DE102013216197A1 - Method for operating a radiometric measuring system and radiometric measuring system - Google Patents

Method for operating a radiometric measuring system and radiometric measuring system Download PDF

Info

Publication number
DE102013216197A1
DE102013216197A1 DE102013216197.2A DE102013216197A DE102013216197A1 DE 102013216197 A1 DE102013216197 A1 DE 102013216197A1 DE 102013216197 A DE102013216197 A DE 102013216197A DE 102013216197 A1 DE102013216197 A1 DE 102013216197A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
silicon photomultiplier
measuring system
radiometric
light
radiometric measuring
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
DE102013216197.2A
Other languages
German (de)
Inventor
Steffen Müller
Ewald FREIBURGER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Berthold Technologies GmbH and Co KG
Original Assignee
Berthold Technologies GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Berthold Technologies GmbH and Co KG filed Critical Berthold Technologies GmbH and Co KG
Priority to DE102013216197.2A priority Critical patent/DE102013216197A1/en
Publication of DE102013216197A1 publication Critical patent/DE102013216197A1/en
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/16—Measuring radiation intensity
    • G01T1/20—Measuring radiation intensity with scintillation detectors
    • G01T1/208—Circuits specially adapted for scintillation detectors, e.g. for the photo-multiplier section

Abstract

Ein Verfahren dient zum Betreiben eines radiometrischen Messsystems, wobei das radiometrische Messsystem einen Silizium-Photomultiplier (1) zum Erzeugen eines lichtintensitätsabhängigen Messsignals (UM) aufweist, wobei das Messsignal (UM) einen Maximalwert aufweist, der sich einstellt, wenn der Silizium-Photomultiplier (1) mit Licht mit einer Lichtintensität beaufschlagt wird, die größer als oder gleich einer Maximalintensität ist. Das Verfahren weist die Schritte auf: Beaufschlagen des Silizium-Photomultipliers (1) mit Licht mit einer Lichtintensität, die größer als oder gleich der Maximalintensität ist, Messen eines Pegels des sich einstellenden Messsignals (UM), und Betreiben des radiometrischen Messsystems in Abhängigkeit von dem gemessenen Pegel.A method is used for operating a radiometric measuring system, wherein the radiometric measuring system has a silicon photomultiplier (1) for generating a light intensity-dependent measuring signal (UM), wherein the measuring signal (UM) has a maximum value, which occurs when the silicon photomultiplier ( 1) is applied with light having a light intensity that is greater than or equal to a maximum intensity. The method comprises the steps of: applying the silicon photomultiplier (1) to light having a light intensity greater than or equal to the maximum intensity, measuring a level of the resulting measurement signal (UM), and operating the radiometric measurement system in response to the measured level.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines radiometrischen Messsystems und ein radiometrisches Messsystem.The invention relates to a method for operating a radiometric measuring system and 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 comprise scintillation counters or scintillation detectors for radiation measurement are frequently used for measuring process variables or material properties, for example for level measurement, for moisture measurement, for density measurement, etc.

Szintillationszähler dienen beispielsweise zur Bestimmung des Spektrums von ionisierender Strahlung, d.h. der 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 oder sichtbaren Bereich) wieder abgibt, was als Szintillation bezeichnet wird.Scintillation counters, for example, are used to determine the spectrum of ionizing radiation, i. the determination of the intensity as a function of the energy of the ionizing radiation, wherein a scintillation counter comprises a scintillator, which is excited by the passage of radiation in the form of high-energy charged particles or photons and the excitation energy in the form of light pulses (usually in the UV or visible range) again gives off what is called scintillation.

Die derart erzeugten Lichtimpulse werden mit einem geeigneten optischen Sensor bzw. Detektor in elektrische Signale umgewandelt und verstärkt. Ein solcher Sensor bzw. Detektor ist beispielsweise ein Vakuum-Photomultiplier oder eine Photodiode. Seit einigen Jahren sind auch sogenannte Silizium-Photomultiplier oder SiPM (Halbleiterbauelemente mit interner Elektronenverstärkung) als optische Sensoren bzw. Detektoren verfügbar. The light pulses thus generated are converted into electrical signals with a suitable optical sensor or detector and amplified. Such a sensor or detector is for example a vacuum photomultiplier or a photodiode. For some years, so-called silicon photomultipliers or SiPM (semiconductor devices with internal electron amplification) are also available as optical sensors or detectors.

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 outputs pulses wherein a number of pulses per unit time, i. the count rate is a measure of the intensity of the radiation and a pulse height (more precisely, an integral over the time course of the pulse) is a measure of the energy of the radiation.

Die so erzeugten Pulse werden meist mit Hilfe von Schwellwertanalysen ausgewertet, d.h. es werden nur die Impulse gezählt, die oberhalb einer bestimmten Pulshöhe liegen. Die Pulshöhe pro Lichteinheit (Verstärkung) ist meist durch einen Parameter bzw. eine Stellgröße, beispielsweise in Form einer Versorgungsspannung für den optischen Sensor, in bestimmten Grenzen einstellbar.The pulses thus generated are usually evaluated by means of threshold value analyzes, i. only those pulses are counted which are above a certain pulse height. The pulse height per light unit (gain) is usually adjustable within certain limits by a parameter or a manipulated variable, for example in the form of a supply voltage for the optical sensor.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben eines radiometrischen Messsystems und ein radiometrisches Messsystem mit einem optischen Sensor in Form eines Silizium-Photomultipliers zur Verfügung zu stellen, die eine hohe funktionale Sicherheit aufweisen. The invention has for its object to provide a method for operating a radiometric measuring system and a radiometric measuring system with an optical sensor in the form of a silicon photomultiplier available, which have a high functional safety.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und ein radiometrisches Messsystem nach Anspruch 7.The invention achieves this object by a method according to claim 1 and a radiometric measuring system according to claim 7.

Das Verfahren dient zum Betreiben eines radiometrischen Messsystems.The method is used to operate a radiometric measuring system.

Das radiometrische Messsystem weist einen Silizium-Photomultiplier zum Erzeugen eines lichtintensitätsabhängigen analogen Messsignals auf. Das Messsignal weist einen Maximalwert auf, der sich einstellt, wenn der Silizium-Photomultiplier mit Licht mit einer Lichtintensität beaufschlagt wird, die größer als oder gleich einer Maximalintensität ist. Mit anderen Worten nimmt ein Pegel des Messsignals für Lichtintensitäten größer als die Maximalintensität nicht weiter zu. Der Maximalwert kann von lichtintensitätsunabhängigen Parametern abhängen, beispielsweise von einer Versorgungsspannung des Silizium-Photomultipliers.The radiometric measuring system has a silicon photomultiplier for generating a light intensity-dependent analog measurement signal. The measurement signal has a maximum value, which occurs when the silicon photomultiplier is exposed to light having a light intensity which is greater than or equal to a maximum intensity. In other words, a level of the measurement signal for light intensities greater than the maximum intensity does not further increase. The maximum value can depend on light intensity-independent parameters, for example on a supply voltage of the silicon photomultiplier.

Der Silizium-Photomultiplier wird zur Kalibrierung mit Licht, beispielsweise in Form von Kalibrierlichtpulsen, mit einer Lichtintensität beaufschlagt, die größer als oder gleich der Maximalintensität ist. Es versteht sich, dass während des Beaufschlagens das Bestimmen der Messgröße unterbrochen sein kann bzw. ist.For calibration with light, for example in the form of calibration light pulses, the silicon photomultiplier is exposed to a light intensity which is greater than or equal to the maximum intensity. It is understood that the determination of the measured variable can be interrupted during the loading.

Der sich dann einstellende Pegel des Messsignals bzw. der sich dann einstellende Kalibrierpuls und/oder ein Verlauf des Messsignals bzw. des Kalibrierpulses wird/werden gemessen, wobei das radiometrische Messsystem in Abhängigkeit von dem gemessenen Pegel bzw. Verlauf betrieben wird.The then-adjusting level of the measuring signal or the calibration pulse then being set and / or a course of the measuring signal or of the calibrating pulse is / are measured, the radiometric measuring system being operated as a function of the measured level or course.

Im einfachsten Fall kann eine Warnmeldung und/oder eine Alarmmeldung ausgegeben werden, wenn der gemessenen Pegel bzw. Verlauf einen oberen und/oder einen unteren Schwellenwert über- bzw. unterschreitet.In the simplest case, a warning message and / or an alarm message can be output if the measured level or course exceeds or falls short of an upper and / or a lower threshold value.

Das Betreiben des radiometrischen Messsystems kann ein Einstellen mindestens eines Betriebsparameters des radiometrischen Messsystems in Abhängigkeit von dem gemessenen Pegel beinhalten.Operating the radiometric measurement system may include adjusting at least one operating parameter of the radiometric measurement system as a function of the measured level.

Der Betriebsparameter kann eine Betriebsspannung des Silizium-Photomultipliers sein, wobei das Betreiben des radiometrischen Messsystems beinhaltet, dass der unter Beaufschlagen mit der Lichtintensität, die größer als oder gleich der Maximalintensität ist, gemessene Pegel des Messsignals auf einen vorgegebenen Sollwert geregelt wird, wobei als Stellgröße der Regelung die Betriebsspannung dient.The operating parameter may be an operating voltage of the silicon photomultiplier, wherein the operation of the radiometric measuring system includes that the level of the measuring signal measured at the application of the light intensity which is greater than or equal to the maximum intensity is regulated to a predetermined desired value, wherein as manipulated variable the regulation is the operating voltage.

Mit anderen Worten kann das Verfahren die Schritte aufweisen:

  • – Beaufschlagen des Silizium-Photomultipliers mit Licht mit einer Lichtintensität, die größer als oder gleich der Maximalintensität ist,
  • – Messen eines Pegels des sich einstellenden Messsignals und
  • – Regeln des Pegels des Messsignals auf einen vorgegebenen Sollwert, wobei als Stellgröße der Regelung ein Verstärkungsfaktor des Messsignals dient.
In other words, the method may include the steps of:
  • Applying light having a light intensity which is greater than or equal to the maximum intensity to the silicon photomultiplier,
  • - Measuring a level of the self-adjusting measurement signal and
  • - Controlling the level of the measuring signal to a predetermined setpoint value, wherein the manipulated variable of the control is a gain of the measuring signal.

Der Verstärkungsfaktor kann mittels der Betriebsspannung eingestellt werden, d.h. als Stellgröße der Regelung kann die Betriebsspannung dienen.The amplification factor can be adjusted by means of the operating voltage, i. as a control variable of the control can serve the operating voltage.

Der Silizium-Photomultiplier kann mit Lichtpulsen mit einer vorgegebenen Dauer beaufschlagt werden. Die vorgegebene Dauer kann kleiner als oder gleich einer Erholungszeitkonstante einer jeweiligen Zelle des Silizium-Photomultipliers sein.The silicon photomultiplier can be exposed to light pulses of a predetermined duration. The predetermined duration may be less than or equal to a recovery time constant of a respective cell of the silicon photomultiplier.

Es kann eine Driftkompensation durchgeführt werden, die auf eine Verstärkung des Messsignals wirkt, wobei das Betreiben des radiometrischen Messsystems ein Überwachen der Driftkompensation in Abhängigkeit von dem gemessenen Pegel beinhaltet.A drift compensation may be performed that acts on an amplification of the measurement signal, wherein operating the radiometric measurement system includes monitoring the drift compensation as a function of the measured level.

Mit anderen Worten kann das Verfahren die Schritte aufweisen:

  • – Fortlaufendes Durchführen einer Driftkompensation,
  • – Beaufschlagen des Silizium-Photomultipliers mit Licht mit einer Lichtintensität, die größer als oder gleich der Maximalintensität ist, während wiederkehrender Kalibrierzeitintervalle,
  • – Messen eines Pegels des sich einstellenden Messsignals und
  • – Überwachen der Driftkompensation in Abhängigkeit von dem gemessenen Pegel.
In other words, the method may include the steps of:
  • Continuously performing a drift compensation,
  • Applying light of a light intensity which is greater than or equal to the maximum intensity to the silicon photomultiplier during recurring calibration time intervals,
  • - Measuring a level of the self-adjusting measurement signal and
  • Monitoring the drift compensation as a function of the measured level.

Beispielsweise kann ein Fehler der Driftkompensation dann festgestellt werden, wenn sich der Pegel des sich einstellenden Messsignals über ein vorgegebenes Maß hinaus verändert und/oder einen Überwachungsschwellenwert über- oder unterschreitet.For example, an error of the drift compensation can be detected when the level of the self-adjusting measurement signal changes beyond a predefined level and / or exceeds or falls below a monitoring threshold value.

Das radiometrische Messsystem weist auf: einen Silizium-Photomultiplier zum Erzeugen eines lichtintensitätsabhängigen Messsignals, wobei das Messsignal einen Maximalwert aufweist, der sich einstellt, wenn der Silizium-Photomultiplier mit einer Lichtintensität beaufschlagt wird, die größer als oder gleich einer Maximalintensität ist, eine Kalibrierlichtquelle, die optisch mit dem Silizium-Photomultiplier gekoppelt ist, und eine Steuereinheit, beispielsweise in Form eines Mikroprozessors, die dazu ausgebildet ist, den Silizium-Photomultiplier mittels der Kalibrierlichtquelle mit einer Lichtintensität zu beaufschlagen, die größer als oder gleich der Maximalintensität ist, einen Pegel des sich einstellenden Messsignals zu messen, und das radiometrische Messsystem in Abhängigkeit von dem gemessenen Pegel zu betreiben.The radiometric measuring system comprises: a silicon photomultiplier for generating a light intensity-dependent measurement signal, wherein the measurement signal has a maximum value, which occurs when the silicon photomultiplier is subjected to a light intensity that is greater than or equal to a maximum intensity, a calibration light source, which is optically coupled to the silicon photomultiplier, and a control unit, for example in the form of a microprocessor, which is adapted to apply to the silicon photomultiplier by means of the calibration light source with a light intensity which is greater than or equal to the maximum intensity, a level of measuring measuring signal, and to operate the radiometric measuring system as a function of the measured level.

Das radiometrische Messsystem kann einen Szintillator aufweisen, der optisch mit dem Silizium-Photomultiplier gekoppelt ist.The radiometric measuring system may include a scintillator optically coupled to the silicon photomultiplier.

Die Kalibrierlichtquelle kann eine oder mehrere LEDs aufweisen.The calibration light source may include one or more LEDs.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert beschrieben. Hierbei zeigt schematisch:The invention will be described in detail below with reference to the drawings. This shows schematically:

1 ein radiometrisches Messsystem, 1 a radiometric measuring system,

2 ein Ausleseschema eines Silizium-Photomultipliers und 2 a readout scheme of a silicon photomultiplier and

3 ein Diagramm eines mittels eines Silizium-Photomultipliers erzeugten Messsignals über der Lichtintensität. 3 a diagram of a measurement signal generated by means of a silicon photomultiplier over the light intensity.

1 zeigt ein radiometrisches Messsystem mit einem Szintillator 4, einem Silizium-Photomultiplier 1, der optisch mit dem Szintillator 4 gekoppelt ist, einer Kalibrierlichtquelle 2, beispielsweise in Form einer oder mehrerer LEDs, die optisch mit dem Silizium-Photomultiplier 1 gekoppelt ist/sind, und einer Steuereinheit 3. 1 shows a radiometric measuring system with a scintillator 4 , a silicon photomultiplier 1 that optically with the scintillator 4 is coupled, a calibration light source 2 , For example, in the form of one or more LEDs, the optically with the silicon photomultiplier 1 is coupled, and a control unit 3 ,

Die Steuereinheit 3 wertet das mittels des Silizium-Photomultipliers 1 erzeugte Messsignal aus, wobei hierzu nicht gezeigte, analoge und/oder digitale Bauelemente zwischen dem Silizium-Photomultiplier 1 und der Steuereinheit 3 vorgesehen sein können, wie beispielsweise Verstärker, Komparatoren, digitale Logik-Gatter usw. Die Steuereinheit 3 steuert weiter die Kalibrierlichtquelle 2 geeignet an. Die Steuereinheit 3 erzeugt weiter eine Betriebsspannung oder Bias-Spannung UB für den Silizium-Photomultiplier 1.The control unit 3 evaluates this by means of the silicon photomultiplier 1 produced measuring signal from, for this purpose, not shown, analog and / or digital components between the silicon photomultiplier 1 and the control unit 3 may be provided, such as amplifiers, comparators, digital logic gates, etc. The control unit 3 continues to control the calibration light source 2 suitable for. The control unit 3 further generates an operating voltage or bias voltage UB for the silicon photomultiplier 1 ,

Der Szintillator 4 wird beim Durchgang von Strahlung in Form von energiereichen geladenen Teilchen oder Photonen angeregt und gibt die Anregungsenergie in Form von Lichtimpulsen wieder ab. Die derart erzeugten Lichtimpulse werden mittels des Silizium-Photomultipliers 1 in elektrische Signale bzw. Impulse umgewandelt und verstärkt. Eine Anzahl von Impulsen pro Zeiteinheit, d.h. die Zählrate, wird von der Steuereinheit 3 erfasst und ist ein Maß für die Intensität der Strahlung und eine Impulshöhe bzw. Impulsamplitude (genauer ein Integral über dem zeitlichen Verlauf des Impulses) ist ein Maß für die Energie der Strahlung. Die Steuereinheit 3 kann herkömmlich eine Prozess-Messgröße in Abhängigkeit von der Zählrate berechnen.The scintillator 4 is excited during the passage of radiation in the form of high-energy charged particles or photons and gives off the excitation energy in the form of light pulses again. The light pulses thus generated are by means of the silicon photomultiplier 1 converted into electrical signals or pulses and amplified. A number of pulses per unit of time, ie the count rate, is provided by the control unit 3 is a measure of the intensity of the radiation and a pulse height or pulse amplitude (more precisely, an integral over the time profile of the pulse) is a measure of the energy of the radiation. The control unit 3 may conventionally calculate a process measurand in dependence on the count rate.

Die so erzeugten Pulse werden meist mit Hilfe von Schwellwertanalysen ausgewertet, d.h. es werden nur die Impulse gezählt, die oberhalb einer bestimmten Pulshöhe liegen. Die Pulshöhe pro Lichteinheit (Verstärkung) hängt in gewissen Grenzen von der Versorgungsspannung UB ab. The pulses generated in this way are usually evaluated by means of threshold value analyzes, ie only those pulses are counted which are above a certain pulse height. The pulse height per light unit (gain) depends, within certain limits, on the supply voltage UB.

2 zeigt ein Ausleseschema des in 1 gezeigten Silizium-Photomultipliers 1. Der Silizium-Photomultiplier 1 ist in Serie mit Widerständen R1 und R2 zwischen die Betriebsspannung UB und ein Bezugspotential eingeschleift, wobei das Messsignal UM am Widerstand R2 abfällt. Im Übrigen sei auch auf die einschlägige Fachliteratur verwiesen. 2 shows a readout scheme of in 1 shown silicon photomultipliers 1 , The silicon photomultiplier 1 is connected in series with resistors R1 and R2 between the operating voltage UB and a reference potential, wherein the measuring signal UM at the resistor R2 drops. Incidentally, reference is also made to the relevant specialist literature.

3 zeigt ein Diagramm eines mittels des Silizium-Photomultipliers 1 erzeugten Messsignals UM über einer Lichtintensität I. 3 shows a diagram of one by means of the silicon photomultiplier 1 generated measurement signal UM over a light intensity I.

Wie in 3 gezeigt, weist das Messsignal UM einen Maximalwert UMAX auf, der sich dann einstellt, wenn der Silizium-Photomultiplier 1 mit Licht mit einer Lichtintensität beaufschlagt wird, die größer als oder gleich einer Maximalintensität IMAX ist. Dieses Verhalten ist bauartbedingt, insoweit sei auch auf die einschlägige Fachliteratur verwiesen.As in 3 shown, the measurement signal UM has a maximum value UMAX, which then sets when the silicon photomultiplier 1 is applied with light having a light intensity that is greater than or equal to a maximum intensity IMAX. This behavior is due to design, in this regard, reference is also made to the relevant specialist literature.

Der Maximalwert UMAX des Pegels des Messsignals UM wird wie folgt ausgewertet.The maximum value UMAX of the level of the measurement signal UM is evaluated as follows.

Während wiederkehrender Kalibrierzeitintervalle steuert die Steuereinheit 3 die Kalibrierlichtquelle 2 derart an, dass diese den Silizium-Photomultiplier 1 mit Kalibrierlichtpulsen mit einer vorgegebenen Dauer beaufschlagt, wobei die Kalibrierlichtpulse eine Lichtintensität aufweisen, die größer als die Maximalintensität IMAX ist. Die Dauer der Kalibrierlichtpulse kann kleiner als eine Erholungszeitkonstante einer jeweiligen Zelle des Silizium-Photomultipliers 1 sein.During recurring calibration time intervals, the control unit controls 3 the calibration light source 2 such that they are the silicon photomultiplier 1 subjected to calibration light pulses of a predetermined duration, wherein the Kalibrierlichtpulse have a light intensity that is greater than the maximum intensity IMAX. The duration of the calibration light pulses may be less than a recovery time constant of a respective cell of the silicon photomultiplier 1 be.

Der Pegel des sich einstellenden Messsignals UM wird gemessen.The level of the resulting measuring signal UM is measured.

Der gemessene Pegel des Messsignals UM kann nun beispielsweise auf einen vorgegebenen Sollwert geregelt werden, wobei als Stellgröße der Regelung die Betriebsspannung UB des Silizium-Photomultipliers 1 dient. Wenn der gemessene Pegel kleiner als der Sollwert ist, kann die Betriebsspannung UB vergrößert werden, und umgekehrt.The measured level of the measuring signal UM can now be controlled, for example, to a predetermined setpoint value, the operating voltage UB of the silicon photomultiplier being used as the manipulated variable of the control 1 serves. If the measured level is less than the set point, the operating voltage UB can be increased, and vice versa.

Alternativ oder zusätzlich kann der gemessene Pegel auch im Kontext einer Driftkompensation, beispielsweise in Form einer Verhältnisregelung, ausgewertet werden.Alternatively or additionally, the measured level can also be evaluated in the context of a drift compensation, for example in the form of a ratio control.

In einem kontinuierlichen Pulshöhenspektrum verändert sich eine Prozesszählrate, falls der optische Sensor durch eine veränderliche Verstärkung für die gleiche Lichtmenge unterschiedliche Pulshöhen erzeugt. Für einen stabilen Betrieb des radiometrischen Messsystems benötigt man daher eine genaue Regelung dieser Verstärkung, so dass die Pulshöhe für die gleiche Lichtmenge immer konstant bleibt, unabhängig davon, ob sich die Temperatur oder andere Einflüsse ändern. 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.In a continuous pulse height spectrum, a process count rate changes if the optical sensor produces different pulse heights by varying the gain for the same amount of light. For a stable operation of the radiometric measuring system, therefore, an exact control of this amplification is required, so that the pulse height for the same amount of light always remains constant, regardless of whether the temperature or other influences change. Based on the drift compensation, aging and / or drift effects can be reliably compensated, which leads to a more accurate determination of the process variable. With regard to the drift compensation and the ratio control, for example, refer to EP 2 237 073 A1 reference to the content of the description.

Diese Art der Driftkompensation setzt voraus, dass die Verstärkung im Zuge eines Kompensationsvorgangs derart einstellbar ist, dass sich das gewünschte Zählratenverhältnis ergibt. Da jedoch zur Driftkompensation die Nutzstrahlungsquelle verwendet wird, die auch zur Messung der Prozessgröße dient, hängt die tatsächliche Strahlungsintensität am Szintillator davon ab, ob Medien, und gegebenenfalls welche Medien, sich in einem Strahlungspfad befinden. Die Driftkompensation ist daher nicht exakt vorhersagbaren Randbedingungen unterworfen. Falls beispielsweise am Beginn einer Driftkompensation aufgrund von stark absorbierenden Medien im Strahlungspfad eine zu geringe Zählrate ermittelt wird, wird die Gesamtverstärkung, beispielsweise durch Erhöhen der Betriebsspannung UB des Silizium-Photomultiplier 1, vergrößert. Falls sich das gewünschte Verhältnis nicht einstellt, wird die Gesamtverstärkung weiter erhöht, wodurch möglicherweise auch Rauschimpulse zu der gemessenen Zählrate beitragen. Dies wiederum kann zu einer Verfälschung einer gemessenen Prozessgröße führen, die bei Systemen mit einer zum Beispiel durch Normen vorgeschriebenen funktionalen Sicherheit nicht zulässig ist. This type of drift compensation presupposes that the gain in the course of a compensation process can be set such that the desired count rate ratio results. However, since the commercial radiation source is used for drift compensation, which also serves to measure the process size, the actual radiation intensity at the scintillator depends on whether media, and optionally which media are in a radiation path. The drift compensation is therefore not subject to exactly predictable boundary conditions. If, for example, a too low counting rate is determined at the beginning of a drift compensation due to strongly absorbing media in the radiation path, the overall gain is increased, for example by increasing the operating voltage UB of the silicon photomultiplier 1 , enlarged. If the desired ratio does not set, the overall gain is further increased, possibly also adding noise pulses to the measured count rate. This in turn can lead to a falsification of a measured process variable, which is not permitted in systems with a functional safety prescribed by standards, for example.

Anhand des oben beschriebenen Verfahrens kann die Verhältnisregelung kontinuierlich überwacht werden, indem der Silizium-Photomultiplier 1 während wiederkehrender Prüfzeitintervalle mit Licht mit einer Lichtintensität beaufschlagt wird, die größer als oder gleich der Maximalintensität IMAX ist, der sich einstellende Pegel des Messsignals UM bestimmt wird und schließlich der sich einstellende Pegel überwacht wird.Using the method described above, the ratio control can be continuously monitored by the silicon photomultiplier 1 while light is applied to recurring test time intervals with a light intensity which is greater than or equal to the maximum intensity IMAX, the level of the measuring signal UM is determined, and finally the level that arises is monitored.

Der sich einstellende Pegel sollte auf Grund der aktiven Verhältnisregelung konstant bleiben. Ein sich verändernder Pegel kann durch eine Verhältnisregelung in einem oben beschriebenen ungültigen Zustand verursacht werden. Eine weitere mögliche Ursache kann eine Veränderung der Qualität des Szintillators und/oder der optischen Kopplung zwischen Szintillator 4 und Silizium-Photomultiplier 1 sein. In beiden Fällen kann das radiometrische Messsystem in einen sicheren Zustand überführt werden. Diese Überwachung dient daher zur Verringerung des Anteils von unerkannten gefährlichen Fehlern im Hinblick auf in Anlagen mit funktionaler Sicherheit z.B. nach EN 61508 eingesetzten Detektoren.The resulting level should remain constant due to the active ratio control. A changing level may be caused by a ratio control in an invalid state described above. Another possible cause may be a change in the quality of the scintillator and / or the optical coupling between the scintillator 4 and silicon photomultiplier 1 be. In both cases, the radiometric measuring system can be put into a safe state. This monitoring therefore serves to reduce the proportion of undetected dangerous faults with regard to detectors used in functional safety installations, eg according to EN 61508.

Die Erfindung kann weiter beispielsweise im Kontext eines radiometrischen Minimum-Grenzschalters verwendet werden. Der Minimum-Grenzschalter wird beispielsweise als so genannter Trockenlaufschutz verwendet. Bei dieser Betriebsart wird die radioaktive Nutzstrahlung im Betrieb durch das Produkt nahezu vollständig abgeschirmt. Deshalb ist keine stabile Regelung durch ein Zählratenverhältnis möglich. Die korrekte Funktion der Regelung muss jedoch in Systemen mit hoher Verfügbarkeit gewährleistet werden. Mit Hilfe des oben beschriebenen Kalibrierpulses kann die Betriebsspannung und somit die Verstärkung des Silizium-Photomultiplier 1 kontinuierlich geregelt werden, indem man den sich aufgrund des Kalibrierlichtpulses einstellenden (elektrischen) Kalibrierpuls bzw. dessen Pegel auf einem vorher definierten Wert einregelt.The invention may be further used, for example, in the context of a minimum radiometric limit switch. The minimum limit switch is used for example as so-called dry run protection. In this mode of operation, the radioactive useful radiation is almost completely shielded by the product during operation. Therefore, stable control by a count rate ratio is impossible. However, the correct function of the control must be ensured in systems with high availability. With the help of the calibration pulse described above, the operating voltage and thus the gain of the silicon photomultiplier 1 be controlled continuously by adjusting the (electrical) calibration pulse or its level which adjusts itself on the basis of the calibration light pulse to a previously defined value.

Die Erfindung ist unabhängig von der absoluten Helligkeit der Kalibrierlichtpulse, so lange die Kalibrierlichtpulse bzw. Lichtblitze hell genug sind, alle Zellen des Silizium-Photomultipliers 1 zu triggern. Alterungseffekte oder Temperaturinstabilitäten der Lichtquelle spielen daher keine Rolle.The invention is independent of the absolute brightness of the Kalibrierlichtpulse, as long as the Kalibrierlichtpulse or light flashes are bright enough, all cells of the silicon photomultiplier 1 to trigger. Aging effects or temperature instabilities of the light source therefore play no role.

Die Kalibrierlichtpulse können zum Beispiel mit hellen LED-Pulsen geeigneter Wellenlänge generiert werden. Die Pulshöhen dieser Pulse können – da sie im Spektrum viel höher liegen – unabhängig von den Messpulsen des Isotops analysiert werden. Die Kalibrierlichtpulse sollten möglichst nicht länger dauern als eine Erholzeitkonstante der einzelnen Zellen, da sonst einzelne Zellen mehrfach triggern können. Die Erholzeitkonstante liegt je nach Hersteller zwischen 20 ns und wenigen 100 ns. Alternativ kann die Dauer der Kalibrierlichtpulse sogar komplett vernachlässigt werden, sofern die zeitliche Auflösung der Signalanalyse schneller als die Erholzeitkonstante der Zellen ist und nur der erste Teil des sich einstellenden Kalibrierpulses zur Kalibrierung verwendet wird. Dies kann zum Beispiel mit einem nicht-integrierenden Verstärker erreicht werden.The calibration light pulses can be generated, for example, with bright LED pulses of suitable wavelength. The pulse heights of these pulses can be analyzed independently of the measuring pulses of the isotope since they are much higher in the spectrum. The calibration light pulses should preferably last no longer than a recovery time constant of the individual cells, since otherwise single cells can trigger multiple times. The recovery time constant is between 20 ns and a few 100 ns, depending on the manufacturer. Alternatively, the duration of the calibration light pulses can even be completely neglected, provided that the temporal resolution of the signal analysis is faster than the recovery time constant of the cells and only the first part of the calibration pulse is used for the calibration. This can be achieved, for example, with a non-integrating amplifier.

Der auf diese Weise erzeugte Kalibrierpuls kann nun über die Betriebsspannung UB auf einen Normwert geregelt werden, womit die Verstärkung des Silizium-Photomultipliers 1 konstant gehalten werden kann.The calibration pulse generated in this way can now be regulated by the operating voltage UB to a standard value, whereby the gain of the silicon photomultiplier 1 can be kept constant.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 2237073 A1 [0041] EP 2237073 A1 [0041]

Claims (9)

Verfahren zum Betreiben eines radiometrischen Messsystems, wobei das radiometrische Messsystem aufweist: – einen Silizium-Photomultiplier (1) zum Erzeugen eines lichtintensitätsabhängigen Messsignals (UM), wobei das Messsignal (UM) einen Maximalwert (UMAX) aufweist, der sich einstellt, wenn der Silizium-Photomultiplier (1) mit Licht mit einer Lichtintensität beaufschlagt wird, die größer als oder gleich einer Maximalintensität (IMAX) ist, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: – Beaufschlagen des Silizium-Photomultipliers (1) mit Licht mit einer Lichtintensität, die größer als oder gleich der Maximalintensität (IMAX) ist, – Messen eines Pegels des sich einstellenden Messsignals (UM), und – Betreiben des radiometrischen Messsystems in Abhängigkeit von dem gemessenen Pegel.Method for operating a radiometric measuring system, the radiometric measuring system comprising: a silicon photomultiplier ( 1 ) for generating a light intensity-dependent measurement signal (UM), wherein the measurement signal (UM) has a maximum value (UMAX), which occurs when the silicon photomultiplier (UM) 1 ) is exposed to light having a light intensity which is greater than or equal to a maximum intensity (IMAX), the method comprising the steps of: - applying the silicon photomultiplier ( 1 ) with light having a light intensity greater than or equal to the maximum intensity (IMAX), - measuring a level of the resulting measurement signal (UM), and - operating the radiometric measurement system as a function of the measured level. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Betreiben des radiometrischen Messsystems ein Einstellen mindestens eines Betriebsparameters des radiometrischen Messsystems in Abhängigkeit von dem gemessenen Pegel beinhaltet.A method according to claim 1, characterized in that the operation of the radiometric measuring system includes adjusting at least one operating parameter of the radiometric measuring system as a function of the measured level. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Betriebsparameter eine Betriebsspannung (UB) des Silizium-Photomultipliers (1) ist, wobei das Betreiben des radiometrischen Messsystems beinhaltet, dass der Pegel des Messsignals (UM) auf einen vorgegebenen Sollwert geregelt wird, wobei als Stellgröße der Regelung die Betriebsspannung (UB) dient. A method according to claim 2, characterized in that the operating parameter is an operating voltage (UB) of the silicon photomultiplier ( 1 ), wherein the operation of the radiometric measuring system includes that the level of the measuring signal (UM) is regulated to a predetermined setpoint value, wherein the operating voltage (UB) is used as a control variable of the control. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Silizium-Photomultiplier (1) mit Lichtpulsen mit einer vorgegebenen Dauer beaufschlagt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the silicon photomultiplier ( 1 ) is applied with light pulses of a predetermined duration. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene Dauer kleiner als oder gleich einer Erholungszeitkonstante einer jeweiligen Zelle des Silizium-Photomultipliers (1) ist.A method according to claim 4, characterized in that the predetermined duration is less than or equal to a recovery time constant of a respective cell of the silicon photomultiplier ( 1 ). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Driftkompensation durchgeführt wird, die auf eine Verstärkung des Messsignals (UM) wirkt, wobei das Betreiben des radiometrischen Messsystems ein Überwachen der Driftkompensation in Abhängigkeit von dem gemessenen Pegel beinhaltet.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a drift compensation is performed, which acts on a gain of the measuring signal (UM), wherein the operation of the radiometric measuring system includes monitoring the drift compensation in dependence on the measured level. Radiometrisches Messsystem, aufweisend: – einen Silizium-Photomultiplier (1) zum Erzeugen eines lichtintensitätsabhängigen Messsignals (UM), wobei das Messsignal (UM) einen Maximalwert (UMAX) aufweist, der sich einstellt, wenn der Silizium-Photomultiplier (1) mit einer Lichtintensität beaufschlagt wird, die größer als oder gleich einer Maximalintensität (IMAX) ist, – eine Kalibrierlichtquelle (2), die optisch mit dem Silizium-Photomultiplier (1) gekoppelt ist, und – eine Steuereinheit (3), die dazu ausgebildet ist, den Silizium-Photomultiplier (1) mittels der Kalibrierlichtquelle (2) mit einer Lichtintensität zu beaufschlagen, die größer als oder gleich der Maximalintensität (IMAX) ist, einen Pegel des sich einstellenden Messsignals (UM) zu messen, und das radiometrische Messsystem in Abhängigkeit von dem gemessenen Pegel zu betreiben. Radiometric measuring system, comprising: - a silicon photomultiplier ( 1 ) for generating a light intensity-dependent measurement signal (UM), wherein the measurement signal (UM) has a maximum value (UMAX) which occurs when the silicon photomultiplier (UM) 1 ) is exposed to a light intensity which is greater than or equal to a maximum intensity (IMAX), - a calibration light source ( 2 ), which optically with the silicon photomultiplier ( 1 ), and - a control unit ( 3 ), which is adapted to the silicon photomultiplier ( 1 ) by means of the calibration light source ( 2 ) with a light intensity which is greater than or equal to the maximum intensity (IMAX), to measure a level of the resulting measuring signal (UM), and to operate the radiometric measuring system as a function of the measured level. Radiometrisches Messsystem nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen Szintillator (4), der optisch mit dem Silizium-Photomultiplier (1) gekoppelt ist.Radiometric measuring system according to claim 7, characterized by a scintillator ( 4 ), which optically with the silicon photomultiplier ( 1 ) is coupled. Radiometrisches Messsystem nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibrierlichtquelle (2) eine LED ist.Radiometric measuring system according to claim 7 or 8, characterized in that the calibration light source ( 2 ) is an LED.
DE102013216197.2A 2013-08-14 2013-08-14 Method for operating a radiometric measuring system and radiometric measuring system Ceased DE102013216197A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102013216197.2A DE102013216197A1 (en) 2013-08-14 2013-08-14 Method for operating a radiometric measuring system and radiometric measuring system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102013216197.2A DE102013216197A1 (en) 2013-08-14 2013-08-14 Method for operating a radiometric measuring system and radiometric measuring system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102013216197A1 true DE102013216197A1 (en) 2015-02-19

Family

ID=52430253

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102013216197.2A Ceased DE102013216197A1 (en) 2013-08-14 2013-08-14 Method for operating a radiometric measuring system and radiometric measuring system

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102013216197A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3196607A1 (en) 2016-01-25 2017-07-26 Berthold Technologies GmbH & Co. KG Radiometric process measurement system

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030057380A1 (en) * 1999-02-26 2003-03-27 Japan Atomic Energy Research Institute Apparatus and method for detecting radiation that uses a stimulate phosphor
GB2447264A (en) * 2007-03-05 2008-09-10 Sensl Technologies Ltd Optical position sensitive detector
US20080240341A1 (en) * 2007-03-27 2008-10-02 Possin George E Hybrid energy discriminating charge integrating ct detector
US20100135857A1 (en) * 2007-05-02 2010-06-03 Fluidyx Pt Ltd Portable device for reading a fluorescent-labelled, membrane based assay
US20100200763A1 (en) * 2007-09-04 2010-08-12 Koninklijke Philips Electronics N.V. Silicon photomultiplier energy resolution
EP2237073A1 (en) 2009-03-30 2010-10-06 Berthold Technologies GmbH & Co. KG Method and device for monitoring an automated drift compensation
US20110198504A1 (en) * 2010-02-15 2011-08-18 Bergen Teknologioverforing As Detector arrangement for a tomographic imaging apparatus, particularly for a positron emission tomograph
US20110240865A1 (en) * 2008-12-22 2011-10-06 Koninklijke Philips Electronics N.V. High dynamic range light sensor
EP2487704A2 (en) * 2011-02-14 2012-08-15 FEI Company Detection method for use in charged-particle microscopy

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030057380A1 (en) * 1999-02-26 2003-03-27 Japan Atomic Energy Research Institute Apparatus and method for detecting radiation that uses a stimulate phosphor
GB2447264A (en) * 2007-03-05 2008-09-10 Sensl Technologies Ltd Optical position sensitive detector
US20080240341A1 (en) * 2007-03-27 2008-10-02 Possin George E Hybrid energy discriminating charge integrating ct detector
US20100135857A1 (en) * 2007-05-02 2010-06-03 Fluidyx Pt Ltd Portable device for reading a fluorescent-labelled, membrane based assay
US20100200763A1 (en) * 2007-09-04 2010-08-12 Koninklijke Philips Electronics N.V. Silicon photomultiplier energy resolution
US20110240865A1 (en) * 2008-12-22 2011-10-06 Koninklijke Philips Electronics N.V. High dynamic range light sensor
EP2237073A1 (en) 2009-03-30 2010-10-06 Berthold Technologies GmbH & Co. KG Method and device for monitoring an automated drift compensation
US20110198504A1 (en) * 2010-02-15 2011-08-18 Bergen Teknologioverforing As Detector arrangement for a tomographic imaging apparatus, particularly for a positron emission tomograph
EP2487704A2 (en) * 2011-02-14 2012-08-15 FEI Company Detection method for use in charged-particle microscopy

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3196607A1 (en) 2016-01-25 2017-07-26 Berthold Technologies GmbH & Co. KG Radiometric process measurement system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2237073B1 (en) Method and device for monitoring an automated drift compensation
DE102010025854B4 (en) Method and system for controlling the gain of a scintillation detector using reference radiation
EP1747482B1 (en) Stabilization of a scintillation detector
EP3255461B1 (en) Diagnosis of radiometric detectors
EP2194362B1 (en) Radiometrical level or density measurement
DE102013215606B4 (en) Method for operating a radiometric measuring system and radiometric measuring system
EP2584379A1 (en) Method for operating a scintillation counter and scintillation counter
DE102014205148A1 (en) X-ray analyzer
DE102010041693A1 (en) Method for testing the functionality of a photoelectric smoke detector
EP1239303B1 (en) Method for detection and suppression of extraneous radiation influences in radiation measurements
DE102013216197A1 (en) Method for operating a radiometric measuring system and radiometric measuring system
DE1809520B2 (en) Method for automatic drift stabilization when measuring radiation with a detector
EP3542150B1 (en) Method for determining a remaining operating period of a detector unit
DE10132267A1 (en) Gamma detector for measurement of state of fill or density has transmission unit and rod-shaped receiver unit for radio-active radiation with detector unit in each end area of receiver unit
DE202015103673U1 (en) Signal sampling in a radiometric measuring system
DE4233278C2 (en) Process for the suppression of external radiation influences in radioactive measurement processes
DE19711124A1 (en) Artificial isotope detection using organic scintillator
EP3951425A1 (en) Method and measuring device for determining a distance
DE102013022357B3 (en) Radiometric measuring system
DE102016117356B4 (en) Spectroscopic online measuring system for measuring gamma radiation with an extended measuring range
DE102009021031B4 (en) Method and device for supervised measuring of a process variable by means of a scintillation counter
EP3270123B1 (en) Radiometric measuring device for two-wire operation
EP3667260B1 (en) Radiometric measurement apparatus
DE102013218045B4 (en) Radiometric measuring device and radiometric measuring system
DE102019122115B4 (en) Detector unit for a scintillation counter, radiometric measuring device with such a detector unit, method for operating such a detector unit and computer program code

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication
R002 Refusal decision in examination/registration proceedings
R003 Refusal decision now final