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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Erfassungseinheit zur Detektion radioaktiver Strahlung für ein System zur radiometrischen Füllstandmessung. Ein weiterer Anspruch ist auf ein Verfahren zur Kompensation einer Anbackung bei einer radiometrischen Füllstandmessung mittels der vorstehend genannten Erfassungseinheit gerichtet.
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Hintergrund der Erfindung
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Es sind Erfassungseinheiten zur Detektion radioaktiver Strahlung für ein System zur radiometrischen für Standmessung bekannt, wobei diese Erfassungseinheiten einen Szintillator insbesondere mit flexiblen Szintillationsfasern umfassen können, welche typischerweise in einem Faserbündel gebündelt sind. Die Länge des Szintillators bzw. dessen Faserbündels kann eine Länge von bis zu 7 m aufweisen. Diese Länge ist unter anderem dadurch begrenzt, dass die Szintillationsfasern das erzeugte Licht über ihre Länge dämpfen und üblicherweise lediglich bis zu den genannten 7 m eine ausreichend hohe Empfindlichkeit aufweisen, um noch Lichtblitze mit ausreichend hoher Intensität aus dem Ende der Szintillationsfasern auskoppeln zu können.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung kann daher darin bestehen, eine Erfassungseinheit zur Detektion radioaktiver Strahlung für ein System zur radiometrischen Füllstandmessung bereitzustellen, wobei der Szintillator auch bei Längen über 7m hinaus noch eine ausreichende Empfindlichkeit aufweist.
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Die Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der folgenden Beschreibung sowie der Figuren.
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Ein Kern der Erfindung liegt darin, mithilfe von wenigstens einem Lichtleiter eine Messlänge des Szintillators über den Wert von insbesondere 7m hinaus zu verlängern, ohne dabei an Empfindlichkeit zu verlieren. Insbesondere wird gemäß der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, anstatt eines einzigen Faserbündels, welches aus den oben genannten Gründen typischerweise auf eine Messlänge von 7 m begrenzt ist, mehrere Szintillator-Elemente, insbesondere Faserbündel vorzusehen, welche in einer Längsrichtung des Szintillators aneinandergereiht sind, welche jeweils einzeln eine Messlänge (d.h. insbesondere eine sich in einer Längsrichtung des Szintillators erstreckende Strecke, auf welcher das Szintillator-Element, insbesondere das Faserbündel, zur Detektion transmittierter Strahlung eingesetzt werden kann) aufweisen können, die deutlich unter den maximal möglichen 7 m liegt, z.B. 2 m, und welche aneinandergereiht zusammen eine Messlänge ergeben können, die leicht über beispielsweise 7 m hinausgeht. Anstatt der Faserbündel können beispielsweise auch PVT-Stäbe oder NAJ-Kristalle eingesetzt werden. Im Folgenden wird die Erfindung - ohne darauf beschränkt zu sein - überwiegend im Zusammenhang mit Faserbündeln beschrieben, wobei entsprechende Ausführungen sinngemäß jedoch auch insbesondere für PVT-Stäbe oder NAJ-Kristalle gelten.
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Mit anderen Worten wird eine Reihe von Szintillator-Elementen, insbesondere Faserbündeln vorgeschlagen, wobei die Reihe insgesamt länger als 7 m sein kann, und wobei beispielsweise die einzelnen Faserbündel jeweils kürzer als 7 m sein können. Dabei kann ein erstes dieser Faserbündel unmittelbar mit einem Photodetektor verbunden sein, wie dies aus dem Stand der Technik bekannt ist. Weitere der Faserbündel, die sich in der Längsrichtung des Szintillators weiter weg von dem Photodetektor befinden, können durch einen Lichtleiter mit dem Photodetektor verbunden sein. Der Lichtleiter überbrückt somit eine Distanz zwischen dem weiteren Faserbündel und dem Photodetektor. Alternativ ist es auch möglich, dass das erste Faserbündel mit einem Photodetektor verbunden ist, und dass der oder die Lichtleiter jeweils mit einem anderen Photodetektor verbunden sind, wie dies weiter unten im Zusammenhang mit einer vorteilhaften Ausführungsform näher beschrieben wird.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Erfassungseinheit zur Detektion radioaktiver Strahlung für ein System zur radiometrischen Füllstandsmessung bereitgestellt. Die Erfassungseinheit umfasst einen Szintillator zur Erzeugung strahlungsinduzierter Lichtsignale, insbesondere Lichtblitze, wenigstens einen Photodetektor zur Erzeugung elektrischer Signale auf Basis der Lichtsignale und eine Messelektronik zur Verarbeitung der elektrischen Signale.
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Die Erfassungseinheit gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung kann insbesondere mit einer Strahlungsquelle zur Aussendung radioaktiver Strahlung kombiniert werden, um eine radiometrische Füllstandmessung durchzuführen. Gemessen kann dabei insbesondere die Höhe eines Füllguts innerhalb eines Behälters. Dazu kann die Strahlungsquelle auf einer ersten Seite einer Außenwand des Behälters angeordnet sein, wohingegen die Erfassungseinheit auf einer zweiten Seite der Außenwand des Behälters angeordnet ist, wobei die zweite Seite der ersten Seite gegenüberliegt. Insbesondere kann die Erfassungseinheit vertikal angeordnet sein, sodass sich auch die Längsachse des Szintillators in vertikaler Richtung erstreckt. Dabei kann der Photodetektor oben angeordnet sein, sodass sich der Szintillator in vertikaler Richtung unterhalb des Photodetektors erstreckt.
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Innerhalb des Behälters kann sich das Füllgut befinden, dessen Höhe zu messen ist. Die Strahlungsquelle umfasst typischerweise einen Gammastrahler und kann ein radioaktives Signal, insbesondere eine Gammastrahlung, in Richtung des Behälters und in Richtung der Erfassungseinheit abstrahlen. Die Erfassungseinheit kann zumindest einen Anteil der durch die Strahlungsquelle abgestrahlten Strahlung detektieren und auswerten. Von der Strahlungsquelle ausgehend kann die abgestrahlte radioaktive Strahlung durch die Außenwand des Behälters, durch die das Füllgut innerhalb des Behälters umgebende Luft sowie durch das Füllgut transmittiert werden. Abhängig insbesondere von einer Dichte des Füllguts sowie dem Füllstand des Füllguts innerhalb des Behälters wird üblicherweise lediglich ein Anteil der abgestrahlten radioaktiven Strahlung transmittiert. Der transmittierte Anteil der abgestrahlten Strahlung kann auf den Szintillator der Erfassungseinheit auftreffen, wobei der Szintillator die empfangene Strahlung in Lichtsignale, insbesondere in Lichtblitze, umwandeln kann.
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Der wenigstens eine Photodetektor, z.B. ein Photomultiplier oder eine Fotodiode, kann an den Szintillator angeschlossen sein, wobei der Photodetektor die im Szintillator produzierten Lichtsignale in elektrische Pulse umwandeln kann. Die Messelektronik kann mit dem wenigstens einen Photodetektor kommunikativ verbunden und weiterhin dazu eingerichtet sein, die elektrischen Pulse auszuwerten (Ermittlung der Pulsrate), die ein Maß für die am Szintillator detektiert radioaktive Strahlung sind. Basierend auf der ermittelten Pulsrate kann die Erfassungseinheit, insbesondere mittels der Messelektronik, die Höhe des Füllgut innerhalb des Behälters ermitteln.
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Der Szintillator kann gemäß einer Ausführungsform insbesondere ein erstes Szintillator-Element, z.B. ein erstes Faserbündel, ein zweites Szintillator-Element, z.B. ein zweites Faserbündel, und einen Lichtleiter umfassen, wobei sich das erste Szintillator-Element und das zweite Szintillator-Element in einer Längsrichtung des Szintillators erstrecken. Insbesondere können ein erstes Faserbündel und ein zweites Faserbündel in der Längsrichtung des Szintillators verlaufen. Die Faserbündel können dabei beispielsweise eine zumindest im Wesentlichen gerade Form oder eine gebogene Form aufweisen. Das erste Szintillator-Element kann sich in der Längsrichtung des Szintillators an den wenigstens einen Photodetektor anschließen und an den Photodetektor gekoppelt sein, wobei der Lichtleiter an das zweite Szintillator-Element, insbesondere an das zweite Faserbündel, und an den wenigstens einen Photodetektor gekoppelt sein kann.
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Dabei muss sich das erste Szintillator-Element nicht unmittelbar an den wenigstens einen Photodetektor anschließen, sondern es kann sich auch noch wenigstens ein Element, z.B. ein Lichtleiter, zwischen dem ersten Szintillator-Element und dem wenigstens einen Photodetektor befinden. Alternativ oder zusätzlich kann der Lichtleiter auch an das erste Szintillator-Element gekoppelt sein. Weiterhin können insbesondere ein erster Lichtleiter und ein zweiter Lichtleiter vorgesehen sein, wobei der erste Lichtleiter das erste Szintillator-Element an den Photodetektor koppelt, und wobei der zweite Lichtleiter das zweite Szintillator-Element an das erste Szintillator-Element koppelt. Der Leichtleiter kann in der Längsrichtung des Szintillators neben dem ersten Szintillator-Element verlaufen, und das zweite Szintillator-Element kann sich in der Längsrichtung des Szintillators an das erste Szintillator-Element anschließen. Das Merkmal „neben dem ersten Szintillator-Element verlaufen“ schließt dabei insbesondere auch die Variante mit ein, wonach das erste Szintillator-Element den Lichtleiter bereichsweise umgibt, insbesondere koaxial umgibt. Somit kann der Lichtleiter auch insbesondere durch das erste Szintillator-Element geführt sein.
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Diese Ausführungsform ermöglicht insbesondere, dass der Szintillator auch bei Längen über 7m hinaus noch eine ausreichende Empfindlichkeit aufweist.
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Beispielsweise kann das erste Faserbündel eine Länge von 4 m oder mehr aufweisen, und das zweite Faserbündel kann ebenfalls eine Länge von beispielsweise 4 m oder mehr aufweisen. Somit kann sich beispielsweise eine Gesamtlänge des Szintillators von 8 m ergeben. Dadurch, dass die einzelnen Faserbündel jedoch deutlich kürzer sind als 7 m, weist der Szintillator gleichzeitig eine besonders hohe Empfindlichkeit auf.
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Gemäß einer Ausführungsform können insgesamt drei Szintillator-Elemente, insbesondere Faserbündel, oder mehr Szintillator-Elemente, insbesondere Faserbündel, vorgesehen sein. In diesem Zusammenhang kann der Szintillator ferner wenigstens einen weiteren Lichtleiter und wenigstens ein in der Längsrichtung des Szintillators verlaufendes weiteres Szintillator-Element aufweisen. Dabei kann der weitere Lichtleiter an das weitere Szintillator-Element und an den wenigstens einen Photodetektor gekoppelt sein, wobei der weitere Leichtleiter in der Längsrichtung des Szintillators neben dem ersten Szintillator-Element und neben dem zweiten Szintillator-Element verläuft, und wobei sich das weitere Szintillator-Element in der Längsrichtung des Szintillators an das zweite Faserbündel anschließt. Das Merkmal „neben dem ersten Szintillator-Element und neben dem zweiten Szintillator-Element verlaufen“ schließt dabei insbesondere auch die Variante mit ein, wonach das erste Szintillator-Element und das zweite Szintillator-Element den weiteren Lichtleiter bereichsweise umgeben, insbesondere koaxial umgeben. Somit kann der weitere Lichtleiter auch insbesondere durch das erste Szintillator-Element und durch das zweite Szintillator-Element geführt sein.
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Im Prinzip können beliebig viele weitere Szintillator-Elemente, insbesondere Faserbündel, und weitere Lichtleiter vorgesehen werden, um dadurch beispielsweise eine Reihe von Faserbündeln zu schaffen, wobei die Länge der Reihe einer beabsichtigten Länge des Szintillators entsprechen kann. Mit anderen Worten kann mithilfe von Lichtleitern die Messlänge vergrößert werden, indem man mehrere Szintillator-Elemente, insbesondere Faserbündel von z.B. 2 m jeweils mit einem Lichtleiter verbindet. Diese Lichtleiter können zu einem Photodetektor geführt werden, welcher beispielsweise ein Photomultiplier oder eine Fotodiode sein kann. Dieser Photodetektor kann dann die ankommenden Lichtpulse messen. Je nach Durchmesser des Lichtleiters und des Fotodetektors können beliebig viele Faserbündel an den Photodetektor angekoppelt werden.
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Wie bereits weiter oben erwähnt, können das erste Szintillator-Element, der mit dem weiteren Szintillator-Element verbundene Lichtleiter und die einzelnen weiteren Lichtleiter jeweils an einen separaten Photodetektor oder an einen einzigen gemeinsamen Photodetektor angeschlossen sein. So ist gemäß einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, dass das erste Faserbündel und jeder der Lichtleiter an einen separaten Photodetektor gekoppelt ist. Diese Ausführungsform ermöglicht insbesondere, festzustellen, in welchem Längenbereich die Pulse erzeugt werden. Bei Füllstandanwendungen reduziert sich die Dosisleistung und damit die Pulsrate zuerst bei den Faserbündeln, die am tiefsten montiert sind. Somit ist durch einen Vergleich der Pulsraten eine einfache Diagnose möglich, bei welcher erkannt wird, ob ein Faserbündel oder der zugehörige Photodetektor defekt ist. Diese Ausführungsform ermöglicht weiterhin, dass Anbackungen innerhalb eines Behälters, innerhalb welchem ein Füllstand eines Füllguts ermittelt werden soll, automatisch von der Erfassungseinheit kompensiert werden können. Wie dies konkret mittels der Erfassungseinheit erfolgen kann, ist weiter unten im Zusammenhang mit einem entsprechenden Verfahren zur Kompensation einer Anbackung bei einer radiometrischen Füllstandmessung gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung beschrieben.
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Alternativ können das erste Szintillator-Element, insbesondere das erste Faserbündel, und jeder der Lichtleiter an einen einzigen gemeinsamen Photodetektor gekoppelt sein. Diese Ausführungsform zeichnet sich insbesondere durch ihren einfachen und kostengünstigen Aufbau aus, welcher lediglich einen Photodetektor vorsieht.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Erfassungseinheit ferner wenigstens einen konischen Lichtkegel umfassen, welcher einerseits mit dem wenigstens einen Lichtleiter und andererseits mit einem der Faserbündel, z.B. mit dem zweiten Faserbündel, verbunden ist, wobei der konische Lichtkegel dazu eingerichtet ist, Licht aus dem jeweiligen Faserbündel in den betreffenden Lichtleiter zu leiten, wobei das Faserbündel dicker ist als der Lichtleiter. Mit anderen Worten kann zur Ankopplung eines Faserbündels an einen Lichtleiter jeweils ein konischer Lichtkegel verwendet werden, der das Licht besonders vorteilhaft vom dickeren Faserbündel auf den dünneren Lichtleiter leitet.
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Der jeweilige Lichtleiter kann weiterhin jeweils an ein gesamtes Faserbündel gekoppelt sein, z.B. an das gesamte zweite Faserbündel. Alternativ kann der jeweilige Lichtleiter aber auch an einzelne Fasern eines betreffenden Faserbündels gekoppelt sein, z.B. an einzelne Fasern des zweiten Faserbündels.
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Der Lichtleiter kann ferner eine szintillierende Faser umfassen. Somit kann anstatt eines reinen Lichtleiters auch eine szintillierende Faser im Sinne eines szintillierenden Lichtleiters verwendet werden.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein System zur radiometrischen Füllstandmessung bereitgestellt. Das System umfasst eine Erfassungseinheit gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung und eine Strahlungsquelle zur Aussendung radioaktiver Strahlung, wie vorstehend bereits im Zusammenhang mit dem ersten Aspekt der Erfindung beschrieben. Bezüglich der Vorteile und vorteilhaften Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Systems wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehenden Ausführungen im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Erfassungseinheit sowie die folgende Beschreibung verwiesen.
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Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Kompensation einer Anbackung bei einer radiometrischen Füllstandmessung bereitgestellt. Gemäß dem Verfahren wird eine Strahlungsquelle zur Aussendung radioaktiver Strahlung auf einer ersten Seite einer Außenwand eines Behälters angeordnet, und eine Erfassungseinheit gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung wird auf einer der Strahlungsquelle gegenüberliegenden zweiten Seite der Außenwand des Behälters angeordnet. Insbesondere kann die Erfassungseinheit vertikal angeordnet sein, sodass sich auch die Längsachse des Szintillators in vertikaler Richtung erstreckt. Dabei kann der Photodetektor oben angeordnet sein, sodass sich die Szintillator-Elemente, insbesondere die Faserbündel, des Szintillators in vertikaler Richtung unterhalb des Photodetektor erstrecken.
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Es erfolgt ein Abstrahlen eines radioaktiven Signals mittels der Strahlungsquelle in Richtung des Behälters und der Erfassungseinheit, und ein Ermitteln sowie ein Speichern einer ersten Referenz-Pulsrate des ersten Szintillator-Elements, insbesondere des ersten Faserbündels, und einer zweiten Referenz-Pulsrate des zweiten Szintillator-Elements, insbesondere des zweiten Faserbündels, wobei der Behälter zunächst ungefüllt ist und keine Anbackung aufweist. Sofern die Erfassungseinheit weitere Szintillator-Elemente, insbesondere Faserbündel, umfasst, werden auch für diese weiteren Szintillator-Elemente entsprechende Referenz-Pulsraten ermittelt und gespeichert.
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Anschließend erfolgt ein Ermitteln einer ersten Mess-Pulsrate des ersten Szintillator-Elements und einer zweiten Mess-Pulsrate des zweiten Szintillator-Elements. Sofern die Erfassungseinheit weitere Szintillator-Elemente umfasst, werden auch für diese weiteren Szintillator-Elemente entsprechende Mess-Pulsraten ermittelt. Während der Ermittlung der Mess-Pulsraten kann der Behälter bereits zumindest teilweise mit Füllgut befüllt sein und eine oder mehrere Anbackungen aufweisen.
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In einem nächsten Schritt wird ermittelt bzw. erkannt, welche der Szintillator-Elemente sich noch oberhalb des Füllstands befinden. Beispielsweise kann dabei ermittelt werden, dass sich bereits Füllgut innerhalb eines Bereichs des Strahlengangs zwischen der Strahlungsquelle und dem am weitesten angeordneten Szintillator-Element befindet, wohingegen sich innerhalb des Strahlengangs zwischen der Strahlungsquelle und den weiter oben angeordneten Szintillator-Elementen kein Füllgut befindet. In diesem Falle kann das am weitesten unten angeordnete Szintillator-Element noch eine nennenswerte Pulsrate liefern, welche einen festzulegenden Wert überschreitet. Diese nennenswerte Pulsrate des am weitesten unten angeordneten Szintillator-Elements kann mittels der Erfassungseinheit ermittelt werden, wobei die Erfassungseinheit in diesem Falle davon ausgehen kann bzw. den Schluss ziehen kann, dass die weiter oben angeordneten Szintillator-Element sich noch oberhalb des Füllstands befinden und somit unbedeckt sind.
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Die Erfassungseinheit, insbesondere deren Messelektronik, kann nunmehr die Mess-Pulsraten der sich noch oberhalb des Füllstands befindlichen Szintillator-Elemente mit den entsprechenden Referenz-Pulsraten vergleichen. Sofern eine Differenz zwischen den Mess-Pulsraten und den Referenz-Pulsraten besteht, deutet dies auf eine Anbackung hin, welche sich in einem Strahlengang zwischen der Strahlungsquelle und dem entsprechenden Szintillator-Element an der Innenwand des Behälters befindet. Mit anderen Worten kann die genannte Differenz durch die Anbackung verursacht worden sein. Die Differenz kann jedoch kompensiert werden, indem insbesondere die ermittelten Mess-Pulsraten auf die Referenzpulsraten angehoben werden. Auf diese Weise kann eine Anbackung innerhalb des Behälters durch die Erfassungseinheit automatisch kompensiert werden.
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In diesem Sinne kann insbesondere vorgesehen sein, dass die gespeicherte erste Referenz-Pulsrate dann mit der ermittelten ersten Mess-Pulsrate verglichen wird, und ein Angleichen erfolgt, insbesondere ein Anheben der ersten Mess-Pulsrate auf die erste Referenz-Pulsrate, sofern der Vergleich ergibt, dass die erste Mess-Pulsrate von der ersten Referenz-Pulsrate abweicht, und sofern die ermittelte zweite Mess-Pulsrate einen festgelegten Wert überschreitet. Sofern die Erfassungseinheit weitere Faserbündel umfasst, werden auch für diese weiteren Faserbündel entsprechende Vergleiche und Kompensationen durchgeführt.
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Gemäß einer Ausführungsform ist vorteilhaft vorgesehen, dass das Angleichen, insbesondere das Anheben der ersten Mess-Pulsrate auf die erste Referenz-Pulsrate erfolgt, indem die erste Mess-Pulsrate mit einem Faktor multipliziert wird. Mit anderen Worten kann die Kompensation von Anbackungen innerhalb des Behälters durch Faktoren geschehen, mit denen die Pulsraten jedes Szintillator-Elements so verändert werden, dass sich wieder die ursprünglichen Referenz-Pulsraten ergeben. Die Pulsrate des am weitesten unten angeordneten Szintillator-Elements kann dabei mit einem geschätzten Faktor verrechnet werden.
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Figurenliste
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Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert, wobei gleiche oder ähnliche Elemente in den einzelnen Figuren mit dem gleichen Bezugszeichen versehen sind. Hierbei zeigt:
- 1 eine Längsschnittdarstellung einer bekannten Erfassungseinheit zur Detektion radioaktiver Strahlung für ein System zur radiometrischen Füllstandmessung,
- 2 eine Längsschnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Erfassungseinheit zur Detektion radioaktiver Strahlung für ein System zur radiometrischen Füllstandmessung,
- 3 eine Längsschnittdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Erfassungseinheit zur Detektion radioaktiver Strahlung für ein System zur radiometrischen Füllstandmessung und
- 4 eine Längsschnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Systems zur radiometrischen Füllstandmessung mit einer Strahlungsquelle, der Erfassungseinheit nach 3 und mit einem Behälter mit Füllgut und Anbackungen.
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Detaillierte Beschreibung von Ausführungsbeispielen
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1 zeigt eine bekannte Erfassungseinheit 1 zur Detektion radioaktiver Strahlung für ein System zur radiometrischen Füllstandmessung. Die Erfassungseinheit 1 umfasst einen Szintillator in Form eines einzigen Faserbündels 2 zur Erzeugung strahlungsinduzierter Lichtsignale, insbesondere Lichtblitze, einen Photodetektor 3 zur Erzeugung elektrischer Signale auf Basis der Lichtsignale und eine Messelektronik 4 zur Verarbeitung der elektrischen Signale. Der Szintillator 2 kann flexible Szintillationsfasern umfassen und ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel umgeben von einem Schutzschlauch 5. Die Szintillationsfasern können eine Messlänge von bis zu 7 m aufweisen. Diese Messlänge ist unter anderem dadurch begrenzt, dass die Fasern das erzeugte Licht über ihre Länge dämpfen und üblicherweise lediglich bis zu den genannten 7 m eine ausreichend hohe Empfindlichkeit aufweisen, um noch Lichtblitze mit ausreichend hoher Intensität aus dem Ende der Szintillationsfasern zur Messung einer Pulsrate auskoppeln zu können.
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2 zeigt eine erste erfindungsgemäße Erfassungseinheit 1 zur Detektion radioaktiver Strahlung 6 für ein System 7 zur radiometrischen Füllstandmessung (vgl. 4). Die Erfassungseinheit 1 umfasst einen Szintillator 2 mit einem ersten Faserbündel 2.1 und mit einem zweiten Faserbündel 2.2 zur Erzeugung strahlungsinduzierter Lichtsignale, insbesondere Lichtblitze, wobei das erste Faserbündel 2.1 und das zweite Faserbündel 2.2 in einer in 1 bis 4 vertikal verlaufenden Längsrichtung L des Szintillators bzw. parallel dazu verlaufen. Das erste Faserbündel 2.1 schließt sich in der Längsrichtung L des Szintillators 2 an einen Photodetektor 3 an und ist an den Photodetektor 3 gekoppelt. Der Photodetektor 3, z.B. ein Photomultiplier oder eine Fotodiode, ist zur Erzeugung elektrischer Signale auf Basis der Lichtsignale eingerichtet. Weiterhin umfasst die Erfassungseinheit 1 eine Messelektronik 4 zur Verarbeitung der elektrischen Signale. Der Szintillator 2 kann flexible Szintillationsfasern umfassen und ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel umgeben von einem Schutzschlauch 5.
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Der Szintillator 2 umfasst weiterhin einen Lichtleiter 8. Der Lichtleiter 8 ist an seinem einen Ende über einen konischen Lichtkegel 9 an das im Vergleich zum Lichtleiter 8 dickere zweite Faserbündel 2.2 gekoppelt. An seinem anderen Ende ist der Lichtleiter 8 an den Photodetektor 3 gekoppelt. Der Leichtleiter 8 verläuft weiterhin ausgehend von dem Photodetektor 3 in der Längsrichtung L des Szintillators 2 neben dem ersten Faserbündel 2.1. Das zweite Faserbündel 2.2 schließt sich in der Längsrichtung L des Szintillators 2 an das erste Faserbündel 2.1 an. In dem durch 2 gezeigten Ausführungsbeispiel sind dabei das erste Faserbündel 2.1 und das zweite Faserbündel 2.2 in einer horizontalen Richtung x des Szintillators 2 versetzt zueinander angeordnet, sodass der Lichtleiter 8 über seine gesamte Länge gerade verlaufen kann.
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Sowohl das erste Faserbündel 2.1 als auch das zweite Faserbündel 2.2 können jeweils eine Messlänge von beispielsweise bis zu 7 m parallel zur Längsachse L des Szintillators aufweisen. Somit kann die Messlänge des gesamten Szintillators 2 ohne Empfindlichkeitsverlust beispielsweise deutlich mehr als 7 m betragen.
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3 zeigt eine alternative zweite erfindungsgemäße Erfassungseinheit 1 zur Detektion radioaktiver Strahlung 6 für das System 7 zur radiometrischen Füllstandmessung nach 4. Die Erfassungseinheit 1 umfasst einen Szintillator 2 mit einem ersten Faserbündel 2.1, mit einem zweiten Faserbündel 2.2 und mit einem dritten Faserbündel 2.3 zur Erzeugung strahlungsinduzierter Lichtsignale, insbesondere Lichtblitze, wobei die drei Faserbündel 2.1 bis 2.3 in der in 1 bis 4 vertikal verlaufenden Längsrichtung L des Szintillators bzw. parallel dazu verlaufen.
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Das erste Faserbündel 2.1 schließt sich in der Längsrichtung L des Szintillators 2 an einen ersten Photodetektor 3.1 an und ist an den ersten Photodetektor 3.1 gekoppelt. Der erste Photodetektor 3.1 genauso wie zwei weitere Photodetektoren 3.2 und 3.3, z.B. ein Photomultiplier oder eine Fotodiode, ist zur Erzeugung elektrischer Signale auf Basis der Lichtsignale eingerichtet. Weiterhin umfasst die Erfassungseinheit 1 eine Messelektronik 4 zur Verarbeitung der elektrischen Signale. Der Szintillator 2 kann flexible Szintillationsfasern umfassen und ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel umgeben von einem Schutzschlauch 5.
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Der Szintillator 2 umfasst weiterhin einen ersten Lichtleiter 8.1 und einen zweiten Lichtleiter 8.2. Der erste Lichtleiter 8.1 ist an seinem einen Ende über einen konischen ersten Lichtkegel 9.1 an das im Vergleich zum ersten Lichtleiter 8.1 dickere zweite Faserbündel 2.2 gekoppelt. An seinem anderen Ende ist der erste Lichtleiter 8.1 an einen zweiten Photodetektor 3.2 gekoppelt. Der erste Leichtleiter 8.1 verläuft weiterhin ausgehend von dem zweiten Photodetektor 3.2 in der Längsrichtung L des Szintillators 2 neben dem ersten Faserbündel 2.1. Das zweite Faserbündel 2.2 schließt sich in der Längsrichtung L des Szintillators 2 an das erste Faserbündel 2.1 an. In dem durch 3 gezeigten Ausführungsbeispiel sind das erste Faserbündel 2.1 und das zweite Faserbündel 2.2 in der horizontalen Richtung x des Szintillators 2 ohne Versatz zueinander angeordnet, wozu der erste Lichtleiter 8.1 auf der Höhe eines unteren Endbereichs des ersten Faserbündels 2.1 entsprechend gebogen ausgeführt ist.
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Der zweite Lichtleiter 8.2 ist auf ähnliche Weise an seinem einen Ende über einen konischen zweiten Lichtkegel 9.2 an das im Vergleich zum zweiten Lichtleiter 8.2 dickere dritte Faserbündel zweiten 3 gekoppelt. An seinem anderen Ende ist der zweite Lichtleiter 8.2 an einen dritten Photodetektor 3.3 gekoppelt. Der zweite Leichtleiter 8.2 verläuft weiterhin ausgehend von dem dritten Photodetektor 3.3 in der Längsrichtung L des Szintillators 2 neben dem ersten Faserbündel 2.1 und neben dem zweiten Faserbündel 2.2. Das dritte Faserbündel 2.3 schließt sich in der Längsrichtung L des Szintillators 2 an das zweite Faserbündel 2.2 an. In dem durch 3 gezeigten Ausführungsbeispiel sind auch das zweite Faserbündel 2.2 und das dritte Faserbündel 2.3 in der horizontalen Richtung x des Szintillators 2 ohne Versatz zueinander angeordnet, wozu der zweite Lichtleiter 8.2 auf der Höhe eines unteren Endbereichs des zweiten Faserbündels 2.2 entsprechend gebogen ausgeführt ist.
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Sowohl das erste Faserbündel 2.1 als auch das zweite Faserbündel 2.2 und das dritte Faserbündel 2.3 können jeweils eine Messlänge von bis zu 7 m parallel zur Längsachse L des Szintillators aufweisen. Somit kann die Messlänge des gesamten Szintillators 2 ohne Empfindlichkeitsverlust deutlich über 7 m betragen.
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Bei den Erfassungseinheiten 1 gemäß 2 und 3 können die Lichtleiter 8, 8.1 und 8.2 jeweils an ein gesamtes Faserbündel 2.1, 2.2 bzw. 2.3 oder an einzelne Fasern davon gekoppelt sein. Weiterhin können die Lichtleiter 8, 8.1 und 8.2 gemäß 2 und 3 jeweils eine szintillierende Faser umfassen.
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4 zeigt ein System 7 zur radiometrischen Füllstandmessung mit der Erfassungseinheit 1 nach 3 und mit einer Strahlungsquelle 15 zur Aussendung radioaktiver Strahlung 6. Mit dem System 7 kann die Höhe h eines Füllguts 9 innerhalb eines Behälters 10 gemessen werden. Dazu kann die Strahlungsquelle 15 auf einer ersten Seite einer seitlichen Außenwand 11 des Behälters 10 neben dem Behälter 10 angeordnet sein, wohingegen die Erfassungseinheit 1 auf einer zweiten Seite der seitlichen Außenwand 11 des Behälters 10 neben dem Behälter 11 angeordnet sein kann, wobei die zweite Seite der ersten Seite gegenüberliegt. Insbesondere kann die Erfassungseinheit 1 vertikal angeordnet sein, sodass sich auch die Längsachse L des Szintillators in vertikaler Richtung erstreckt. Dabei können die Photodetektoren 3.1 bis 3.3 oben angeordnet sein, sodass sich der Szintillator 2 in vertikaler Richtung L unterhalb der Photodetektoren 3.1 bis 3.3 erstreckt.
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Innerhalb des Behälters 10 kann sich das Füllgut 9 befinden, dessen Höhe h zu messen ist. Die Strahlungsquelle 15 kann beispielsweise einen Gammastrahler umfassen und kann ein radioaktives Signal, insbesondere eine Gammastrahlung 6, in Richtung des Behälters 10 und in Richtung der Erfassungseinheit 1 abstrahlen. Die Erfassungseinheit 1 kann zumindest einen Anteil der durch die Strahlungsquelle 15 abgestrahlten Strahlung 6 detektieren und auswerten.
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Von der Strahlungsquelle 15 ausgehend kann die abgestrahlte radioaktive Strahlung 6 durch die Außenwand 11 des Behälters, durch die das Füllgut 9 innerhalb des Behälters 10 umgebende Luft 12 sowie durch das Füllgut 9 transmittiert werden. Abhängig insbesondere von einer Dichte des Füllguts 9 sowie dem Füllstand h des Füllguts 9 innerhalb des Behälters 10 wird üblicherweise lediglich ein Anteil der abgestrahlten radioaktiven Strahlung 6 transmittiert. Der transmittierte Anteil der abgestrahlten Strahlung 6 kann auf den Szintillator 2 der Erfassungseinheit 1 auftreffen, wobei der Szintillator 2 die empfangene Strahlung 6 in Lichtsignale, insbesondere in Lichtblitze, umwandeln kann.
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Wie bereits weiter oben erläutert, sind die Photodetektoren 3.1 bis 3.3 an den Szintillator 2 angeschlossen, wobei die Photodetektoren 3.1 bis 3.3 die im Szintillator 2 produzierten Lichtsignale in elektrische Pulse umwandeln können. Die Messelektronik 4 kann mit den Photodetektoren 3.1 bis 3.3 kommunikativ verbunden und weiterhin dazu eingerichtet sein, die elektrischen Pulse auszuwerten (Ermittlung von Pulsraten), die ein Maß für die am Szintillator 2 detektierte radioaktive Strahlung sind. Basierend auf den ermittelten Pulsrate kann die Erfassungseinheit 1, insbesondere mittels der Messelektronik 4, die Höhe h des Füllguts 9 innerhalb des Behälters 10 ermitteln.
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In dem durch 4 gezeigten Ausführungsbeispiel befinden sich Anbackungen 13 an der inneren Oberfläche 14 der Außenwand 11 des Behälters 10. Diese Anbackungen 13 können das Messergebnis beeinflussen und sind daher unerwünscht. Mittels der Erfassungseinheit 1 können die Beeinflussungen der ermittelten Pulsraten automatisch kompensiert werden.
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Dazu wird zunächst ein radioaktives Signal 6 mittels der Strahlungsquelle 15 in Richtung des Behälters 10 und der Erfassungseinheit 1 abgestrahlt, wobei der Behälter 10 - abweichend von der Darstellung nach 4 - zunächst ungefüllt ist und keine Anbackung 13 aufweist. Es folgen ein Ermitteln sowie ein Speichern einer ersten Referenz-Pulsrate des ersten Faserbündels 2.1, einer zweiten Referenz-Pulsrate des zweiten Faserbündels 2.2 sowie einer dritten Referenz-Pulsrate des dritten Faserbündels 2.3.
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Anschließend kann der Behälter 10 mit dem Füllgut 9 gefüllt werden und es kann ein Ermitteln einer ersten Mess-Pulsrate des ersten Faserbündels 2.1, einer zweiten Mess-Pulsrate des zweiten Faserbündels 2.2 sowie einer dritten Mess-Pulsrate des dritten Faserbündels 2.3 erfolgen.
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In einem nächsten Schritt kann ermittelt bzw. erkannt werden, welche der Faserbündel 2.1 bis 2.3 sich noch oberhalb des Füllstands h befinden. Beispielsweise kann dabei ermittelt werden, dass sich bereits Füllgut 9 innerhalb eines Bereichs des Strahlengangs zwischen der Strahlungsquelle 15 und dem dritten Faserbündel 2.3 befindet, wohingegen sich innerhalb des Strahlengangs zwischen der Strahlungsquelle 15 und den weiter oben angeordneten Faserbündeln 2.1 und 2.2 kein Füllgut 9 befindet. In diesem Falle kann das dritte Faserbündel 2.3 noch eine nennenswerte Pulsrate liefern, welche einen festzulegenden Wert überschreitet. Diese nennenswerte Pulsrate des dritten Faserbündels 2.3 kann mittels der Messelektronik 4 ermittelt werden, wobei die Messelektronik 4 in diesem Falle davon ausgehen kann bzw. den Schluss ziehen kann, dass die weiter oben angeordneten Faserbündel 2.1 und 2.2 sich noch oberhalb des Füllstands h befinden und somit unbedeckt sind.
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Die Messelektronik 4 kann nunmehr die Mess-Pulsraten der sich noch oberhalb des Füllstands befindlichen Faserbündel 2.1 und 2.2 mit den entsprechenden Referenz-Pulsraten vergleichen. Sofern eine Differenz zwischen den Mess-Pulsraten und den Referenz-Pulsraten besteht, deutet dies auf Anbackungen 13 hin, welche sich in einem Strahlengang zwischen der Strahlungsquelle 15 und den Faserbündeln 2.1 und 2.2 an der inneren Oberfläche 14 der Außenwand 11 des Behälters 10 befinden. Mit anderen Worten kann die genannte Differenz durch die Anbackungen 13 verursacht worden sein. Die Differenz kann jedoch kompensiert werden, indem insbesondere die ermittelten Mess-Pulsraten auf die Referenz-Pulsraten angehoben werden. Auf diese Weise können die Anbackungen 13 innerhalb des Behälters 10 durch die Erfassungseinheit 1 automatisch kompensiert werden. Insbesondere kann die automatische Kompensation von Anbackungen 13 innerhalb des Behälters 10 durch Faktoren geschehen, mit denen die Mess-Pulsraten der Faserbündel 2.1 und 2.2 so verändert werden, dass sich wieder die ursprünglichen Referenz-Pulsraten ergeben. Die Mess-Pulsrate des dritten Faserbündels 2.3 kann dabei mit einem geschätzten Faktor verrechnet werden.
