bzw. berechnete erste Ableitung kann zum Einstellen des mindestens einen Betriebsparameters und/oder zur Festlegung eines Arbeitspunkts der ersten Energieschwelle ausgewertet werden.The first energy threshold can be changed, in particular in steps between a lower and an upper energy threshold. The gradient of the first count rate can be determined for the changed first energy threshold or for a respective step between the lower and the upper energy threshold value. In other words, the first derivative is formed for an energy range of interest in the energy spectrum. The gradients determined or calculated in this way or the first derivative determined or calculated in this way can be evaluated to set the at least one operating parameter and/or to define an operating point of the first energy threshold.

Das radiometrische Messsystem kann aufweisen: Mittel zum Bestimmen einer ersten Zählrate von Ereignissen, die eine Energie aufweisen, die über einer ersten Energieschwelle liegt, Mittel zum Bestimmen einer Messgröße in Abhängigkeit von der ersten Zählrate, Mittel zum Bestimmen einer Steigung der ersten Zählrate an der ersten Energieschwelle, und Mittel zum Einstellen eines oder mehrerer Betriebsparameter des radiometrischen Messsystems in Abhängigkeit von der Steigung.The radiometric measuring system can have: means for determining a first count rate of events that have an energy that is above a first energy threshold, means for determining a measured variable as a function of the first count rate, means for determining a slope of the first count rate at the first Energy threshold, and means for adjusting one or more operating parameters of the radiometric measurement system as a function of the slope.

Das radiometrische Messsystem kann einen optischen Sensor bzw. optischen Detektor in Form eines Halbleiter-Sensors aufweisen, beispielsweise in Form einer Photodiode oder eines Silizium-Photomultipliers.The radiometric measuring system can have an optical sensor or optical detector in the form of a semiconductor sensor, for example in the form of a photodiode or a silicon photomultiplier.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung detailliert beschrieben. Hierbei zeigt:

  • 1 ein integrales Impulshöhenspektrum mit einer ersten Energieschwelle und einer zweiten Energieschwelle.
The invention is described in detail below with reference to the drawing. This shows:
  • 1 an integral pulse height spectrum having a first energy threshold and a second energy threshold.

1 zeigt ein integrales Impulshöhenspektrum mit einer ersten Energieschwelle E1, einer zweiten Energieschwelle E2 und einer so genannten Rauschkante ERK. In dem dargestellten integralen Impulshöhenspektrum sind auf der X-Achse die Energie E und auf der Y-Achse die Zählrate ZR von Ereignissen mit einer Energie größer als die Energie E aufgetragen 1 shows an integral pulse height spectrum with a first energy threshold E1, a second energy threshold E2 and a so-called noise edge ERK. In the integral pulse height spectrum shown, the energy E is plotted on the X-axis and the count rate ZR of events with an energy greater than the energy E is plotted on the Y-axis

Wie aus 1 hervorgeht, nimmt ein Betrag der Steigung der dargestellten Kurve im Bereich der Rauschkante ERK signifikant zu, da für Energien unterhalb der Rauschkante ERK Rauschimpulse zur Zählrate beitragen.How out 1 shows that the slope of the curve shown increases significantly in the area of the noise edge ERK, since noise pulses contribute to the count rate for energies below the noise edge ERK.

Durch Berechnen der Steigung bzw. Steilheit des dargestellten Spektrums kann die Lage der Rauschkante ERK bestimmt werden. Übersteigt nämlich die Steigung einen beispielsweise empirisch ermittelbaren Schwellenwert, kann darauf geschlossen werden, dass es sich bei den die Zählrate bewirkenden Ereignissen im Wesentlichen um Rauschereignisse handeln muss.The position of the noise edge ERK can be determined by calculating the gradient or steepness of the displayed spectrum. If the gradient exceeds a threshold value that can be determined empirically, for example, then this can be inferred sen that the events causing the count rate must essentially be noise events.

Im einfachsten Fall ist die erste Energieschwelle E1, beispielsweise zeitlich konstant, vorgegeben und es wird eine erste Zählrate von Ereignissen gemessen, die eine Energie aufweisen, die über der ersten Energieschwelle E1 liegt. Die derart gemessene erste Zählrate wird herkömmlich zum Bestimmen einer Messgröße, beispielsweise dem Füllstand eines Behälters, ausgewertet.In the simplest case, the first energy threshold E1 is predetermined, for example constant over time, and a first counting rate of events is measured that has an energy that is above the first energy threshold E1. The first count rate measured in this way is conventionally evaluated to determine a measured variable, for example the filling level of a container.

Zusätzlich wird eine zweite Zählrate von Ereignissen bestimmt, deren Energie über der zweiten Energieschwelle E2 liegt. Die zweite Energieschwelle E2 ist kleiner als die erste Energieschwelle E1. Zur Berechnung der Steigung an der ersten Energieschwelle E1 wird eine Zählratendifferenz zwischen der ersten Zählrate und der zweiten Zählrate berechnet, eine Energiedifferenz zwischen der ersten Energieschwelle E1 und der zweiten Energieschwelle E2 berechnet und schließlich die Steigung in Abhängigkeit von der Zählratendifferenz und der Energiedifferenz berechnet.In addition, a second counting rate of events whose energy is above the second energy threshold E2 is determined. The second energy threshold E2 is smaller than the first energy threshold E1. To calculate the gradient at the first energy threshold E1, a count rate difference between the first count rate and the second count rate is calculated, an energy difference between the first energy threshold E1 and the second energy threshold E2 is calculated and finally the gradient is calculated as a function of the count rate difference and the energy difference.

Wenn ein Betrag der Steigung eine Warnschwelle überschreitet, kann eine Warnung ausgegeben werden. Wenn ein Betrag der Steigung eine Alarmschwelle überschreitet, kann ein Alarm ausgegeben werden. Mit anderen Worten wird die Güte bzw. Rauschbeeinflussung der Messwertermittlung überwacht und es werden entsprechende Meldungen ausgegeben, so dass im Messumfeld geeignete Maßnahmen ergriffen werden können.If an amount of slope exceeds a warning threshold, a warning may be issued. If an amount of slope exceeds an alarm threshold, an alarm may be issued. In other words, the quality or the influence of noise on the determination of measured values is monitored and corresponding messages are output so that suitable measures can be taken in the measurement environment.

Alternativ kann die erste Energieschwelle E1 dynamisch sein, d.h. währen des Betriebs des radiometrischen Messsystems verändert werden.Alternatively, the first energy threshold E1 can be dynamic, i.e. changed during operation of the radiometric measurement system.

In der oben beschriebenen Weise wird fortlaufend die Steigung an der ersten Energieschwelle E1 berechnet. Die Steigung wird dann beispielsweise fortlaufend auf einen vorgegebenen, beispielsweise empirisch ermittelten, Sollwert geregelt, wobei die erste Energieschwelle E1 die veränderliche Stellgröße der Regelung darstellt. Die zweite Energieschwelle E2 kann geeignet mitgeführt werden.The gradient at the first energy threshold E1 is continuously calculated in the manner described above. The gradient is then, for example, continuously regulated to a predetermined, for example empirically determined, desired value, with the first energy threshold E1 representing the variable manipulated variable of the regulation. The second energy threshold E2 can be suitably carried along.

Mit der erfindungsgemäßen aktiven dynamischen Rauschkantenüberwachung wird gewährleistet, dass die gemessene Zählrate nicht wesentlich durch Rauschimpulse verfälscht wird, was zu einer falschen Messgröße bzw. Prozessgröße führen würde.The active dynamic noise edge monitoring according to the invention ensures that the count rate measured is not substantially corrupted by noise pulses, which would lead to an incorrect measured variable or process variable.

Dies ermöglicht beispielsweise eine Driftkompensation mittels Verhältnisregelung auch bei Verwendung von optischen Detektoren in Form von Photodioden, ohne das Risiko einer falsch ermittelten Zählrate aufgrund von Rauschimpulsen.This enables, for example, drift compensation by means of ratio control even when using optical detectors in the form of photodiodes, without the risk of an incorrectly determined count rate due to noise pulses.

Zusätzlich zur Bewertung der Güte der Messung ist es möglich, die erste Energieschwelle E1 bzw. Messschwelle auf einen höheren Wert umzuschalten, sobald die Rauschkante ERK der Energieschwelle E1 zu nahe kommt.In addition to evaluating the quality of the measurement, it is possible to switch the first energy threshold E1 or measurement threshold to a higher value as soon as the noise edge ERK comes too close to the energy threshold E1.

Hierzu könnte beispielsweise zusätzlich zu dem Messkanal zur Ermittlung der Zählrate von Impulsen mit einer Energie größer als die erste Energieschwelle E1 ein weiterer Messkanal vorgesehen sein, der eine höhere Energieschwelle E3 als die erste Energieschwelle aufweist.For this purpose, for example, in addition to the measuring channel for determining the count rate of pulses with an energy greater than the first energy threshold E1, a further measuring channel could be provided which has a higher energy threshold E3 than the first energy threshold.

Dieser Messkanal ist zunächst nicht aktiv, d.h. die derart ermittelte Zählrate dient nicht zur Ermittlung der Messgröße, jedoch zählt der Messkanal bereits Impulse CPS(E3).This measuring channel is initially not active, i.e. the count rate determined in this way is not used to determine the measured variable, but the measuring channel is already counting pulses CPS(E3).

Nach dem steigungsabhängigen Umschalten auf diesen Messkanal könnte ein Normierungsfaktor CPS(E1)/CPS(E3) auf CPS(E3) angewendet werden, damit die Messgröße konstant bleibt. Dieser Normierungsfaktor kann während des Betriebs kontinuierlich angepasst werden und erst beim Umschalten auf die höhere Energieschwelle E3 verwendet werden.After the gradient-dependent switchover to this measurement channel, a normalization factor CPS(E1)/CPS(E3) could be applied to CPS(E3) so that the measured variable remains constant. This normalization factor can be continuously adjusted during operation and only used when switching to the higher energy threshold E3.

Auf diese Weise kann beispielsweise bei der Herstellung von Stahl im Stranggussverfahren ein Giesszyklus mit reduzierter Genauigkeit beendet werden, bevor eine Messsonde getauscht werden muss.In this way, for example, in the production of steel in the continuous casting process, a casting cycle can be completed with reduced accuracy before a measuring probe has to be replaced.

Claims (5)

Radiometrisches Messsystem, das dazu ausgebildet ist, - eine erste Zählrate von Ereignissen zu bestimmen, die eine Energie aufweisen, die über einer ersten Energieschwelle (E1) liegt, wobei das radiometrische Messsystem dazu ausgebildet ist, eine Messgröße in Abhängigkeit von der ersten Zählrate zu bestimmen, - eine Steigung der ersten Zählrate (ZR) an der ersten Energieschwelle (E1) zu bestimmen, wobei das Bestimmen der Steigung der ersten Zählrate an der ersten Energieschwelle (E1) die Schritte aufweist: - Bestimmen einer zweiten Zählrate von Ereignissen, deren Energie über einer zweiten Energieschwelle (E2) liegt, die von der ersten Energieschwelle (E1) verschieden ist, - Bilden einer Zählratendifferenz zwischen der ersten Zählrate und der zweiten Zählrate, - Bilden einer Energiedifferenz zwischen der ersten Energieschwelle (E1) und der zweiten Energieschwelle (E2), und - Bestimmen der Steigung in Abhängigkeit von der Zählratendifferenz und der Energiedifferenz, und - mindestens einen Betriebsparameter des radiometrischen Messsystems in Abhängigkeit von der Steigung einzustellen, - wobei einer der Betriebsparameter ein Warnzustandsbetriebsparameter ist, wobei der Warnzustandsbetriebsparameter auf einen Wert eingestellt wird, der eine Warnung bewirkt, wenn die Steigung eine Warnschwelle überschreitet, und/oder - wobei einer der Betriebsparameter ein Alarmzustandsbetriebsparameter ist, wobei der Alarmzustandsbetriebsparameter auf einen Wert eingestellt wird, der einen Alarm bewirkt, wenn die Steigung eine Alarmschwelle überschreitet, und/oder - wobei einer der Betriebsparameter die erste Energieschwelle ist, wobei die erste Energieschwelle (E1) in Abhängigkeit von der Steigung verändert wird.Radiometric measurement system that is designed to - determine a first count rate of events that have an energy that is above a first energy threshold (E1), wherein the radiometric measurement system is designed to determine a measured variable as a function of the first count rate , - to determine a slope of the first count rate (ZR) at the first energy threshold (E1), wherein determining the slope of the first count rate at the first energy threshold (E1) comprises the steps: - determining a second count rate of events whose energy is above a second energy threshold (E2), which differs from the first energy threshold (E1), - forming a count rate difference between the first count rate and the second count rate, - forming an energy difference between the first energy threshold (E1) and the second energy threshold (E2) , and - determining the slope as a function of the Count rate difference and the energy difference, and - set at least one operating parameter of the radiometric measuring system depending on the slope, - wherein one of the operating parameters is a warning state operating parameter, wherein the warning state operating parameter is set to a value that causes a warning if the slope exceeds a warning threshold, and/or - wherein one of the operating parameters is an alarm state operating parameter, wherein the alarm state operating parameter is set to a value that causes an alarm if the slope exceeds an alarm threshold, and/or - wherein one of the operating parameters is the first energy threshold, the first energy threshold (E1) is changed depending on the slope. Radiometrisches Messsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Energieschwelle (E2) derart eingestellt wird, dass sich ein vorgegebener Funktionszusammenhang f zwischen der zweiten Zählrate und der ersten Zählrate einstellt.Radiometric measuring system claim 1 , characterized in that the second energy threshold (E2) is set in such a way that a predetermined functional relationship f sets in between the second count rate and the first count rate. Radiometrisches Messsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass für den Funktionszusammenhang f gilt: f = a * erste Zählrate + b, wobei a einen vorgebbaren Faktor und b einen vorgebbaren Offset bezeichnen.Radiometric measuring system claim 2 , characterized in that the following applies to the functional relationship f: f=a*first count rate+b, where a denotes a predeterminable factor and b denotes a predeterminable offset. Radiometrisches Messsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Energieschwelle (E1) größer als die zweite Energieschwelle (E2) ist.Radiometric measuring system according to one of the preceding claims, characterized in that the first energy threshold (E1) is greater than the second energy threshold (E2). Radiometrisches Messsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das radiometrische Messsystem dazu ausgebildet ist, eine Driftkompensation, insbesondere mittels einer Verhältnisregelung, durchzuführen.Radiometric measuring system according to one of the preceding claims, characterized in that the radiometric measuring system is designed to carry out drift compensation, in particular by means of ratio control.
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Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1809520A1 (en) 1968-03-13 1970-02-19 Berthold Lab Prof R Device for automatic drift stabilization in nuclear radiation probes
US3515878A (en) 1967-12-28 1970-06-02 Ball Brothers Res Corp Gain control system for photomultiplier using standardization pulses
DE2826484C2 (en) 1978-06-16 1982-08-26 Laboratorium Prof. Dr. Rudolf Berthold, 7547 Wildbad Control method for automatic drift stabilization during radiation measurement and uses in this method
DE3328256C2 (en) 1983-08-04 1986-08-28 Endress U. Hauser Gmbh U. Co, 7867 Maulburg Method and arrangement for the automatic stabilization of a scintillation detector
DE19711124A1 (en) 1996-03-11 1997-11-06 Eberline Instr Gmbh Strahlen U Artificial isotope detection using organic scintillator
US6051830A (en) 1998-03-11 2000-04-18 Halliburton Energy Services, Inc. Method for stabilizing a scintillation detector
DE10048559A1 (en) 2000-09-30 2002-04-11 Endress Hauser Gmbh Co Density and fill level determination apparatus for has analysis unit, which determines energy spectrum of secondary radiation, and control and evaluation unit, which carries out drift stabilization
DE10212638A1 (en) 2002-03-21 2003-10-16 Siemens Ag Computer tomograph and method for detecting X-rays with a detector unit consisting of a plurality of detectors
DE102006022596A1 (en) 2006-05-15 2007-11-22 Siemens Ag X-ray detector for use in medical technology system, has evaluating unit arranged such that thresholds are assigned to detector units, where thresholds are adjusted such that relationship between parts of radiation spectra is adjusted
EP2237073A1 (en) 2009-03-30 2010-10-06 Berthold Technologies GmbH & Co. KG Method and device for monitoring an automated drift compensation
EP2584379A1 (en) 2011-10-20 2013-04-24 Berthold Technologies GmbH & Co. KG Method for operating a scintillation counter and scintillation counter

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3515878A (en) 1967-12-28 1970-06-02 Ball Brothers Res Corp Gain control system for photomultiplier using standardization pulses
DE1809520A1 (en) 1968-03-13 1970-02-19 Berthold Lab Prof R Device for automatic drift stabilization in nuclear radiation probes
DE2826484C2 (en) 1978-06-16 1982-08-26 Laboratorium Prof. Dr. Rudolf Berthold, 7547 Wildbad Control method for automatic drift stabilization during radiation measurement and uses in this method
DE3328256C2 (en) 1983-08-04 1986-08-28 Endress U. Hauser Gmbh U. Co, 7867 Maulburg Method and arrangement for the automatic stabilization of a scintillation detector
DE19711124A1 (en) 1996-03-11 1997-11-06 Eberline Instr Gmbh Strahlen U Artificial isotope detection using organic scintillator
US6051830A (en) 1998-03-11 2000-04-18 Halliburton Energy Services, Inc. Method for stabilizing a scintillation detector
DE10048559A1 (en) 2000-09-30 2002-04-11 Endress Hauser Gmbh Co Density and fill level determination apparatus for has analysis unit, which determines energy spectrum of secondary radiation, and control and evaluation unit, which carries out drift stabilization
DE10212638A1 (en) 2002-03-21 2003-10-16 Siemens Ag Computer tomograph and method for detecting X-rays with a detector unit consisting of a plurality of detectors
DE102006022596A1 (en) 2006-05-15 2007-11-22 Siemens Ag X-ray detector for use in medical technology system, has evaluating unit arranged such that thresholds are assigned to detector units, where thresholds are adjusted such that relationship between parts of radiation spectra is adjusted
EP2237073A1 (en) 2009-03-30 2010-10-06 Berthold Technologies GmbH & Co. KG Method and device for monitoring an automated drift compensation
EP2584379A1 (en) 2011-10-20 2013-04-24 Berthold Technologies GmbH & Co. KG Method for operating a scintillation counter and scintillation counter

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