DE102016222298A1

DE102016222298A1 - Radiometrische Füllstandmessung

Info

Publication number: DE102016222298A1
Application number: DE102016222298.8A
Authority: DE
Inventors: Winfried Rauer; Matthias Harter
Original assignee: Vega Grieshaber KG
Current assignee: Vega Grieshaber KG
Priority date: 2016-11-14
Filing date: 2016-11-14
Publication date: 2018-05-17

Abstract

Es wird ein radiometrisches Messgerät (10) zur Bestimmung eines Füllstandes (32) eines Mediums (106) in einem Behälter (104) angegeben, welches einen szintillierenden Lichtwellenleiter (12) aufweist, der dazu ausgestaltet ist, eine das Medium (106) durchstrahlende ionisierende erste Strahlung (110) zumindest teilweise in eine zweite elektromagnetische Strahlung (11) umzuwandeln. Weiter weist das Messgerät (10) einen ersten Photodetektor (16a) zum Erzeugen eines ersten elektrischen Signals (18a) und einen zweiten Photodetektor (16b) zum Erzeugen eines zweiten elektrischen Signals (18b) auf, wobei die Photodetektoren (16a, 16b) an Enden (14a, 14b) des Lichtwellenleiters (12) optisch gekoppelt sind. Weiter weist das Messgerät (10) eine Auswerteelektronik (20) auf, welche dazu eingerichtet ist, basierend auf den ersten elektrischen Signalen (18a) und den zweiten elektrischen Signalen (18b) eine Häufigkeitsverteilung (30) zu ermitteln, welche eine Häufigkeit (H) von mit dem Messgerät (10) detektierten Ereignissen in Abhängigkeit einer Füllhöhe (F) des Mediums (106) in dem Behälter (104) angibt, wobei die Auswerteelektronik (20) dazu eingerichtet ist, basierend auf der Häufigkeitsverteilung (30) einen Maximalwert (H) und einen Minimalwert (H) der Häufigkeit (H) detektierter Ereignisse, und basierend auf Häufigkeitsverteilung und/oder basierend auf der Häufigkeit (H) detektierter Ereignisse einen tatsächlichen Füllstand (32) des Mediums in dem Behälter zu ermitteln.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft allgemein die radiometrische Füllstand-, Grenzstand-, Dichte- oder Durchsatzmessung. Insbesondere betrifft die Erfindung ein radiometrisches Messgerät zur Bestimmung eines Füllstandes eines Mediums in einem Behälter und/oder einer Fördereinrichtung. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine radiometrische Messanordnung mit einem radiometrischen Messgerät, die Verwendung eines radiometrischen Messgeräts sowie ein Verfahren zur Bestimmung eines Füllstandes.
Hintergrund der Erfindung
Bei der radiometrischen Füllstand-, Grenzstand-, Dichte- oder Durchsatzmessung werden die von einem radioaktiven Strahler ausgesendeten und durch das Füllgut gelangenden radioaktiven Strahlen detektiert und in elektrische Pulse umgewandelt. Zur Detektion der radioaktiven Strahlung kann ein Szintillator vorgesehen sein, der daraus Lichtpulse erzeugt, die von einem nachgeschalteten Photodetektor, beispielsweise einem Photomultiplier (PMT), einer Avalanche-Photodiode (APD) oder einem Silizium-Photomultiplier (SiPM), in elektrische Pulse umgewandelt werden. Alternativ kann ein Geiger-Müller-Zählrohr vorgesehen sein. Diese elektrischen Pulse werden dann als Ereignisse von einer Auswerteschaltung und/oder einer Auswerteelektronik ausgewertet, um den Füllstand, den Grenzstand, die Dichte und/oder den Durchsatz zu bestimmen.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der Erfindung ein radiometrisches Messgerät bereitzustellen, welches ein zuverlässiges Messergebnis liefert, ohne Aufwand in Betrieb genommen werden kann und einfach handzuhaben ist.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein radiometrisches Messgerät zur Bestimmung eines Füllstandes eines Mediums in einem Behälter. Das Messgerät kann auch zur Bestimmung eines Grenzstandes, einer Dichte und/oder eines Durchsatzes des Mediums ausgeführt sein. Das Messgerät weist wenigstens einen szintillierenden Lichtwellenleiter auf, welcher dazu ausgestaltet ist, eine das Medium durchstrahlende ionisierende erste Strahlung zumindest teilweise in eine zweite elektromagnetische Strahlung umzuwandeln und in Längserstreckungsrichtung des Lichtwellenleiters durch Totalreflexion weiterzuleiten. Der szintillierende Lichtwellenleiter kann eine biegsame und/oder flexible Faser bezeichnen, welche zumindest teilweise aus szintillierendem Material gefertigt sein kann. Alternativ oder zusätzlich kann der szintillierende Lichtwellenleiter einen massiven Stab mit szintillierendem Material bezeichnen. Das Messgerät kann insbesondere eine Mehrzahl von szintillierenden Lichtwellenleitern aufweisen, welche beispielsweise als Bündel von Lichtwellenleitern vorliegen und an dem Behälter angeordnet werden können. Weiter weist das Messgerät einen ersten Photodetektor zum zumindest teilweisen Umwandeln der zweiten elektromagnetischen Strahlung in ein erstes elektrisches Signal auf, wobei der erste Photodetektor an ein erstes Ende des Lichtwellenleiters optisch gekoppelt ist. Ferner weist das Messgerät einen zweiten Photodetektor zum zumindest teilweisen Umwandeln der zweiten elektromagnetischen Strahlung in ein zweites elektrisches Signal auf, wobei der zweite Photodetektor an ein zweites Ende des Lichtwellenleiters optisch gekoppelt ist. Das erste elektrische Signal und/oder das zweite elektrische Signal kann beispielsweise ein bei Umwandlung der zweiten elektromagnetischen Strahlung erzeugter Strompuls sein, welcher dann, etwa mit einem Strom-Spannungs-Wandler, in einen Spannungspuls gewandelt werden kann. Des Weiteren weist das Messgerät eine Auswerteelektronik auf, welche dazu eingerichtet ist, basierend auf den ersten elektrischen Signalen und den zweiten elektrischen Signalen eine Häufigkeitsverteilung zu ermitteln und/oder zu bestimmen, wobei die Häufigkeitsverteilung eine Häufigkeit von mit dem Messgerät detektierten Ereignissen in Abhängigkeit einer Füllhöhe des Mediums in dem Behälter angibt, darstellt und/oder repräsentiert. Die Füllhöhe kann etwa eine postulierte, erwartete und/oder angenommene Füllhöhe sein. Dabei ist die Auswerteelektronik dazu eingerichtet, basierend auf der Häufigkeitsverteilung einen Maximalwert der Häufigkeit der detektierten Ereignisse und einen Minimalwert der Häufigkeit der detektierten Ereignisse zu ermitteln und/oder zu bestimmen. Weiter ist die Auswerteelektronik dazu eingerichtet, basierend auf der Häufigkeitsverteilung und/oder basierend auf der Häufigkeit der detektierten Ereignisse, insbesondere basierend auf dem Maximalwert und dem Minimalwert der detektierten Ereignisse, einen tatsächlichen Füllstand des Mediums in dem Behälter zu ermitteln und/oder zu bestimmen. Der tatsächliche Füllstand kann etwa einen absoluten Füllstand und/oder einen absoluten Füllstandwert bezeichnen.
Die Auswerteelektronik kann etwa eine Auswerteeinheit und/oder eine Auswerteschaltung bezeichnen. Die Strahlungsquelle kann etwa ein Photonenstrahler, ein Alphastrahler, ein Betastrahler und/oder eine Protonenquelle sein. Trifft ein Strahlungsteilchen, etwa ein Gammaquant, nach Durchqueren des Behälters auf den Lichtwellenleiter, so erzeugt es in dem Lichtwellenleiter einen Lichtblitz, d.h. die zweite elektromagnetische Strahlung. Der Lichtblitz bzw. die zweite elektromagnetische Strahlung wird dann per Totalreflexion in dem Lichtwellenleiter zu dem ersten und/oder dem zweiten Ende des Lichtwellenleiters geleitet. Das erste Ende kann dabei dem zweiten Ende in Längserstreckungsrichtung des Lichtwellenleiters gegenüberliegen. An den Enden trifft die zweite elektromagnetische Strahlung dann auf den ersten und/oder zweiten Photodetektor und wird dort in das erste und/oder zweite elektrische Signal gewandelt. Der erste und zweite Photodetektor können jeweils wenigstens einen Photomultiplier, ein Array von Avalanche-Photodioden, und/oder einen Silizium-Photomultiplier aufweisen. Das Auslösen eines ersten und/oder zweiten elektrischen Signals wird dann von der Auswerteelektronik als Ereignis und/oder Puls registriert und/oder detektiert. Ein Ereignis im Sinne der Erfindung kann somit das Auftreffen eines Strahlungsteilchens auf den Lichtwellenleiter, das dadurch bedingte Generieren der zweiten elektromagnetischen Strahlung und/oder das Erzeugen des ersten und/oder zweiten elektrischen Signals bezeichnen. Die Auswerteelektronik registriert diese Ereignisse über eine gewisse Zeitdauer und ermittelt daraus die Häufigkeitsverteilung. Die Häufigkeitsverteilung kann wiederum die Häufigkeit der registrierten Ereignisse, d.h. die Anzahl registrierter Ereignisse pro Zeiteinheit, als Funktion eines Ortes an, an welchem der Lichtblitz in dem Lichtwellenleiter ausgelöst wurde. Die Orte können wiederum mit der Füllhöhe des Mediums korrelieren, so dass die Auswerteelektronik die Häufigkeit der Ereignisse als Funktion dieser Füllhöhe bestimmen kann. In demjenigen Bereich und/oder Abschnitt des Lichtwellenleiters, welcher unterhalb des tatsächlichen Füllstandes und/oder der Füllgutoberfläche an dem Behälter angeordnet ist, wird die ionisierende Strahlung der Strahlungsquelle nahezu vollständig von dem Medium absorbiert. Dagegen ist derjenige Bereich des Lichtwellenleiters, welcher oberhalb des Füllstandes und/oder der Füllgutoberfläche angeordnet ist, nahezu der vollständigen von der Strahlungsquelle emittierten ionisierenden Strahlung ausgesetzt. Dies kann zur Folge haben, dass in dem Bereich des Lichtwellenleiters unterhalb der Füllgutoberfläche nur wenig Lichtblitze bzw. wenig zweite elektromagnetische Strahlung und somit eine geringe Häufigkeit von Ereignissen detektiert wird, wohingegen in dem Bereich des Lichtwellenleiters oberhalb der Füllgutoberfläche viele Lichtblitze bzw. viel zweite elektromagnetische Strahlung und somit eine große Häufigkeit von Ereignissen detektiert wird. Die Auswerteelektronik ermittelt nun anhand der Häufigkeitsverteilung den Maximalwert und den Minimalwert der Häufigkeit der detektierten Ereignisse. Der Maximalwert und der Minimalwert können dabei jeweils Extremwerte der gesamten Häufigkeitsverteilung sein. Der Minimalwert kann jedoch auch ein erster Extremwert innerhalb eines ersten Wertebereichs der Füllhöhe sein. Auch kann der Minimalwert einen ersten Mittelwert der Häufigkeiten innerhalb des ersten Wertebereichs bezeichnen. Analog kann der Maximalwert ein zweiter Extremwert innerhalb eines zweiten Wertebereichs der Füllhöhe sein. Ebenso kann der Maximalwert einen zweiten Mittelwert der Häufigkeiten innerhalb des zweiten Wertebereichs bezeichnen.
Das erfindungsgemäße radiometrische Messgerät ermittelt den Ort, an welchem die zweite elektromagnetische Strahlung in dem Lichtwellenleiter generiert wurde und benutzt somit Ortsinformationen, um ein sichereres Messergebnis zu erhalten. Dadurch kann das Messgerät in vorteilhafter Weise ohne manuellen Abgleich, d.h. ohne Messgerätekalibrierung, vor Ort in Betrieb genommen werden, wodurch erheblich Zeit und Aufwand für den Abgleich eingespart werden und eine einfache Handhabung des Messgeräts realisiert werden kann. Das Messgerät kann zudem Dampfüberlagerungen erkennen und ausblenden. Es kann auch Fremdstrahlung erkennen und ausblenden. Das Messgerät kann ferner Hintergrundstrahlung ausblenden und somit mit auch bei geringer Dosisleistung und/oder Emissionsrate der Strahlungsquelle betrieben werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Auswerteelektronik dazu eingerichtet, eine erste Amplitude des ersten elektrischen Signals und eine zweite Amplitude des zweiten elektrischen Signals zu ermitteln, wobei die Auswertelektronik dazu eingerichtet ist, die Häufigkeitsverteilung basierend auf einem Verhältnis der ersten Amplituden und der zweiten Amplituden zu ermitteln. Mit anderen Worten kann die Auswerteelektronik dazu eingerichtet sein, jeweils die Amplituden eines ersten und eines zweiten elektrischen Signals, welche durch ein Strahlungsteilchen ausgelöst wurden, zu ermitteln. Innerhalb des Lichtwellenleiters erfährt die zweite elektromagnetische Strahlung je nach Entstehungsort und/oder Laufzeit zu dem ersten und/oder zweiten Photodetektor eine unterschiedliche Dämpfung, was wiederum die Amplituden des ersten und zweiten elektrischen Signals beeinflussen kann. Daher kann basierend auf dem Amplitudenverhältnis der ersten und zweiten elektrischen Signale bestimmt werden, an welchem Ort des Lichtwellenleiters das Strahlungsteilchen auf den Lichtwellenleiter getroffen ist. Die Verhältnisse der Amplitude von derart miteinander korrelierenden ersten und zweiten elektrischen Signalen können über eine gewisse Zeitdauer ermittelt und/oder gespeichert werden, so dass basierend darauf die Häufigkeitsverteilung abgeleitet werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Auswerteelektronik dazu eingerichtet, eine erste Laufzeit der zweiten elektromagnetischen Strahlung zu dem ersten Photodetektor und eine zweite Laufzeit der zweiten elektromagnetischen Strahlung zu dem zweiten Photodetektor ermitteln, wobei die Auswerteelektronik dazu eingerichtet ist, die Häufigkeitsverteilung basierend auf Laufzeitdifferenzen der ersten Laufzeit und der zweiten Laufzeit zu ermitteln. Die erste Laufzeit kann etwa einen ersten Zeitpunkt des Auslösens des ersten elektrischen Signals durch ein Strahlungsteilchen bezeichnen. Die zweite Laufzeit kann etwa einen zweiten Zeitpunkt des Auslösens des zweiten elektrischen Signals durch ein Strahlungsteilchen bezeichnen. Je nachdem, wo das Strahlungsteilchen auf den Lichtwellenleiter aufgetroffen ist, können die erste und zweite Laufzeit aufgrund unterschiedlicher Laufzeiten der zweiten elektromagnetischen Strahlung zu dem ersten und/oder zweiten Photodetektor unterschiedlich sein. Über eine Laufzeitmessung kann so der Ort des Auftreffens des Strahlungsteilchens auf den Lichtwellenleiter ermittelt werden, so dass basierend darauf die Häufigkeitsverteilung abgeleitet werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Auswerteelektronik dazu eingerichtet, die Häufigkeitsverteilung unter Berücksichtigung einer Länge des Lichtwellenleiters zu ermitteln. Durch die Bestimmung der Häufigkeitsverteilung basierend auf den Amplitudenverhältnissen der ersten und zweiten elektrischen Signale und/oder basierend auf den Laufzeitdifferenzen kann die Häufigkeit detektierter Ereignisse in Abhängigkeit des Ortes angegeben werden, an welchem die Strahlungsteilchen auf den Lichtwellenleiter aufgetroffen sind. Unter Berücksichtigung der Länge des Lichtwellenleiters kann diese Ortsinformation dann der Füllhöhe zugeordnet werden. Dies kann in vorteilhafter Weise erlauben, einen absoluten Füllstand zu ermitteln, ohne das Messgerät bezüglich z.B. einer Geometrie des Behälters zu kalibrieren.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Auswerteelektronik dazu eingerichtet, einen dem Minimalwert der Häufigkeit zugeordneten ersten Füllhöhenwert und einen dem Maximalwert der Häufigkeit zugeordneten zweiten Füllhöhenwert zu ermitteln, und den tatsächlichen Füllstand basierend auf dem ersten Füllhöhenwert und dem zweiten Füllhöhenwert zu ermitteln. Erwartungsgemäß liegt der tatsächliche Füllstand zwischen dem ersten und zweiten Füllhöhenwert, so dass dieser auf zuverlässige Weise und mit hoher Genauigkeit bestimmt werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Auswerteelektronik dazu eingerichtet, basierend auf einem Maximalwert und einem Minimalwert der Häufigkeit der detektierten Ereignisse und/oder basierend auf einem Wertebereich zwischen einem ersten und einem zweiten Füllhöhenwert einen Gradienten der Häufigkeitsverteilung zu ermitteln, und wobei die Auswerteelektronik weiter dazu eingerichtet ist, basierend auf dem Gradienten den tatsächlichen Füllstand zu ermitteln. Der Gradient kann eine Steigung und/oder Änderung der Häufigkeit detektierter Ereignisse in Abhängigkeit der Füllhöhe bezeichnen. Beispielsweise kann die Auswerteelektronik dazu eingerichtet sein, anhand der Häufigkeitsverteilung eine größte Änderung der Häufigkeit detektierter Ereignisse in Abhängigkeit der Füllhöhe zu bestimmen. Über den Gradienten und/oder die größte Änderung kann der Bereich des Lichtwellenleiters ermittelt werden, welcher sich an oder in der Nähe der Füllgutoberfläche befindet, so dass basierend auf dem Gradienten und/oder der größten Änderung der tatsächliche Füllstand zuverlässig ermittelt werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Auswerteelektronik dazu eingerichtet, einen ersten Wertbereich der Füllhöhe zu ermitteln, in welchem die Häufigkeit detektierter Ereignisse den Minimalwert annimmt, und einen zweiten Wertbereich der Füllhöhe zu ermitteln, in welchem die Häufigkeit detektierter Ereignisse den Maximalwert einnimmt. So können die Bereiche des Lichtwellenleiters, welche oberhalb und unterhalb der Füllgutoberfläche angeordnet sind, identifiziert werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gibt die Häufigkeitsverteilung die Häufigkeit detektierter Ereignisse in Abhängigkeit einer Mehrzahl von Füllhöhenintervallen an. Die Häufigkeitsverteilung kann etwa als Histogramm vorliegen. Dabei ist die Auswerteelektronik dazu eingerichtet, dasjenige Füllhöhenintervall zu ermitteln, welches einen größten Wert der Füllhöhe innerhalb des ersten Wertebereichs enthält, und dasjenige Füllhöhenintervall zu ermitteln, welches einen kleinsten Wert der Füllhöhe innerhalb des zweiten Wertebereichs enthält. Der kleinste Wert kann etwa eine Untergrenze eines Füllhöhenintervalls sein und der größte Wert kann eine Obergrenze eines Füllhöhenintervalls sein. Die Auswerteelektronik kann dann den tatsächlichen Füllstand basierend auf dem größten Wert der Füllhöhe innerhalb des ersten Wertebereichs und basierend auf dem kleinsten Wert der Füllhöhe innerhalb des zweiten Wertebereichs ermitteln. Beispielsweise kann die Auswerteelektronik den tatsächlichen Füllstand durch Bildung eines Mittelwertes des größten Wertes und des kleinsten Wertes ermitteln. Der Mittelwert kann ein arithmetischer oder ein geometrischer Mittelwert sein. Dadurch kann zuverlässig auch in störbehafteter Umgebung, beispielsweise bei Dampfüberlagerungen, zuverlässig und schnell der Füllstand ermittelt werden. Eine Breite der Füllhöhenintervalle kann zudem je nach Strahlungsintensität, Behältervolumen und/oder Behältergeometrie angepasst werden, was wiederum eine zur Füllstandbestimmung nötige Messzeit beeinflussen kann.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Auswerteelektronik dazu eingerichtet, eine einhüllende Kurve der Häufigkeitsverteilung zu ermitteln und/oder die Häufigkeiten detektierter Ereignisse in den, insbesondere benachbarten, Füllhöhenintervallen zu interpolieren. Dadurch kann eine bessere Auflösung erreicht und statistische Schwankungen in der Häufigkeitsverteilung können geglättet werden.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft die Verwendung eines radiometrischen Messgerätes, so wie voranstehend und nachfolgend beschrieben, zur Bestimmung eines tatsächlichen Füllstandes in einer störbehafteten Umgebung. Eine störbehaftete Umgebung kann etwa eine Umgebung mit externer Hintergrundstrahlung bzw. Fremdstrahlung und/oder das Vorhandensein von Dampfüberlagerungen bezeichnen.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine radiometrische Messanordnung, welche ein radiometrisches Messgerät, so wie voranstehend und nachfolgend beschrieben, einen zumindest teilweise mit einem Medium gefüllten Behälter und eine Strahlungsquelle aufweist. Die Strahlungsquelle kann allgemein eine Quelle ionisierender Strahlung, wie etwa ein Gamma-Strahler, ein Alphastrahler, ein Betastrahler oder eine Protonenquelle sein. Die Strahlungsquelle und das radiometrische Messgerät sind derart an dem Behälter angeordnet, dass von der Strahlungsquelle emittierte ionisierende Strahlung einen Innenraum des Behälters zumindest teilweise durchstrahlt und nach Durchstrahlen des Innenraumes von dem radiometrischen Messgerät zur Bestimmung eines tatsächlichen Füllstandes des Mediums detektiert wird.
Merkmale und Elemente des radiometrischen Messgeräts, so wie voranstehend und nachfolgend beschrieben, können Merkmale und Elemente der radiometrischen Messanordnung sein und umgekehrt.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines Füllstandes eines Mediums in einem Behälter, insbesondere mit einem radiometrischen Messgerät, wie voranstehend und nachfolgend beschrieben. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:

- zumindest teilweises Umwandeln, mit wenigstens einem szintillierenden Lichtwellenleiter, einer das Medium durchstrahlenden ionisierenden ersten Strahlung in eine zweite elektromagnetische Strahlung;
- zumindest teilweises Umwandeln, mit einem ersten Photodetektor, der zweiten elektromagnetischen Strahlung in ein erstes elektrisches Signal,
- zumindest teilweises Umwandeln, mit einem zweiten Photodetektor, der zweiten elektromagnetischen Strahlung in ein zweites elektrisches Signal,
- Ermitteln, mit einer Auswerteelektronik, einer Häufigkeitsverteilung, welche eine Häufigkeit von detektierten Ereignissen in Abhängigkeit einer Füllhöhe des Mediums in dem Behälter angibt;
- Ermitteln, mit der Auswerteelektronik, eines Maximalwerts der Häufigkeit detektierter Ereignisse und eines Minimalwerts der Häufigkeit detektierter Ereignisse basierend auf der Häufigkeitsverteilung; und
- Ermitteln, mit der Auswerteelektronik, eines tatsächlichen Füllstand des Mediums in dem Behälter basierend auf dem Maximalwert und dem Minimalwert der Häufigkeit detektierter Ereignisse.

Merkmale und Elemente des radiometrischen Messgeräts und/oder der Messanordnung, so wie voranstehend und nachfolgend beschrieben, können Merkmale und Schritte des Verfahrens, so wie voranstehend und nachfolgend beschreiben sein, und umgekehrt.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben.
Figurenliste

1 zeigt eine radiometrische Messanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
2 und 3 zeigen jeweils eine mit einem erfindungsgemäßen radiometrischen Messgerät ermittelte Häufigkeitsverteilung.
4 zeigt ein Flussdiagramm zur Illustration von Schritten eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung eines Füllstandes.

Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu. In den Figuren können gleiche, gleichwirkende oder ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sein.
Detaillierte Beschreibung von Ausführungsbeispielen
1 zeigt eine radiometrische Messanordnung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die radiometrische Messanordnung 100 weist ein radiometrisches Messgerät 10, eine Strahlungsquelle 102 und einen Behälter 104 auf, welcher zumindest teilweise mit einem Medium 106, beispielsweise mit einer Flüssigkeit, einem Gas oder einem Feststoff, gefüllt ist. Das radiometrische Messgerät 10 ist dabei zur Bestimmung eines Füllstandes, eines Grenzstandes, eines Durchsatzes und/oder einer Dichte des Mediums 106 ausgebildet.
Die Strahlungsquelle 102 kann etwa eine radioaktive Quelle 102 bezeichnen, welche außenseitig an einer Behälterwand 105 des Behälters 104 angeordnet ist. Die Strahlungsquelle 102 kann beispielsweise ein Gamma-Strahler, ein Betastrahler, ein Alpha-Strahler oder eine Protonenquelle sein. Die von der Strahlungsquelle 102 erzeugte radioaktive bzw. ionisierende Strahlung 108 wird in Richtung der Behälterwand 105 und/oder des Behälters 104 emittiert. Je nach Füllstand oder Dichte des Mediums 106 wird die ionisierende Strahlung 108 beim Durchstrahlen des Behälters 104 mehr oder weniger stark gedämpft.
Auf einer der Strahlungsquelle 102 gegenüberliegenden Seite des Behälters 104 ist wenigstens ein, insbesondere eine Mehrzahl von szintillierender Lichtwellenleitern 12 des radiometrischen Messgerätes 10 angeordnet. Die Lichtwellenleiter 12 können in einem Bündel von Lichtwellenleitern 12 angeordnet sein. Die Lichtwellenleiter 12 können als biegsame und flexible Fasern ausgebildet sein und zumindest teilweise in Berührkontakt mit der Behälterwand 105 stehen. Nach Durchtritt durch den Behälter 104 aus dem Behälter 104 austretende ionisierende erste Strahlung 110 trifft auf die Lichtwellenleiter 12, wobei die erste ionisierende Strahlung 110 zumindest teilweise in eine zweite elektromagnetische Strahlung 11, beispielsweise in sichtbares Licht, umgewandelt wird. Gleichsam können die Lichtwellenleiter 12 einen Umwandler bezeichnen, mit Hilfe dessen die ionisierende erste Strahlung 110 zumindest teilweise in die zweite elektromagnetische Strahlung 11 gewandelt wird. In den Lichtwellenleitern 12 wird die zweite elektromagnetische Strahlung 11 dann durch Totalreflexion weitergeleitet. Ein erster Bereich 12a der Lichtwellenleiter 12, welcher unterhalb einer Füllgutoberfläche 107 angeordnet ist, ist dabei aufgrund der Absorption in dem Füllgut 106 nur wenig ionisierender erster Strahlung 110 ausgesetzt. Dagegen ist ein Bereich 12b der Lichtwellenleiter 12, welcher oberhalb der Füllgutoberfläche angeordnet ist, viel ionisierender Strahlung 110 ausgesetzt. Daher wird in den Bereichen 12a, 12b unterschiedlich viel zweite elektromagnetische Strahlung 11 generiert, was zur Bestimmung des tatsächlichen Füllstandes des Mediums 106 benutzt werden kann, wie im Folgenden näher erläutert.
Das radiometrische Messgerät 10 weist einen ersten Photodetektor 16a auf, welcher an einem ersten Ende 14a der Lichtwellenleiter 12 angeordnet und/oder optisch mit dem ersten Ende 14a gekoppelt ist. Ferner weist das radiometrische Messgerät 10 einen zweiten Photodetektor 16b auf, welcher an einem zweiten Ende 14b der Lichtwellenleiter 12 angeordnet und/oder mit dem zweiten Ende 14b optisch gekoppelt ist. Der erste Photodetektor 16a und der zweite Photodetektor 16b sind dazu eingerichtet die zweite elektromagnetische Strahlung 11 zumindest teilweise in ein erstes elektrisches Signal 18a und ein zweites elektrisches Signal 18b, beispielsweise Strompulse, umzuwandeln. Der erste und zweite Photodetektor 16a, 16b können dazu wenigstens einen Photomultiplier, ein Array von Avalanche-Photodioden und/oder einen Silizium-Photomultiplier aufweisen.
Weiter weist das radiometrische Messgerät 10 eine Auswerteelektronik 20 und/oder eine Auswerteschaltung 20 auf, welche insbesondere dazu eingerichtet ist, die ersten und zweiten elektrischen Signale 18a, 18b auszuwerten und den Füllstand, den Grenzstand, den Durchsatz und/oder die Dichte des Mediums 106 zu bestimmen und/oder zu ermitteln. Dazu kann die Auswerteschaltung 20 etwa einen Strom-Spannungs-Wandler 22, eine Summationseinrichtung 24 und/oder eine Summationsschaltung 24, einen Komparator 26 und/oder eine Komparatorschaltung 26 sowie einen Mikroprozessor 28 aufweisen. Die Auswerteelektronik 20 kann mit einer Detektorelektronik in einem Gehäuse montiert sein und/oder als eigenständiges Gerät in einem separaten Gehäuse untergebracht sein.
Ein auf die Lichtwellenleiter 12 auftreffendes Teilchen der ionisierenden ersten Strahlung 110, etwa ein Gammaquant, kann gleichzeitig hunderte bis tausende Photonen 11 in den Lichtwellenleitern 12 erzeugen, die zeitgleich emittiert werden und schlussendlich als ein Ereignis von der Auswerteelektronik 20 registriert werden. Diese Lichtblitze in den Lichtwellenleitern 12 können an dem ersten Ende 14a der Lichtwellenleiter 12 und an dem dem ersten Ende 14a gegenüberliegenden zweiten Ende 14b der Lichtwellenleiter 12 aus den Lichtwellenleitern 12 austreten. An den Enden 14a, 14b können die Lichtblitze 11 über den ersten und zweiten Photodetektor 16a, 16b in das erste und zweite elektrische Signal 18a, 18b, etwa in Strompulse, gewandelt werden, welche miteinander korrelieren. Der erste und zweite Photodetektor 16a, 16b können wiederum mit der Auswerteelektronik 20 verbunden sein, welche eine Häufigkeitsverteilung 30 basierend auf dem ersten und zweiten elektrischen Signal 18a, 18b ermittelt, wie in nachfolgenden Figuren im Detail beschrieben. Die Auswerteelektronik 20 kann dann ein mit dem Füllstand des Mediums 106 korrelierendes Messsignal ausgeben, beispielsweise über eine Schnittstelle der Auswerteelektronik 20.
2 zeigt eine mit einem erfindungsgemäßen radiometrischen Messgerät 10 ermittelte Häufigkeitsverteilung 30. Das radiometrische Messgerät 10 kann wie bei 1 beschrieben ausgestaltet sein. Die Häufigkeitsverteilung 30 gibt dabei die Häufigkeit H und/oder die Anzahl registrierter Ereignisse pro Zeiteinheit der mit dem Messgerät 10 detektierten Ereignissen in Abhängigkeit einer Füllhöhe H an.
Die Häufigkeitsverteilung kann wie nachfolgend beschrieben ermittelt werden. Die Auswerteelektronik 20 kann eine erste Amplitude des ersten elektrischen Signals 18a und eine zweite Amplitude des zweiten elektrischen Signals 18b ermitteln, und die Häufigkeitsverteilung 30 kann basierend auf einem Verhältnis der über eine gewisse Zeitdauer detektierten ersten Amplituden und der zweiten Amplituden durch die Auswerteelektronik 20 ermittelt werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Auswerteelektronik 20 eine erste Laufzeit der zweiten elektromagnetischen Strahlung 11 zu dem ersten Photodetektor 16a und eine zweite Laufzeit der zweiten elektromagnetischen Strahlung 11 zu dem zweiten Photodetektor 16b ermitteln, etwa basierend auf einem ersten Zeitpunkt, an welchem das erste Signal 18a ausgelöst wurde, und basierend auf einem zweiten Zeitpunkt, an welchem das zweite Signal 18b ausgelöst wurde. Anhand der ersten und zweiten Laufzeit kann die Auswerteelektronik 20 dann eine Laufzeitdifferenz der zweiten elektromagnetischen Strahlung 11 in den Lichtwellenleitern zu den jeweiligen Enden 14a, 14b bestimmen. Basierend auf der Laufzeitdifferenz kann dann die Häufigkeitsverteilung 30 ermittelt werden. Beide voranstehend beschriebenen Verfahren erlauben es, aufgrund unterschiedlicher Dämpfung und/oder aufgrund unterschiedlicher Laufzeiten der zweiten elektromagnetischen Strahlung in den Lichtwellenleitern 12 denjenigen Ort, an welchem ein Strahlungsteilchen 11 auf die Lichtwellenleiter 12 getroffen ist, zu bestimmen. Unter Berücksichtigung einer Länge der Lichtwellenleiter 12 kann dieser Ort wiederum der Füllhöhe F zugeordnet werden. So kann die Häufigkeitsverteilung 30, wie in 2 gezeigt, bestimmt werden, wobei die Füllhöhe F in Füllhöhenintervalle unterteilt ist, und die Häufigkeiten H für jedes Füllhöhenintervall bestimmt ist.
Um den tatsächlichen Füllstand 32 des Mediums 106 zu bestimmen, ermittelt die Auswerteelektronik 20 einen Minimalwert H_Min der Häufigkeit H der detektierten Ereignisse und einen Maximalwert H_Max der Häufigkeit H der detektierten Ereignisse. Beispielsweise kann die Auswerteelektronik 20 einen dem Minimalwert H_Min zugeordneten ersten Füllhöhenwert F₁ und einen dem Maximalwert H_Max zugeordneten zweiten Füllhöhenwert F₂ ermitteln. Der Tatsächliche Füllstand 32 liegt erwartungsgemäß zwischen dem ersten Füllhöhenwert F₁ und dem zweiten Füllhöhenwert F₂. Der tatsächliche Füllstand 32 kann beispielsweise als Mittelwert des ersten und zweiten Füllhöhenwertes F₁, F₂ bestimmt werden.
Alternativ oder zusätzlich kann ein Gradient und/oder eine Steigung der Häufigkeiten H bestimmt werden. Insbesondere kann die Auswerteelektronik 20 den Gradienten in dem Wertebereich zwischen dem ersten und zweiten Füllhöhenwert F₁, F₂ bestimmen. Der Gradient kann etwa basierend auf einer Differenz des ersten Füllhöhenwerts F₁ und des zweiten Füllhöhenwerts F₂ bestimmt werden. Da sich zwischen den Bereich 12a, 12b der Lichtwellenleiter 12 abrupt die Intensität von auf die Lichtwellenleiter 12 treffender ionisierender Strahlung 110 ändert, ist der Gradient zwischen dem ersten und zweiten Füllhöhenwert F₁, F₂ besonders ausgeprägt. Der tatsächliche Füllstand 32 kann daher etwa durch Ermittlung derjenigen Füllhöhe F ermittelt werden, an welcher eine größte Änderung der Häufigkeit H zu verzeichnen ist.
Alternativ oder zusätzlich kann die Auswerteelektronik 20 einen ersten Wertebereich 34, in welchem der Minimalwert H_Min liegt, und einen zweiten Wertebereich 36, in welchem der Maximalwert H_Max liegt, bestimmen. Die Auswerteelektronik 20 kann dasjenige Füllhöhenintervall, welches einen größten Wert der Füllhöhe F innerhalb des ersten Wertebereichs 34 enthält, und dasjenige Füllhöhenintervall, welches einen kleinsten Wert der Füllhöhe F innerhalb des zweiten Wertebereichs 36 enthält, bestimmen. Der größte Wert kann etwa die Obergrenze des letzten Füllhöhenintervalls im ersten Wertebereich 34 und der kleinste Wert kann die Untergrenze des ersten Füllhöhenwertes im zweiten Wertebereich 36 sein. Der größte Wert kann etwa der Füllhöhenwert F₁ und der kleineste Wert kann der Füllhöhenwert F₂ sein, so dass basierend auf dem größten und kleinsten Wert, wie voranstehend beschrieben, der tatsächliche Füllstand 32 bestimmt werden kann.
Alternativ oder zusätzlich kann die Auswerteelektronik 20 auch eine einhüllende Kurve 38 der Häufigkeitsverteilung 30 ermitteln. Dies kann eine Bestimmung des Füllstandes 32 erleichtern. Auch können derart statistische Schwankungen der Häufigkeit H geglättet werden. Beispielsweise können die Häufigkeiten benachbarter Füllhöhenintervalle interpoliert werden.
Ferner ist anzumerken, dass die Werte H_Min, H_Max, absolute Extremwerte der Häufigkeitsverteilung 30 bezeichnen können. Alternativ oder zusätzlich können diese Werte jeweils Extremwerte oder Mittelwerte in den Wertebereichen 34, 36 bezeichnen. Zur vereinfachten Auswertung können die Häufigkeiten H in dem ersten und zweiten Wertebereich 34, 36 auch als konstant angenommen werden.
Im Folgenden sind Merkmale und Funktionen des erfindungsgemäßen radiometrischen Messgeräts 10 zusammengefasst. Das radiometrische Messgerät 10 bestimmt den Ort der Lichtwellenleiter 12, an welchem die zweite elektromagnetische Strahlung 11 erzeugt wurde und kann dadurch ein Entfernungsprofil in Form der Häufigkeitsverteilung 30 und/oder in Form der einhüllenden Kurve 38 ermitteln. Aus diesem Profil kann nun direkt der absolute Füllstand 32 bestimmt werden. Ein Live-Abgleich, etwa eine Kalibrierung, des Messgeräts 10 ist daher nicht notwendig. Weiterhin kann das Messgerät 10 selbständig eine Linearisierungskurve erstellen. Aus dem Entfernungsprofil ist direkt erkennbar, ob über dem Medium 106 eine Dampfüberlagerung vorliegt. Diese muss nicht mehr aufwändig kompensiert werden. Auch das Vorliegen von Fremdstrahlung kann erkannt und ausgeblendet werden. Das Messgerät 10 kann auch bei Vorliegen von Fremdstrahlung messen. Das radiometrische Messgerät 10 kann ein zuverlässiges Messergebnis liefern, unbeeinflusst von Störgrößen. Ein Abgleich und/oder eine Kalibrierung ist nicht mehr notwendig.
In einem Ausführungsbeispiel wandeln der erste und zweite Photodetektor 16a, 16b die zweite elektromagnetische Strahlung 11 in ein erstes und zweites elektrisches Signal 18a, 18b um und messen deren Amplituden. Da der Lichtwellenleiter 12 eine Dämpfung über der Länge aufweist, wird die zweite elektromagnetische Strahlung 11 stärker gedämpft, je weiter entfernt von den Photodetektoren 16a, 16b sie auftritt bzw. erzeugt wird. Die Auswerteelektronik 20 vergleicht die von beiden Photodetektoren 16a, 16b gemessenen Amplituden, und bestimmt, an welchem Ort etwa ein Gamma-Quant auf den Lichtwellenleiter 12 getroffen ist. Die Auswerteelektronik 20 kann ein externes Gerät sein oder in einem der beiden Photodetektoren 16a, 16b integriert sein. In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird der Zeitpunkt ermittelt, zu dem die zweite elektromagnetische Strahlung an den beiden Photodetektoren 16, 16b auftrifft. Durch eine Laufzeitmessung kann die Position, an welchem das Gamma-Quant auf den Lichtwellenleiter 12 getroffen ist, ermittelt werden. In beiden Fällen ermittelt die Auswerteelektronik 20 die Häufigkeitsverteilung 30, die die Häufigkeit H der von den Lichtwellenleitern 12 detektierten Ereignisse in Abhängigkeit von der Füllhöhe F angibt. Unterhalb der Füllgutoberfläche 107 werden selten Pulse detektiert, hier ist die Häufigkeit H gering, oberhalb der Füllgutoberfläche 107 werden öfter Pulse detektiert und die Häufigkeit H ist hier größer. Somit kann der Füllstand 32 aus der Häufigkeitsverteilung 30 bestimmt werden. Der Füllstand 32 befindet sich dort, wo sich die Häufigkeit H stark ändert. Die so gewonnene Information wird zur Bestimmung des tatsächlichen Füllstandes 32 verwendet. Die absolute Häufigkeit detektierter Ereignisse und/oder eine absolute Pulsrate ist in diesem Fall irrelevant. Da das Messgerät 10 den Füllstand 32 direkt bestimmen kann, ist ein Abgleich und/oder eine Kalibrierung nicht notwendig. Bei den bisherigen radiometrischen Messgeräten musste die Pulsrate bei unterschiedlichen Füllständen aufwändig ermittelt und in eine Linearisierungskurve eingetragen werden. Dieser Aufwand entfällt bei dem erfindungsgemäßen radiometrischen Messgerät 10.
3 zeigt eine mit einem erfindungsgemäßen radiometrischen Messgerät 10 ermittelte Häufigkeitsverteilung 30. Das radiometrische Messgerät 10 kann wie bei 1 beschrieben ausgestaltet sein. Für die Häufigkeitsverteilung 30 der 3 gilt das bei 2 Beschriebene in analoger Weise.
Im Vergleich zur Häufigkeitsverteilung 30 der 2 sind die Häufigkeiten H der Häufigkeitsverteilung 30 der 3 höher. Dies kann etwa in störbehafteter Umgebung der Fall sein, wie z.B. bei Hintergrundstrahlung oder Fremdstrahlung in der Nähe des radiometrischen Messgeräts 10. Mit dem erfindungsgemäßen radiometrischen Messgerät 10 kann auch bei Auftreten von externer Strahlung der Füllstand 32 zuverlässig ermittelt werden. Externe Strahlung kann z.B. bei einer Schweißnahtprüfung und/oder bei strahlendem Füllgut 106 auftreten. In diesem Falle verschiebt sich die Kurve der Häufigkeitsverteilung 30 nach oben. Nach wie vor ist unverändert an der Position des Füllstandes 32 eine Änderung der Häufigkeit H zu erkennen, so dass der Füllstand 32, wie bei 2 beschrieben, ermittelt werden kann.
Auch bei Auftreten von Dampfüberlagerung kann das erfindungsgemäße radiometrische Messgerät zuverlässig den Füllstand 32 ermitteln. Dampf über dem Füllgut 106 verringert die Häufigkeit H von detektierten Ereignissen oberhalb der Füllgutoberfläche 107, so dass die Häufigkeiten H im zweiten Wertebereich 36 reduziert sind. Der Füllstand 32 kann dennoch über eine Änderung der Häufigkeit H in Abhängigkeit der Füllhöhe F bestimmt werden, wie bei 2 beschrieben.
Zusammenfassend wird die Häufigkeitsverteilung 30 ermittelt, indem man die Gesamtfüllhöhe in Füllhöhenintervalle unterteilt und die gemessenen Ereignisse entsprechend ihrer Position in eines der Intervalle einteilt. Je feiner man die Intervalle wählt, desto geringer wird die Anzahl der Ereignisse, die in ein Intervall fällt. Um die benötigte Messgenauigkeit zu erhalten, können die Ereignisse über eine längere Zeitdauer aufsummiert werden. Bei geringer Dosisleistung bzw. Strahlungsintensität der Strahlungsquelle 102 kann es daher vorteilhaft sein, eine große Intervallbreite zu wählen, um in akzeptabler Zeit eine Füllstandinformation zu erhalten. Durch die große Intervallbreite kann sich jedoch die Messgenauigkeit reduzieren. Es kann daher vorteilhaft sein, das in herkömmlichen radiometrischen Messgeräten verwendete Verfahren der Pulsratenzählung mit dem bezüglich des erfindungsgemäßen radiometrischen Messgeräts 10 beschriebenen Verfahren der Bestimmung des Füllstandes 32 zu kombinieren. Beispielsweise kann vorgesehen sein, basierend auf der Pulsratenzählung ein Messwert für den Füllstand 32 ermittelt werden und dieser Messwert kann wie bei 2 beschrieben mit dem erfindungsgemäßen radiometrischen Messgerät 10 auf Plausibilität überprüft werden. Verschiebt sich die Häufigkeitsverteilung 30 etwa durch externe Strahlung und/oder Dampfüberlagerung oder weichen beide Messwerte voneinander ab, so kann vorgesehen sein, nur den Füllstandwert 32, der wie bei 2 beschrieben ermittelt ist, zu verwenden und/oder auszugeben. Ein Vergleich beider Messergebnisse kann somit die Sicherheit der Messung erhöhen.
4 zeigt ein Flussdiagramm zur Illustration von Schritten eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung eines Füllstandes 32 eine Mediums 106 in einem Behälter 104. Das Verfahren wird dabei mit dem erfindungsgemäßen radiometrischen Messgerät 10, wie voranstehend beschrieben, durchgeführt. In einem ersten Schritt S1 wird mit wenigstens einem szintillierenden Lichtwellenleiter 12 eine das Medium 106 durchstrahlende ionisierende erste Strahlung 110 zumindest teilweise in eine zweite elektromagnetische Strahlung 11 umgewandelt. In einem zweiten Schritt S2 wird mit einem ersten Photodetektor 16a die zweite elektromagnetischen Strahlung 11 zumindest teilweise in ein erstes elektrisches Signal 18a umgewandelt. In einem dritten Schritt S3 wird mit einem zweiten Photodetektor 16b die zweite elektromagnetischen Strahlung 11 zumindest teilweise in ein zweites elektrisches Signal 18b umgewandelt. In einem weiteren Schritt S4 wird mit der Auswerteelektronik 20 die Häufigkeitsverteilung 30 ermittelt, welche die Häufigkeit H von detektierten Ereignissen in Abhängigkeit der Füllhöhe F des Mediums 106 in dem Behälter 104 angibt. In einem weiteren Schritt S5 wird mit der Auswerteelektronik 20 ein Maximalwert H_Max der Häufigkeit H detektierter Ereignisse und ein Minimalwert H_Min der Häufigkeit H detektierter Ereignisse basierend auf der Häufigkeitsverteilung 30 ermittelt. In einem weiteren Schritt S6 wird mit der Auswerteelektronik 20 der tatsächliche Füllstand 32 des Mediums 106 in dem Behälter 104 basierend auf dem Maximalwert H_Max und dem Minimalwert H_Min der Häufigkeit H detektierter Ereignisse ermittelt.
Ergänzend sei darauf hingewiesen, dass „umfassend“ und „aufweisend“ keine anderen Elemente ausschließt und die unbestimmten Artikel „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließen. Ferner sei daraufhingewiesen, dass Merkmale und Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen und Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkungen anzusehen.

Claims

Radiometrisches Messgerät (10) zur Bestimmung eines Füllstandes (32) eines Mediums (106) in einem Behälter (104), das Messgerät (10) aufweisend: wenigstens einen szintillierenden Lichtwellenleiter (12), welcher dazu ausgestaltet ist, eine das Medium (106) durchstrahlende ionisierende erste Strahlung (110) zumindest teilweise in eine zweite elektromagnetische Strahlung (11) umzuwandeln; einen ersten Photodetektor (16a) zum zumindest teilweisen Umwandeln der zweiten elektromagnetischen Strahlung (11) in ein erstes elektrisches Signal (18a), wobei der erste Photodetektor (16a) an ein erstes Ende (14a) des Lichtwellenleiters (12) optisch gekoppelt ist, einen zweiten Photodetektor (16b) zum zumindest teilweisen Umwandeln der zweiten elektromagnetischen Strahlung (11) in ein zweites elektrisches Signal (18b), wobei der zweite Photodetektor (16b) an ein zweites Ende (14b) des Lichtwellenleiters (12) optisch gekoppelt ist, eine Auswerteelektronik (20), welche dazu eingerichtet ist, basierend auf den ersten elektrischen Signalen (18a) und den zweiten elektrischen Signalen (18b) eine Häufigkeitsverteilung (30) zu ermitteln, welche eine Häufigkeit (H) von mit dem Messgerät (10) detektierten Ereignissen in Abhängigkeit einer Füllhöhe (F) des Mediums (106) in dem Behälter (104) angibt; wobei die Auswerteelektronik (20) dazu eingerichtet ist, basierend auf der Häufigkeitsverteilung (30) einen Maximalwert (H_Max) der Häufigkeit (H) detektierter Ereignisse und einen Minimalwert (H_Min) der Häufigkeit (H) detektierter Ereignisse zu ermitteln; und wobei die Auswerteelektronik (20) dazu eingerichtet ist, basierend auf der Häufigkeitsverteilung (30) und/oder basierend auf der Häufigkeit (H) detektierter Ereignisse einen tatsächlichen Füllstand (32) des Mediums in dem Behälter zu ermitteln.
Radiometrisches Messgerät (10) nach Anspruch 1, wobei die Auswerteelektronik (20) dazu eingerichtet ist, eine erste Amplitude des ersten elektrischen Signals (18a) und eine zweite Amplitude des zweiten elektrischen Signals (18b) zu ermitteln; und wobei die Auswertelektronik (20) dazu eingerichtet ist, die Häufigkeitsverteilung (30) basierend auf einem Verhältnis der ersten Amplituden und der zweiten Amplituden zu ermitteln.
Radiometrisches Messgerät (10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Auswerteelektronik (20) dazu eingerichtet ist, eine erste Laufzeit der zweiten elektromagnetischen Strahlung (11) zu dem ersten Photodetektor (16a) und eine zweite Laufzeit der zweiten elektromagnetischen Strahlung (11) zu dem zweiten Photodetektor (16b) ermitteln; und wobei die Auswerteelektronik (20) dazu eingerichtet ist, die Häufigkeitsverteilung (30) basierend auf Laufzeitdifferenzen der ersten Laufzeit und der zweiten Laufzeit zu ermitteln.
Radiometrisches MessgerätlOv nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Auswerteelektronik (20) dazu eingerichtet ist, die Häufigkeitsverteilung (30) unter Berücksichtigung einer Länge des Lichtwellenleiters (12) zu ermitteln.
Radiometrisches Messgerät (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Auswerteelektronik (20) dazu eingerichtet ist, einen einem Minimalwert (H_Min) der Häufigkeit zugeordneten ersten Füllhöhenwert (F₁) und einen einem Maximalwert (H_Max) der Häufigkeit zugeordneten zweiten Füllhöhenwert (F₂) zu ermitteln; und wobei die Auswerteelektronik (20) dazu eingerichtet ist, den tatsächlichen Füllstand (32) basierend auf dem ersten Füllhöhenwert (F₁) und dem zweiten Füllhöhenwert (F₂) zu ermitteln.
Radiometrisches Messgerät (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Auswerteelektronik (20) dazu eingerichtet ist, basierend auf einem Maximalwert (H_Max) und einem Minimalwert(H_Min) der Häufigkeit und/oder basierend auf einem Wertebereich zwischen einem ersten Füllhöhenwert (F₁) und einem zweiten Füllhöhenwert (F₂) einen Gradienten der Häufigkeitsverteilung (30) zu ermitteln; und wobei die Auswerteelektronik (20) dazu eingerichtet ist, basierend auf dem Gradienten den tatsächlichen Füllstand (32) zu ermitteln.
Radiometrisches Messgerät (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Auswerteelektronik (20) dazu eingerichtet ist, anhand der Häufigkeitsverteilung (32) eine größte Änderung der Häufigkeit (H) detektierter Ereignisse in Abhängigkeit der Füllhöhe (F) zu ermitteln und basierend auf der ermittelten größten Änderung den tatsächlichen Füllstand (32) zu ermitteln.
Radiometrisches Messgerät (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Auswerteelektronik (20) dazu eingerichtet ist, einen ersten Wertbereich (34) der Füllhöhe (F) zu ermitteln, in welchem die Häufigkeit (H) detektierter Ereignisse den Minimalwert (H_Min) annimmt; und wobei die Auswerteelektronik (20) dazu eingerichtet ist, einen zweiten Wertbereich (36) der Füllhöhe (F) zu ermitteln, in welchem die Häufigkeit (H) detektierter Ereignisse den Maximalwert (H_Max) einnimmt.
Radiometrisches Messgerät (10) nach Anspruch 8, wobei die Häufigkeitsverteilung (30) die Häufigkeit detektierter Ereignisse in Abhängigkeit einer Mehrzahl von Füllhöhenintervallen angibt; wobei die Auswerteelektronik (20) dazu eingerichtet ist, dasjenige Füllhöhenintervall zu ermitteln, welches einen größten Wert der Füllhöhe (F) innerhalb des ersten Wertebereichs (34) enthält; und wobei die Auswerteelektronik (20) dazu eingerichtet ist, dasjenige Füllhöhenintervall zu ermitteln, welches einen kleinsten Wert der Füllhöhe (F) innerhalb des zweiten Wertebereichs (36) enthält.
Radiometrisches Messgerät (10) nach Anspruch 9, wobei die Auswerteelektronik (20) dazu eingerichtet ist, den tatsächlichen Füllstand (32) basierend auf dem größten Wert der Füllhöhe innerhalb des ersten Wertebereichs (34) und basierend auf dem kleinsten Wert der Füllhöhe innerhalb des zweiten Wertebereichs (36) zu ermitteln.
Radiometrisches Messgerät (10) nach einem der Ansprüche 9 oder 10, wobei die Auswerteelektronik (20) dazu eingerichtet ist, den tatsächlichen Füllstand (32) durch Bildung eines Mittelwertes des größten Wertes der Füllhöhe innerhalb des ersten Wertebereichs (34) und des kleinsten Wertes der Füllhöhe innerhalb des zweiten Wertebereichs (36) zu ermitteln.
Radiometrisches Messgerät (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Häufigkeitsverteilung (30) die Häufigkeit detektierter Ereignisse in Abhängigkeit einer Mehrzahl von Füllhöhenintervallen angibt; wobei die Auswerteelektronik (20) dazu eingerichtet ist, eine einhüllende Kurve (38) der Häufigkeitsverteilung (30) zu ermitteln; und/oder wobei die Auswerteelektronik (20) dazu eingerichtet ist, die Häufigkeiten detektierter Ereignisse in den Füllhöhenintervallen zu interpolieren.
Verwendung eines radiometrischen Messgerätes (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche zur Bestimmung eines tatsächlichen Füllstandes in einer störbehafteten Umgebung.
Radiometrische Messanordnung (100), aufweisend: ein radiometrisches Messgerät (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 12; einen zumindest teilweise mit einem Medium (106) gefüllten Behälter (104); und eine Strahlungsquelle (102); wobei die Strahlungsquelle (102) und das radiometrische Messgerät (10) derart an dem Behälter (104) angeordnet sind, dass von der Strahlungsquelle (102) emittierte ionisierende Strahlung (108) einen Innenraum des Behälters (104) zumindest teilweise durchstrahlt und nach Durchstrahlen des Innenraumes von dem radiometrischen Messgerät (10) zur Bestimmung eines tatsächlichen Füllstandes (106) detektiert wird.
Verfahren zur Bestimmung eines Füllstandes (32) eines Mediums (106) in einem Behälter (104), das Verfahren aufweisend: zumindest teilweises Umwandeln, mit wenigstens einem szintillierenden Lichtwellenleiter (12), einer das Medium (106) durchstrahlenden ionisierenden ersten Strahlung (110) in eine zweite elektromagnetische Strahlung (11); zumindest teilweises Umwandeln, mit einem ersten Photodetektor (16a), der zweiten elektromagnetischen Strahlung (11) in ein erstes elektrisches Signal (18a), zumindest teilweises Umwandeln, mit einem zweiten Photodetektor (16b), der zweiten elektromagnetischen Strahlung (11) in ein zweites elektrisches Signal (18b), Ermitteln, mit einer Auswerteelektronik (20), einer Häufigkeitsverteilung (30), welche eine Häufigkeit (H) von detektierten Ereignissen in Abhängigkeit einer Füllhöhe (F) des Mediums (106) in dem Behälter (104) angibt; Ermitteln, mit der Auswerteelektronik (20), eines Maximalwerts (H_Max) der Häufigkeit detektierter Ereignisse und eines Minimalwerts (H_Min) der Häufigkeit detektierter Ereignisse basierend auf der Häufigkeitsverteilung (30); und Ermitteln, mit der Auswerteelektronik (20), eines tatsächlichen Füllstandes (32) des Mediums (106) in dem Behälter (104) basierend auf dem Maximalwert (H_Max) und dem Minimalwert (H_Min) der Häufigkeit detektierter Ereignisse.