DE102019131006B3 - Method and arrangement for characterizing the positioning of an object - Google Patents

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    • G01B15/00Measuring arrangements characterised by the use of electromagnetic waves or particle radiation, e.g. by the use of microwaves, X-rays, gamma rays or electrons

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zum Charakterisieren der Positionierung eines Objekts innerhalb eines Aufenthaltsbereichs, wobei mittels eines Myonenteleskops darauf auftreffende Myonen als Myonenteleskop-Detektionsereignisse und deren Myonentrajektorien als Myonentrajektorien-Daten erfasst werden, wobei zudem mittels eines objektseitigen Myonendetektors darauf auftreffende Myonen als Myonendetektor-Detektionsereignisse erfasst werden, und wobei quasi-zeitgleiche Myonenteleskop-Detektionsereignisse und Myonendetektor-Detektionsereignisse ermittelt werden und basierend auf den zugehörigen Myonentrajektorien-Daten die Positionierung des Objekts charakterisiert wird.The invention relates to a method and an arrangement for characterizing the positioning of an object within a stay area, with muons hitting it as muon telescope detection events and their muon trajectories as muon trajectory data by means of a muon telescope, with muons hitting them as muon detectors by means of a muon detector on the object side Detection events are recorded, and quasi-simultaneous muon telescope detection events and muon detector detection events are determined and the positioning of the object is characterized based on the associated muon trajectory data.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zum Charakterisieren der Positionierung eines Objekts, z.B. zum Lokalisieren eines Objekts innerhalb eines abgeschlossenen Prozessvolumens.The invention relates to an arrangement and a method for characterizing the positioning of an object, e.g. to locate an object within a closed process volume.

In vielen Bereichen ist die Kenntnis der Positionierung von ortsveränderlichen Objekten innerhalb abgeschlossener Volumina relevant. So kann z.B. die Kenntnis der Position des Objekts, der räumlichen Orientierung des Objekts und/oder des zeitlichen Verlaufs derselben innerhalb eines vorgegebenen Zeitraums relevant sein. Für die Lokalisierung von Objekten in Prozessvolumina sind eine Vielzahl von Prinzipien bekannt.Knowledge of the positioning of movable objects within closed volumes is relevant in many areas. E.g. knowledge of the position of the object, the spatial orientation of the object and / or the temporal course of the same within a predetermined period of time may be relevant. A large number of principles are known for the localization of objects in process volumes.

So kann z.B. eine Positionsbestimmung mittels Laufzeitverfahren unter Verwendung von Wellenpulsen wie Schallpulsen oder Pulsen elektromagnetischer Wellen (z.B. im Radar-Frequenzbereich) erfolgen. Gemäß einer ersten laufzeitbasierten Methode können von Sendern, die an unterschiedlichen Positionen am Rand und/oder innerhalb des Prozessvolumens angeordnet sind, Schallpulse oder Pulse von elektromagnetischen Wellen in das Prozessvolumen abgegeben werden, wobei diese Wellenpulse bzw. Wellenpakete von einem in dem zu lokalisierenden Objekt integrierten Empfänger erfasst werden und aus den Laufzeitdifferenzen der einzelnen Signale die Position des Objekts ermittelt wird. Alternativ können anstatt des objektseitigen Empfängers mehrere Empfänger an unterschiedlichen Positionen am Rand oder innerhalb des Prozessvolumens angeordnet sein, mittels derer von dem Objekt reflektierte Pulse detektiert werden, wobei aus der Laufzeit der Pulse und der Ausbreitungsrichtung der Wellen auf die Position des Objekts geschlossen werden kann. Gemäß einer weiteren laufzeitbasierten Methode kann das zu lokalisierende Objekt mit einem Sender ausgestattet sein, von welchem Pulse von Schallwellen oder elektromagnetischen Wellen in unterschiedliche Richtungen (z.B. isotrop) abgegeben werden, wobei zudem an unterschiedlichen Positionen am Rand und/oder innerhalb des Prozessvolumens Empfänger zum Empfangen dieser Pulse angeordnet sind, sodass je nach Entfernung zwischen Sender und Empfänger die Pulse unterschiedliche Laufzeiten zu den einzelnen Empfängern aufweisen. Durch Auswertung der Pulslaufzeitdifferenzen kann die Position des Senders und somit auch die Position des Objektes ermittelt werden.E.g. the position can be determined by means of the transit time method using wave pulses such as sound pulses or pulses of electromagnetic waves (e.g. in the radar frequency range). According to a first transit time-based method, transmitters located at different positions on the edge and / or within the process volume can emit sound pulses or pulses of electromagnetic waves into the process volume, these wave pulses or wave packets from an object integrated in the object to be localized Receiver are detected and the position of the object is determined from the transit time differences of the individual signals. Alternatively, instead of the object-side receiver, several receivers can be arranged at different positions on the edge or within the process volume, by means of which pulses reflected from the object can be detected, whereby the position of the object can be inferred from the transit time of the pulses and the direction of propagation of the waves. According to a further transit time-based method, the object to be localized can be equipped with a transmitter, from which pulses of sound waves or electromagnetic waves are emitted in different directions (e.g. isotropic), with receivers for receiving at different positions on the edge and / or within the process volume These pulses are arranged so that, depending on the distance between transmitter and receiver, the pulses have different transit times to the individual receivers. By evaluating the pulse transit time differences, the position of the transmitter and thus also the position of the object can be determined.

Wenn sich das zu lokalisierende Objekt innerhalb eines Behälters und/oder innerhalb eines Mediums befindet, z.B. innerhalb eines flüssigkeits- oder feststoffbefüllten Prozessbehälters, ist eine solche laufzeitbasierte Positionsbestimmung jedoch nur möglich, wenn der Behälter und das Medium für die als Signalträger verwendeten Schallwellen oder elektromagnetischen Wellen ausreichend transparent ist. Zudem muss die Installation von Sendern und/oder Empfängern am Rand oder im Inneren des Prozessvolumens möglich sein. Des Weiteren können Unsicherheiten in der Signallaufzeit und/oder lokale Variationen der Signalausbreitungsgeschwindigkeit (z.B. bedingt durch Dichteunterschiede) zu Ungenauigkeiten bei der Positionsermittlung führen. Für laufzeitbasierte Methoden basierend auf der Detektion am Objekt reflektierter Pulse und vom Objekt aus gesendeter Signale muss zudem das zu lokalisierende Objekt hinlänglich gut von seiner Umgebung (z.B. von anderen Objekten oder Partikeln) unterscheidbar sein.If the object to be localized is located within a container and / or within a medium, e.g. However, within a liquid or solid-filled process container, such a transit time-based position determination is only possible if the container and the medium are sufficiently transparent for the sound waves or electromagnetic waves used as signal carriers. It must also be possible to install transmitters and / or receivers on the edge or inside the process volume. Furthermore, uncertainties in the signal propagation time and / or local variations in the signal propagation speed (e.g. due to density differences) can lead to inaccuracies in determining the position. For time-based methods based on the detection of pulses reflected on the object and signals sent from the object, the object to be localized must also be sufficiently distinguishable from its surroundings (e.g. from other objects or particles).

Andere Methoden zur Positionsbestimmung basieren auf projektiver Bildgebung und Triangulation. Wenn das zu lokalisierende Objekt mittels abbildender Verfahren (z.B. mit optischen Kameras oder Infrarot-Kameras) aus unterschiedlichen Perspektiven abgebildet werden kann, dann lässt sich dessen Position über ein Triangulierungsverfahren bestimmen. Dazu sind mindestens zwei Kameras erforderlich, die das zu lokalisierende Objekt unter unterschiedlichen Blickwinkeln registrieren. Wenn sich das zu lokalisierende Objekt innerhalb eines Behälters und/oder innerhalb eines Mediums befindet, ist diese Art der Positionsbestimmung ebenfalls nur möglich, wenn der Behälter bzw. das Medium für den Signalträger (z.B. sichtbares Licht oder Infrarotstrahlung) ausreichend transparent ist. Zudem muss die Installation von Kameras bzw. Bildaufnehmern am Rand oder im Inneren des Prozessraumes möglich sein.Other methods of determining position are based on projective imaging and triangulation. If the object to be localized can be imaged from different perspectives using imaging processes (e.g. with optical cameras or infrared cameras), then its position can be determined using a triangulation process. This requires at least two cameras that register the object to be localized from different angles. If the object to be localized is located within a container and / or within a medium, this type of position determination is also only possible if the container or the medium is sufficiently transparent for the signal carrier (e.g. visible light or infrared radiation). In addition, it must be possible to install cameras or image recorders on the edge or inside the process room.

Zudem existieren unterschiedliche tomographische Bildgebungsverfahren wie z.B. die Röntgentomographie, die Magnetresonanztomographie oder die elektrische Tomographie, die Schnitt- oder Volumenbilder aus einem Prozessvolumen durch projektive Messungen und Anwendung von Bildrekonstruktionsverfahren gewinnen können. Ist das zu lokalisierende Objekt in solchen Bildern identifizierbar, so ist eine direkte Bestimmung von dessen Position möglich. Wenn sich das zu lokalisierende Objekt innerhalb eines Behälters und/oder innerhalb eines Mediums befindet, ist diese Art der Positionsbestimmung ebenfalls nur möglich, wenn der Behälter bzw. das Medium für den Signalträger (z.B. Röntgenstrahlung) ausreichend transparent ist. Zudem muss eine Möglichkeit zur Installation des tomographischen Sensorsystems gegeben sein, wobei tomographische Verfahren oft sehr langsam und/oder nur für kleine Prozessräume anwendbar sind und selten die Fähigkeit zur dreidimensionalen Bildgebung aufweisen.There are also different tomographic imaging methods such as X-ray tomography, magnetic resonance tomography or electrical tomography, which can obtain sectional or volume images from a process volume through projective measurements and the application of image reconstruction methods. If the object to be localized can be identified in such images, its position can be determined directly. If the object to be localized is located inside a container and / or inside a medium, this type of position determination is also only possible if the container or the medium is sufficiently transparent for the signal carrier (e.g. X-rays). In addition, it must be possible to install the tomographic sensor system, with tomographic methods often being very slow and / or only applicable for small process spaces and rarely having the capability of three-dimensional imaging.

Herkömmliche Methoden zur Bestimmung der Position eines Objekts innerhalb eines Behälters und/oder Mediums erfordern somit, dass der Behälter und/oder das Medium für den verwendeten Signalträger ausreichend transparent sind, sodass die jeweils anwendbaren Methoden durch die Beschaffenheit des Behälters und des Mediums eingeschränkt sind. Zudem erfordern solche herkömmlichen Methoden die Möglichkeit zur Installation von Systemkomponenten wie z.B. Sendern, Empfängern oder Detektoren am Rand und/oder im Inneren des überwachten Volumens, wodurch jedoch oft das zu überwachende System beeinträchtigt wird.Conventional methods for determining the position of an object within a container and / or medium thus require that the container and / or the medium are sufficiently transparent for the signal carrier used so that the methods that can be used in each case are supported by the The nature of the container and the medium are restricted. In addition, such conventional methods require the possibility of installing system components such as transmitters, receivers or detectors on the edge and / or inside the monitored volume, which, however, often affects the system to be monitored.

Die US 2016 / 0 104 290 A1 beschreibt Verfahren und Vorrichtungen zur Analyse von Bildern eines Untersuchungsvolumens, welche mittels Detektion geladener Teilchen wie z.B. kosmischer Myonen generiert werden, zum Ermitteln der Positionierung und/oder Begrenzung von Objekten.The US 2016/0104 290 A1 describes methods and devices for analyzing images of an examination volume, which are generated by detecting charged particles such as cosmic muons, for determining the positioning and / or delimitation of objects.

Durch die Erfindung werden ein Verfahren und eine Anordnung bereitgestellt, mittels derer auf einfache Art und Weise bei geringem apparativen Aufwand für unterschiedliche Anwendungsszenarien die Positionierung eines Objekts innerhalb eines vorgegebenen Aufenthaltsbereichs (z.B. innerhalb eines Prozessbehälters) charakterisierbar ist.The invention provides a method and an arrangement by means of which the positioning of an object within a given location area (e.g. within a process container) can be characterized in a simple manner and with little expenditure on equipment for different application scenarios.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung werden ein Verfahren und eine Anordnung zum Charakterisieren, z.B. zum Eingrenzen oder Ermitteln, der Positionierung eines Objekts innerhalb eines vorgegebenen Aufenthaltsbereichs bereitgestellt, wobei im Folgenden das Verfahren auch als Messverfahren und die Anordnung auch als Messanordnung bezeichnet wird. Das Messverfahren und die Messanordnung können zum näheren Bestimmen oder genauen Ermitteln der Positionierung, d.h. der Position und/oder der räumlichen Orientierung, des Objekts verwendet werden. Die Positionierung des Objekts kennzeichnet somit die Position und/oder die räumliche Orientierung des Objekts (d.h. die Ausrichtung des Objekts im Raum). Mittels des Verfahrens und der Anordnung ist eine Lokalisierung des Objekts innerhalb eines vorgegebenen Aufenthaltsbereichs, z.B. innerhalb eines Prozessvolumens in einem (industriellen) Prozessapparat möglich, wobei der Prozessapparat z.B. ein Biofermenter, ein Faulturm, ein Silo, ein Hopper, ein Wirbelschichtreaktor oder eine Mischtrommel sein kann. Der Aufenthaltsbereich kennzeichnet den Bereich, innerhalb dessen das Objekt angeordnet ist, und innerhalb dessen die Positionierung des Objekts näher zu ermitteln ist.According to one aspect of the invention a method and an arrangement for characterizing, e.g. for delimiting or determining the positioning of an object within a predetermined location area, the method also being referred to below as a measuring method and the arrangement also being referred to as a measuring arrangement. The measuring method and the measuring arrangement can be used for more detailed determination or precise determination of the positioning, i.e. the position and / or the spatial orientation of the object can be used. The positioning of the object thus characterizes the position and / or the spatial orientation of the object (i.e. the orientation of the object in space). By means of the method and the arrangement, the object can be localized within a given location area, e.g. possible within a process volume in an (industrial) process apparatus, the process apparatus e.g. a biofermenter, a digestion tower, a silo, a hopper, a fluidized bed reactor or a mixing drum. The location area identifies the area within which the object is arranged and within which the positioning of the object can be determined in more detail.

Das Verfahren und die Anordnung können z.B. zum Charakterisieren der Positionierung eines Objekts innerhalb eines Behälters vorgesehen sein. Demgemäß ist der Aufenthaltsbereich durch das Innenvolumen bzw. den Innenraum des Behälters gegeben, wobei sich das Objekt in dem Behälter befindet und die innerhalb des Behälters vorliegende Positionierung des Objekts zu charakterisieren ist. Der Behälter kann z.B. ein rundum geschlossener Behälter sein. Der Behälter kann z.B. ein Metallbehälter sein, d.h. aus Metall bestehen.The method and arrangement may e.g. be provided for characterizing the positioning of an object within a container. Accordingly, the accommodation area is given by the interior volume or the interior of the container, the object being located in the container and the positioning of the object within the container being to be characterized. The container can e.g. be a completely closed container. The container can e.g. be a metal container, i.e. made of metal.

Alternativ oder zusätzlich dazu können das Verfahren und die Anordnung z.B. zum Charakterisieren der Positionierung eines Objekts innerhalb eines Mediums (z.B. innerhalb einer Flüssigkeit bzw. eines Flüssigvolumens) vorgesehen sein. Demgemäß ist der Aufenthaltsbereich durch ein Volumen eines Mediums gegeben, wobei sich das Objekt in dem Volumen des Mediums befindet und die innerhalb des mit dem Medium gefüllten Volumens vorliegende Positionierung des Objekts zu charakterisieren ist. Das Medium kann z.B. ein Feststoff sein, z.B. ein Schüttgut bzw. ein granuläres Material, d.h. ein aus festen Partikeln bestehendes Material. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass das Medium ein Fluid ist, z.B. eine Flüssigkeit.Alternatively or additionally, the method and arrangement may e.g. to characterize the positioning of an object within a medium (e.g. within a liquid or a liquid volume). Accordingly, the location area is given by a volume of a medium, the object being located in the volume of the medium and the positioning of the object within the volume filled with the medium being to be characterized. The medium can e.g. be a solid, e.g. a bulk or granular material, i.e. a material made up of solid particles. However, it can also be provided that the medium is a fluid, e.g. a liquid.

Das Medium wird auch als Material oder Füllmaterial bezeichnet.The medium is also known as material or filler material.

Das Verfahren und die Anordnung können insbesondere zum Charakterisieren der Positionierung eines Objekts innerhalb eines mit einem derartigen Medium befüllten oder gefüllten Behälters vorgesehen sein, z.B. zum Charakterisieren der Positionierung eines Objekts innerhalb eines flüssigkeits- oder feststoffbefüllten Behälters. Demgemäß befindet sich das Objekt innerhalb eines Mediums, wobei das Medium in einem Behälter aufgenommen ist und die Positionierung des Objekts innerhalb des in dem Behälter aufgenommenen Mediums zu charakterisieren ist. Das Verfahren und die Anordnung können insbesondere zum Charakterisieren der Positionierung eines Objekts innerhalb einer in einem Metallbehälter aufgenommenen Flüssigkeit vorgesehen sein.The method and the arrangement can in particular be provided for characterizing the positioning of an object within a container filled or filled with such a medium, e.g. to characterize the positioning of an object within a liquid or solid-filled container. Accordingly, the object is located within a medium, the medium being accommodated in a container and the positioning of the object within the medium accommodated in the container being to be characterized. The method and the arrangement can in particular be provided for characterizing the positioning of an object within a liquid contained in a metal container.

Es kann z.B. vorgesehen sein, dass das Objekt innerhalb des Aufenthaltsbereichs nicht ortsfest bzw. nicht fixiert ist und somit die Position des Objekts innerhalb des Aufenthaltsbereichs und/oder die räumliche Orientierung des Objekts variieren kann. Bei dem Objekt kann es sich z.B. um einen passiv im Medium treibenden instrumentierten Schwebekörper oder um ein Unterwasservehikel handeln. Das Verfahren und die Anordnung werden nachstehend gemeinsam erläutert, wobei mit Bezug auf das Verfahren beschriebene Merkmale analog für die Anordnung angewendet werden können und umgekehrt. Die Anordnung kann insbesondere zum Durchführen des Verfahrens ausgebildet sein.It can e.g. it can be provided that the object is not stationary or not fixed within the location area and thus the position of the object within the location area and / or the spatial orientation of the object can vary. The object can e.g. An instrumented float floating passively in the medium or an underwater vehicle. The method and the arrangement are explained jointly below, wherein features described with reference to the method can be used analogously for the arrangement and vice versa. The arrangement can in particular be designed to carry out the method.

Erfindungsgemäß wird außerhalb des Aufenthaltsbereichs ein Myonenteleskop angeordnet. Dementsprechend weist die Messanordnung ein außerhalb des Aufenthaltsbereichs angeordnetes Myonenteleskop auf, das derart ausgebildet und angeordnet ist, dass von ihm Myonen erfassbar sind, deren Trajektorien durch den Aufenthaltsbereich verlaufen.According to the invention, a muon telescope is arranged outside the residence area. Accordingly, the measuring arrangement has a muon telescope which is arranged outside the location area and is designed and arranged in such a way that it can detect muons whose trajectories run through the location area.

Myonen sind einfach geladene, massebehaftete Elementarteilchen, die auf künstlichem Wege z.B. mittels eines Teilchenbeschleunigers erzeugt werden können, aber auch auf natürlichem Wege durch kosmische Strahlung in der Erdatmosphäre erzeugt werden. Die auf natürlichem Wege durch Wechselwirkung kosmischer Strahlung in den oberen Atmosphärenschichten erzeugten Myonen sind hochenergetische Elementarteilchen, welche die Erdoberfläche mit hohen Energien zwischen ca. 1 GeV und 10 GeV sowie einem Fluss von etwa 1 pro cm2, rad und Minute erreichen, wobei sie eine anisotrope Richtungsverteilung aufweisen, deren Häufigkeitsmaximum im Zenit liegt und somit der Lotrichtung entspricht. Aufgrund ihrer hohen Energie weisen diese Myonen ein hohes Durchdringungsvermögen für Materie auf.Muons are simply charged, mass-laden elementary particles that are deposited on artificial Paths can be created eg by means of a particle accelerator, but can also be created naturally by cosmic radiation in the earth's atmosphere. The muons naturally generated by the interaction of cosmic rays in the upper layers of the atmosphere are high-energy elementary particles that reach the earth's surface with high energies between approx. 1 GeV and 10 GeV and a flow of approx. 1 per cm 2 , rad and minute, whereby they reach a have anisotropic directional distribution, the frequency of which is at the zenith and thus corresponds to the perpendicular direction. Due to their high energy, these muons have a high penetration capacity for matter.

Das Myonenteleskop ist eine Vorrichtung, mittels derer darauf auftreffende Myonen detektiert werden können, und mittels derer für ein darauf auftreffendes Myon zudem Daten erfassbar sind, welche die Trajektorie dieses Myons repräsentieren. Das Erfassen bzw. Detektieren eines Myons durch das Myonenteleskop wird auch als Myonenteleskop-Detektionsereignis bezeichnet. Die mittels eines Myonenteleskops erfassten Daten, welche die Trajektorie eines von dem Myonenteleskop erfassten Myons repräsentieren, werden auch als Myonentrajektorien-Daten bezeichnet. Das Myonenteleskop ist somit derart ausgebildet, dass von ihm darauf auftreffende Myonen als Myonenteleskop-Detektionsereignis erfasst werden und für jedes Myonenteleskop-Detektionsereignis Myonentrajektorien-Daten erfasst und demselben zugeordnet werden, welche die Trajektorie des das Myonenteleskop-Detektionsereignis verursachenden Myons repräsentieren. Die Myonentrajektorien-Daten können die Trajektorie selbst enthalten und/oder Daten enthalten, mittels derer die Trajektorie ermittelbar bzw. berechenbar ist. Das Myonenteleskop kann somit zum direkten Ermitteln der Trajektorien von mittels des Myonenteleskops erfassten Myonen und/oder zum Erfassen von Daten, welche eine Berechnung dieser Trajektorien ermöglichen, ausgebildet sein. Zusammengefasst ermöglicht das Myonenteleskop die Ermittlung der Myonentrajektorien darauf auftreffender bzw. durch dasselbe hindurchtretender Myonen.The muon telescope is a device by means of which muons hitting it can be detected, and by means of which data can also be acquired for a muon hitting it which represents the trajectory of this muon. The acquisition or detection of a muon by the muon telescope is also referred to as a muon telescope detection event. The data acquired by means of a muon telescope, which represent the trajectory of a muon acquired by the muon telescope, are also referred to as muon trajectory data. The muon telescope is thus designed in such a way that muons striking it are recorded as a muon telescope detection event and muon trajectory data are recorded for each muon telescope detection event and assigned to the same, which data represent the trajectory of the muon causing the muon telescope detection event. The muon trajectory data can contain the trajectory itself and / or contain data by means of which the trajectory can be determined or calculated. The muon telescope can thus be designed to directly determine the trajectories of muons recorded by means of the muon telescope and / or to record data which enable these trajectories to be calculated. In summary, the muon telescope enables the determination of the muon trajectories of muons which hit it or pass through it.

Das Myonenteleskop kann z.B. eine Detektoranordnung und eine Auswerteeinheit aufweisen. Die Detektoranordnung kann z.B. mehrere myonensensitive Einzeldetektoren aufweisen, wobei die Einzeldetektoren derart angeordnet sind, dass beim Durchflug eines Myons mehrere der Einzeldetektoren unter Erzeugung von Detektorsignalen ansprechen und mittels der bekannten Positionen bzw. Raumkoordinaten dieser Einzeldetektoren die Myonentrajektorie berechnet werden kann. Ein solcher Einzeldetektor kann z.B. ein Szintillationsdetektor, ein Gasdetektor oder ein Halbleiterdetektor (z.B. ein Raumtemperatur-Halbleiterdetektor) sein. Die Auswerteeinheit ist mit der Detektoranordnung verbunden und zum Auswerten der Detektorsignale ausgebildet. Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Auswerteeinheit basierend auf den Detektorsignalen der Einzeldetektoren der Detektoranordnung zum Ermitteln der Myonentrajektorien-Daten ausgebildet ist, z.B. zum Ermitteln der Trajektorien von mittels der Detektoranordnung erfassten Myonen. Das Myonenteleskop kann auch mehrere solcher Detektoranordnungen aufweisen, die z.B. mit einer gemeinsamen Auswerteeinheit verbunden sein können, wobei die Auswerteeinheit zum Auswerten der Detektorsignale aller dieser Detektoranordnungen ausgebildet ist. Das Myonenteleskop kann somit eine oder mehrere Detektoranordnungen aufweisen, wobei jede der Detektoranordnungen derart ausgebildet und angeordnet ist, dass von ihr Myonen erfassbar sind, deren Trajektorien durch den Aufenthaltsbereich verlaufen.The muon telescope can e.g. have a detector arrangement and an evaluation unit. The detector arrangement can e.g. have several muon-sensitive individual detectors, the individual detectors being arranged in such a way that when a muon passes through several of the individual detectors respond to generate detector signals and the muon trajectory can be calculated using the known positions or spatial coordinates of these individual detectors. Such a single detector can e.g. a scintillation detector, a gas detector or a semiconductor detector (e.g. a room temperature semiconductor detector). The evaluation unit is connected to the detector arrangement and is designed to evaluate the detector signals. It can in particular be provided that the evaluation unit is designed to determine the muon trajectory data based on the detector signals of the individual detectors of the detector arrangement, e.g. for determining the trajectories of muons detected by means of the detector arrangement. The muon telescope can also have several such detector arrangements, e.g. can be connected to a common evaluation unit, the evaluation unit being designed to evaluate the detector signals of all of these detector arrangements. The muon telescope can thus have one or more detector arrangements, each of the detector arrangements being designed and arranged in such a way that it can detect muons whose trajectories run through the location area.

Es kann z.B. vorgesehen sein, dass eine solche Detektoranordnung mehrere in einer ersten Fläche angeordnete myonensensitive Einzeldetektoren und mehrere in einer zweiten Fläche angeordnete myonensensitive Einzeldetektoren aufweist, wobei die erste und die zweite Fläche in einem Abstand zueinander angeordnet sind. Die erste Fläche wird auch als erste Detektorfläche bezeichnet, die zweite Fläche wird auch als zweite Detektorfläche bezeichnet. Sowohl in der ersten als auch in der zweiten Detektorfläche sind die Einzeldetektoren bevorzugt lückenlos angeordnet. Tritt ein Myon durch das Myonenteleskop bzw. durch die Detektoranordnung hindurch, so wird es von einem Einzeldetektor in der ersten Detektorfläche und von einem Einzeldetektor in der zweiten Detektorfläche erfasst, wobei die räumlichen Positionen dieser Einzeldetektoren und somit zwei Punkte der Trajektorie des erfassten Myons bekannt sind, sodass sich die Trajektorie ermitteln lässt. Es kann z.B. vorgesehen sein, dass die erste Fläche eine Ebene ist und/oder dass die zweite Fläche eine Ebene ist (in diesem Fall werden die Detektorflächen auch als Detektorebenen bezeichnet). Bei Ausgestaltung der ersten und der zweiten Detektorfläche als Ebene sind diese beiden Ebenen bevorzugt parallel zueinander.It can e.g. it can be provided that such a detector arrangement has a plurality of muon-sensitive individual detectors arranged in a first area and a plurality of muon-sensitive individual detectors arranged in a second area, the first and second areas being arranged at a distance from one another. The first area is also referred to as the first detector area, the second area is also referred to as the second detector area. The individual detectors are preferably arranged without gaps in both the first and the second detector area. If a muon passes through the muon telescope or through the detector arrangement, it is detected by an individual detector in the first detector area and by an individual detector in the second detector area, the spatial positions of these individual detectors and thus two points of the trajectory of the detected muon being known so that the trajectory can be determined. It can e.g. it can be provided that the first surface is a plane and / or that the second surface is a plane (in this case the detector surfaces are also referred to as detector planes). If the first and the second detector surface are designed as a plane, these two planes are preferably parallel to one another.

Es kann z.B. vorgesehen sein, dass das Myonenteleskop mindestens eine Detektoranordnung aufweist, die teilweise oder vollständig oberhalb des Aufenthaltsbereichs angeordnet ist. Es kann z.B. vorgesehen sein, dass das Myonenteleskop eine Detektoranordnung mit zwei zueinander parallelen Detektorebenen aufweist, wobei die Detektoranordnung derart angeordnet ist, dass die Detektorebenen horizontal verlaufend (d.h. mit vertikal verlaufender Ebenennormale) oberhalb des Aufenthaltsbereichs angeordnet sind. Es kann zudem vorgesehen sein, dass der Aufenthaltsbereich teilweise oder vollständig von einer oder mehreren Detektoranordnungen des Myonenteleskops überdeckt wird. Es kann z.B. vorgesehen sein, dass das Myonenteleskop eine teilweise oder vollständig oberhalb des Aufenthaltsbereichs angeordnete Detektorvorrichtung aufweist, die derart angeordnet und ausgebildet ist, dass die Projektion der Detektoranordnung entlang der Lotrichtung die Projektion des Aufenthaltsbereichs entlang der Lotrichtung umfasst.It can be provided, for example, that the muon telescope has at least one detector arrangement which is arranged partially or completely above the occupied area. For example, it can be provided that the muon telescope has a detector arrangement with two detector planes parallel to one another, the detector arrangement being arranged in such a way that the detector planes are arranged horizontally (ie with a vertical plane normal) above the location area. It can also be provided that the location area is partially or completely covered by one or more detector arrangements of the muon telescope. For example, it can be provided that the muon telescope has a detector device which is arranged partially or completely above the location area and is arranged and designed in such a way that the projection of the detector arrangement along the perpendicular direction includes the projection of the location area along the perpendicular direction.

Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass das Myonenteleskop mindestens eine Detektoranordnung aufweist, die teilweise oder vollständig unterhalb des Aufenthaltsbereichs angeordnet ist. Es kann z.B. vorgesehen sein, dass das Myonenteleskop eine Detektoranordnung mit zwei zueinander parallelen Detektorebenen aufweist, wobei die Detektoranordnung derart angeordnet ist, dass die Detektorebenen horizontal verlaufend (d.h. mit vertikal verlaufender Ebenennormale) unterhalb des Aufenthaltsbereichs angeordnet sind. Es kann zudem vorgesehen sein, dass der Aufenthaltsbereich teilweise oder vollständig von einer oder mehreren Detektoranordnungen des Myonenteleskops unterlegt ist. Es kann z.B. vorgesehen sein, dass das Myonenteleskop eine teilweise oder vollständig unterhalb des Aufenthaltsbereichs angeordnete Detektorvorrichtung aufweist, die derart angeordnet und ausgebildet ist, dass die Projektion der Detektoranordnung entlang der Lotrichtung die Projektion des Aufenthaltsbereichs entlang der Lotrichtung umfasst.As an alternative or in addition, it can be provided that the muon telescope has at least one detector arrangement which is arranged partially or completely below the location area. It can e.g. It can be provided that the muon telescope has a detector arrangement with two detector planes parallel to one another, the detector arrangement being arranged in such a way that the detector planes are arranged horizontally (i.e. with a vertical plane normal) below the location area. It can also be provided that the location area is partially or completely underlaid by one or more detector arrangements of the muon telescope. It can e.g. It can be provided that the muon telescope has a detector device which is arranged partially or completely below the location area and is arranged and designed such that the projection of the detector arrangement along the perpendicular direction includes the projection of the location area along the perpendicular direction.

Indem eine myonensensitive Detektoranordnung wie vorstehend erläutert oberhalb bzw. unterhalb des Aufenthaltsbereichs angeordnet ist, d.h. bezüglich der Lotrichtung über bzw. unter dem Aufenthaltsbereich angeordnet ist, ist eine effektive Erfassung und Nutzung auf natürlichem Wege in der Atmosphäre entstandener Myonen ermöglicht, da das Häufigkeitsmaximum von deren Richtungsverteilung im Zenit liegt und somit der Lotrichtung entspricht. Bei einer oberhalb des Aufenthaltsbereichs angeordneten Detektoranordnung durchlaufen diese Myonen erst die Detektoranordnung des Myonenteleskops und anschließend den Aufenthaltsbereich (bzw. den Myonendetektor des Objekts, siehe nachfolgend). Bei einer unterhalb des Aufenthaltsbereichs angeordneten Detektoranordnung durchlaufen diese Myonen erst den Aufenthaltsbereich (bzw. den Myonendetektor des Objekts) und anschließend die Detektoranordnung des Myonenteleskops.In that a muon-sensitive detector arrangement is arranged above or below the location area as explained above, i. is arranged above or below the occupied area with respect to the vertical direction, an effective detection and use of muons formed naturally in the atmosphere is made possible, since the frequency maximum of their directional distribution is at the zenith and thus corresponds to the vertical direction. In the case of a detector arrangement arranged above the location area, these muons first pass through the detector arrangement of the muon telescope and then through the location area (or the muon detector of the object, see below). In the case of a detector arrangement arranged below the location area, these muons first pass through the location area (or the muon detector of the object) and then through the detector arrangement of the muon telescope.

Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Myonenteleskop mindestens eine erste Detektoranordnung und eine zweite Detektoranordnung aufweist, welche derart angeordnet sind, dass sich der Aufenthaltsbereich zwischen der ersten Detektoranordnung und der zweiten Detektoranordnung befindet. Es kann z.B. vorgesehen sein, dass das Myonenteleskop mindestens eine erste Detektoranordnung und eine zweite Detektoranordnung aufweist, wobei die erste Detektoranordnung wie vorstehend erläutert teilweise oder vollständig oberhalb des Aufenthaltsbereichs angeordnet ist, und wobei die zweite Detektoranordnung wie vorstehend erläutert teilweise oder vollständig unterhalb des Aufenthaltsbereichs angeordnet ist. Demgemäß kann für ein und dasselbe Myon die Trajektorie sowohl mittels der ersten Detektoranordnung als auch mittels der zweiten Detektoranordnung erfasst werden, wodurch z.B. eine höhere Genauigkeit ermöglicht ist und z.B. sichergestellt werden kann, dass für die Auswertung lediglich Myonen mit einem gewünschten Streuverhalten (die z.B. in dem Bereich zwischen der ersten und der zweiten Detektoranordnung keine zu starke Richtungsänderung bzw. Streuung erfahren) bei der Auswertung berücksichtigt werden. Gemäß dieser Ausführungsform kann insbesondere mittels der ersten Detektoranordnung (und der Auswerteeinheit) die Trajektorie bzw. Ausbreitungsrichtung eines Myons vor dem Durchqueren des Aufenthaltsbereichs erfasst werden, und mittels der zweiten Detektoranordnung (und der Auswerteeinheit) die Trajektorie bzw. Ausbreitungsrichtung des (selben) Myons nach dem Durchqueren des Aufenthaltsbereichs erfasst werden.According to one embodiment, it is provided that the muon telescope has at least a first detector arrangement and a second detector arrangement, which are arranged such that the location area is located between the first detector arrangement and the second detector arrangement. It can e.g. It can be provided that the muon telescope has at least a first detector arrangement and a second detector arrangement, wherein the first detector arrangement is arranged partially or completely above the location area as explained above, and wherein the second detector arrangement is arranged partially or completely below the location area as explained above. Accordingly, for one and the same muon the trajectory can be detected both by means of the first detector arrangement and by means of the second detector arrangement, whereby e.g. a higher accuracy is enabled and e.g. it can be ensured that only muons with a desired scattering behavior (which, for example, do not experience too great a change in direction or scatter in the area between the first and the second detector arrangement) are taken into account in the evaluation. According to this embodiment, the trajectory or direction of propagation of a muon can be detected by means of the first detector arrangement (and the evaluation unit) in particular before crossing the area where the muon is located, and the trajectory or direction of propagation of the (same) muon afterwards using the second detector arrangement (and the evaluation unit) when crossing the occupied area.

Erfindungsgemäß wird das Objekt mit einem Myonendetektor ausgestattet, der zum Detektieren von darauf auftreffenden Myonen ausgebildet ist und auch als objektseitiger Myonendetektor bezeichnet wird. Falls sich nicht aus dem Kontext etwas Anderes ergibt, wird vorliegend mit dem Begriff „Myonendetektor“ ein solcher objektseitiger Myonendetektor bezeichnet. Dementsprechend ist die Messanordnung zum Charakterisieren der Positionierung eines Objekts vorgesehen, wobei das Objekt einen Myonendetektor aufweist. Das Erfassen bzw. Detektieren eines Myons durch einen derartigen objektseitigen Myonendetektor wird auch als Myonendetektor-Detektionsereignis bezeichnet. Der objektseitige Myonendetektor kann z.B. innerhalb des Objekts angeordnet sein. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass der objektseitige Myonendetektor außen an dem Objekt angeordnet ist (z.B. an der Außenseite des Objekts befestigt ist). Ein solcher Myonendetektor kann z.B. ein Szintillationsdetektor, ein Gasdetektor oder ein Halbleiterdetektor (z.B. ein Raumtemperatur-Halbleiterdetektor) sein.According to the invention, the object is equipped with a muon detector which is designed to detect muons striking it and which is also referred to as an object-side muon detector. Unless the context indicates otherwise, the term “muon detector” denotes such an object-side muon detector. The measuring arrangement is accordingly provided for characterizing the positioning of an object, the object having a muon detector. The acquisition or detection of a muon by such an object-side muon detector is also referred to as a muon detector detection event. The object-side muon detector can e.g. be arranged within the object. However, it can also be provided that the object-side muon detector is arranged on the outside of the object (e.g. attached to the outside of the object). Such a muon detector can e.g. a scintillation detector, a gas detector or a semiconductor detector (e.g. a room temperature semiconductor detector).

Das Objekt ist zudem mit einer Verarbeitungseinheit ausgestattet, die mit dem objektseitigen Myonendetektor verbunden ist, und mittels derer die Wechselwirkungsereignisse von Myonen erfasst und verarbeitet bzw. einer weiteren Verarbeitung zugeführt werden. Das Objekt weist somit eine Verarbeitungseinheit (z.B. in Form einer Elektronik) auf, die zum Erfassen der Myonendetektor-Detektionsereignisse ausgebildet ist. Die Verarbeitungseinheit ist zum Übermitteln der Ereigniszeitpunkte der Myonendetektor-Detektionsereignisse an die Auswertevorrichtung der Messanordnung ausgebildet. Die Verarbeitungseinheit ist bevorzugt innerhalb des Objekts angeordnet, kann jedoch auch (zumindest teilweise oder vollständig) außen an dem Objekt angeordnet sein.The object is also equipped with a processing unit which is connected to the object-side muon detector and by means of which the interaction events of muons are recorded and processed or fed to further processing. The object thus has a processing unit (for example in the form of electronics) which is designed to record the muon detector detection events. The processing unit is designed to transmit the times of the muon detector detection events to the evaluation device of the measuring arrangement. The processing unit is preferably within the object arranged, but can also (at least partially or completely) be arranged on the outside of the object.

Die Erfindung betrifft also ein Verfahren und eine Anordnung zum Charakterisieren der Positionierung eines Objekts innerhalb eines vorgegebenen Aufenthaltsbereichs, wobei außerhalb des Aufenthaltsbereichs ein Myonenteleskop vorgesehen ist, mittels dessen darauf auftreffende und durch den Aufenthaltsbereich hindurchtretende Myonen als Myonenteleskop-Detektionsereignisse erfassbar sind und deren Trajektorien ermittelbar sind, und wobei das Objekt mit einem Myonendetektor ausgestattet ist, mittels dessen darauf auftreffende Myonen als Myonendetektor-Detektionsereignisse erfassbar sind.The invention thus relates to a method and an arrangement for characterizing the positioning of an object within a given location area, with a muon telescope being provided outside the location area, by means of which muons that strike it and pass through the location area can be detected as muon telescope detection events and their trajectories can be determined , and wherein the object is equipped with a muon detector, by means of which muons striking it can be detected as muon detector detection events.

Wenn zeitgleich (im Rahmen der Ausbreitungsgeschwindigkeit des Myons, die nahe Lichtgeschwindigkeit ist) ein Detektionsereignis im Myonenteleskop und ein Detektionsereignis im Myonendetektor des Objektes registriert werden, so sind die beiden Detektionsereignisse korreliert (was auch als Myonenkoinzidenz bezeichnet wird) und einem einzigen Myon zuzuordnen. In diesem Fall ist bekannt, dass sich das Objekt auf der mittels des Myonenteleskops für dieses Myon ermittelbaren bzw. ermittelten Myonentrajektorie befindet, sodass die Position des Objektes auf die Myonentrajektorie eingegrenzt werden kann.If a detection event in the muon telescope and a detection event in the muon detector of the object are registered at the same time (within the scope of the propagation speed of the muon, which is close to the speed of light), the two detection events are correlated (which is also referred to as muon coincidence) and can be assigned to a single muon. In this case it is known that the object is located on the muon trajectory that can be determined or determined for this muon by means of the muon telescope, so that the position of the object can be limited to the muon trajectory.

Ein Myonenteleskop-Detektionsereignis und ein Myonendetektor-Detektionsereignis können somit als von demselben Myon verursacht angesehen werden, wenn die Zeitspanne zwischen diesen beiden Detektionsereignissen einen vorgegebenen Schwellenwert nicht überschreitet, d.h. wenn die Zeitspanne zwischen diesen beiden Detektionsereignissen kleiner als oder maximal genauso groß wie der vorgegebene Schwellenwert ist und die beiden Detektionsereignisse somit in diesem Rahmen als gleichzeitig angesehen werden können. Dieser Schwellenwert kennzeichnet die Zeitspanne zwischen einem Myonenteleskop-Detektionsereignis und einem Myonendetektor-Detektionsereignis, innerhalb derer diese beiden Detektionsereignisse als koinzident angesehen werden können, und wird daher auch als Koinzidenz-Schwellenwert bezeichnet. Zwei derartige Detektionsereignisse, für welche die dazwischenliegende Zeitspanne nicht größer ist als der Koinzidenz-Schwellenwert, werden auch als quasi-zeitgleich, quasi-gleichzeitig oder koinzident bezeichnet. Die Zeitspanne zwischen einem Myonenteleskop-Detektionsereignis und einem Myonendetektor-Detektionsereignis entspricht dem Betrag der zeitlichen Differenz dieser beiden Detektionsereignisse, d.h. dem Betrag der Differenz zwischen den Ereigniszeitpunkten der beiden Detektionsereignisse.A muon telescope detection event and a muon detector detection event can thus be considered to be caused by the same muon if the time between these two detection events does not exceed a predetermined threshold value, i. if the time span between these two detection events is less than or at most as large as the predefined threshold value and the two detection events can thus be viewed as being simultaneous in this context. This threshold value characterizes the time span between a muon telescope detection event and a muon detector detection event, within which these two detection events can be regarded as coincident, and is therefore also referred to as the coincidence threshold value. Two such detection events, for which the intervening time period is not greater than the coincidence threshold value, are also referred to as quasi-simultaneous, quasi-simultaneous or coincident. The time span between a muon telescope detection event and a muon detector detection event corresponds to the amount of the time difference between these two detection events, i.e. the amount of the difference between the event times of the two detection events.

Gemäß der Erfindung werden solche quasi-zeitgleich stattfindenden Myonenteleskop-Detektionsereignisse und Myonendetektor-Detektionsereignisse ermittelt, und basierend auf den dem jeweiligen Myonenteleskop-Detektionsereignis zugeordneten Myonentrajektorien-Daten wird die (zur Zeit des Myonendetektor-Detektionsereignisses bzw. in der Zeitspanne zwischen den beiden quasi-zeitgleichen Detektionsereignissen vorliegende) Positionierung des Objekts charakterisiert. Es werden also solche Myonenteleskop-Detektionsereignisse und Myonendetektor-Detektionsereignisse ermittelt, für welche die dazwischenliegende Zeitspanne nicht größer ist als der Koinzidenz-Schwellenwert, und basierend auf den Myonentrajektorien-Daten, die zu dem Myonenteleskop-Detektionsereignis gehören, wird die Positionierung des Objekts charakterisiert.According to the invention, such quasi-simultaneously occurring muon telescope detection events and muon detector detection events are determined, and based on the muon trajectory data assigned to the respective muon telescope detection event, the (at the time of the muon detector detection event or in the time span between the two quasi simultaneous detection events present) characterizes positioning of the object. Thus, those muon telescope detection events and muon detector detection events are determined for which the intervening time span is not greater than the coincidence threshold value, and the positioning of the object is characterized based on the muon trajectory data belonging to the muon telescope detection event.

Mit anderen Worten ausgedrückt, werden solche 2-Tupel bzw. Paare aus jeweils einem Myonenteleskop-Detektionsereignis und einem Myonendetektor-Detektionsereignis ermittelt, für welche die Zeitspanne zwischen diesen beiden Detektionsereignissen kleiner als oder maximal genauso groß ist wie ein vorgegebener Schwellenwert, und basierend auf den Myonentrajektorien-Daten, die dem Myonenteleskop-Detektionsereignis des 2-Tupels zugeordnet sind, wird die zum Ereigniszeitpunkt des Myonendetektor-Detektionsereignisses des 2-Tupels vorliegende Positionierung des Objekts charakterisiert. Der Schwellenwert, der auch als Koinzidenz-Schwellenwert bezeichnet wird, kann sehr klein sein. Der Koinzidenz-Schwellenwert ist entsprechend den im jeweiligen Fall vorliegenden Gegebenheiten zu wählen, und ist insbesondere abhängig von dem Abstand der Detektoranordnung von dem Aufenthaltsbereich und von den Abmessungen des Aufenthaltsbereichs, da diese den maximal möglichen Abstand Lmax zwischen einem Myonendetektor des Myonenteleskops und einem objektseitigen Myonendetektor bestimmen (und somit auch den maximal möglichen Zeitabstand zwischen dem Erfassen eines Myons durch einen Myonendetektor des Myonenteleskops und einen objektseitigen Myonendetektor). Es kann z.B. vorgesehen sein, dass der Koinzidenz-Schwellenwert TC der Bedingung T c L m a x c + T D ,

Figure DE102019131006B3_0001
genügt, wobei c die Lichtgeschwindigkeit (welche annähernd gleich der Ausbreitungsgeschwindigkeit kosmischer Myonen entspricht) und TD die zeitliche Auflösung der Myonendetektoren bezeichnen. Alternativ oder zusätzlich dazu kann vorgesehen sein, dass der Koinzidenz-Schwellenwert maximal 1 µs beträgt, z.B. maximal 500 ns, insbesondere maximal 100 ns (wobei µs eine Mikrosekunde und ns eine Nanosekunde bezeichnet). Da die Myonentrajektorien-Daten die Trajektorie des Myons repräsentieren und z.B. diese Trajektorie enthalten können, kann somit die Positionierung des Objekts basierend auf der (Kenntnis der) Myonentrajektorie erfolgen, die dem Myonenteleskop-Detektionsereignis des 2-Tupels zugeordnet ist. Indem nacheinander mehrere derartige 2-Tupel bzw. Paare aus jeweils einem Myonenteleskop-Detektionsereignis und einem Myonendetektor-Detektionsereignis ermittelt werden, kann die Trajektorie des Objekts charakterisiert werden.In other words, such 2-tuples or pairs of a muon telescope detection event and a muon detector detection event are determined for which the time span between these two detection events is less than or at most the same as a predetermined threshold value, and based on the The muon trajectory data assigned to the muon telescope detection event of the 2-tuple characterizes the positioning of the object at the time of the muon detector detection event of the 2-tuple. The threshold, also known as the coincidence threshold, can be very small. The coincidence threshold value is to be selected according to the circumstances prevailing in the respective case, and is in particular dependent on the distance between the detector arrangement and the area of residence and on the dimensions of the area of residence, since these determine the maximum possible distance L max between a muon detector of the muon telescope and an object-side Determine the muon detector (and thus also the maximum possible time interval between the detection of a muon by a muon detector of the muon telescope and a muon detector on the object side). It can be provided, for example, that the coincidence threshold value T C of the condition T c L. m a x c + T D. ,
Figure DE102019131006B3_0001
is sufficient, where c is the speed of light (which corresponds approximately to the speed of propagation of cosmic muons) and T D denotes the temporal resolution of the muon detectors. As an alternative or in addition, it can be provided that the coincidence threshold value is a maximum of 1 μs, for example a maximum of 500 ns, in particular a maximum of 100 ns (where μs denotes a microsecond and ns denotes a nanosecond). Since the If muon trajectory data represent the trajectory of the muon and can contain this trajectory, for example, the object can be positioned based on (knowledge of) the muon trajectory that is assigned to the muon telescope detection event of the 2-tuple. The trajectory of the object can be characterized by successively determining a plurality of such 2-tuples or pairs from a muon telescope detection event and a muon detector detection event.

Analog zu dem Messverfahren kann die Messanordnung eine Auswertevorrichtung aufweisen, die zum Ermitteln solcher quasi-zeitgleicher Myonenteleskop-Detektionsereignisse und Myonendetektor-Detektionsereignisse, die beide innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne liegen, und zum Charakterisieren der Positionierung des Objekts basierend auf den zugehörigen Myonentrajektorien-Daten ausgebildet ist. Die Auswertevorrichtung ist mittels einer Datenverbindung mit dem Myonenteleskop verbunden, sodass die von dem Myonenteleskop generierten Daten (z.B. die Myonenteleskop-Detektionsereignisse und die zugehörigen Myonentrajektorien-Daten, optional zusammen mit den jeweiligen Ereigniszeitpunkten) an die Auswertevorrichtung übermittelt werden können und dort ausgewertet und/oder gespeichert werden können. Die Auswertevorrichtung der Messanordnung kann integral mit der Auswerteeinheit des Myonenteleskops ausgebildet sein oder separat zu dieser vorliegen.Analogous to the measuring method, the measuring arrangement can have an evaluation device which is designed to determine such quasi-simultaneous muon telescope detection events and muon detector detection events, both of which are within a predetermined time span, and to characterize the positioning of the object based on the associated muon trajectory data . The evaluation device is connected to the muon telescope by means of a data connection so that the data generated by the muon telescope (e.g. the muon telescope detection events and the associated muon trajectory data, optionally together with the respective event times) can be transmitted to the evaluation device and evaluated and / or there can be saved. The evaluation device of the measuring arrangement can be formed integrally with the evaluation unit of the muon telescope or can be present separately from it.

Wenn zwei derartige quasi-zeitgleiche Detektionsereignisse im Myonenteleskop und im Myonendetektor registriert werden und somit demselben Myon zugeordnet werden, befindet sich der Myonendetektor (und somit auch das Objekt) zur Zeit der des Myonendetektor-Detektionsereignisses auf der Trajektorie dieses Myons.If two such quasi-simultaneous detection events are registered in the muon telescope and in the muon detector and are thus assigned to the same muon, the muon detector (and thus also the object) is on the trajectory of this muon at the time of the muon detector detection event.

Somit kann insbesondere vorgesehen sein, dass basierend auf den entsprechenden Myonentrajektorien-Daten eine Charakterisierung der Positionierung des Objekts dahingehend erfolgt, dass die zur Zeit des Myonendetektor-Detektionsereignisses vorliegende Position des Objekts als auf der durch die Myonentrajektorien-Daten repräsentierten Myonentrajektorie liegend identifiziert wird. Die Auswertevorrichtung kann insbesondere derart ausgebildet sein, dass von ihr basierend auf einem Myonenteleskop-Detektionsereignis und einem quasi-zeitgleich dazu stattfindenden Myonendetektor-Detektionsereignis die Position des Objekts (zum Ereigniszeitpunkt des Myonendetektor-Detektionsereignisses) als auf der dem Myonenteleskop-Detektionsereignis zugeordneten Myonentrajektorie liegend identifiziert bzw. gewertet wird. In einigen Fällen kann damit schon eine vollständige Ermittlung der Position des Objekts erfolgen, z.B. wenn sich das Objekt lediglich entlang von zwei Raumrichtungen bewegen kann.Thus, it can be provided in particular that, based on the corresponding muon trajectory data, the positioning of the object is characterized such that the position of the object present at the time of the muon detector detection event is identified as lying on the muon trajectory represented by the muon trajectory data. The evaluation device can in particular be designed in such a way that it identifies the position of the object (at the time of the muon detector detection event) as lying on the muon trajectory assigned to the muon telescope detection event based on a muon telescope detection event and a muon detector detection event occurring quasi-simultaneously or is rated. In some cases, a complete determination of the position of the object can already take place, e.g. if the object can only move along two spatial directions.

Indem die Charakterisierung der Positionierung des Objekts mittels Myonendetektion erfolgt, wobei natürlich vorkommende Myonen nutzbar sind, kann der erforderliche apparative Aufwand gering gehalten werden, wobei - abgesehen von dem Myonendetektor des Objekts - z.B. keine Sender und/oder Empfänger zum Erzeugen bzw. Empfangen des zur Positionsbestimmung verwendeten Signalträgers innerhalb des Aufenthaltsbereichs bzw. Prozessvolumens erforderlich sind und somit keine Beeinträchtigung von in dem Aufenthaltsbereich ablaufenden Prozessen durch derartige Sender und/oder Empfänger erfolgt. Da Myonen ein hohes Durchdringungsvermögen für Materie aufweisen, ist die erfindungsgemäße Positionierungsbestimmung vielseitig für verschiedenste Anwendungsszenarien einsetzbar, insbesondere für Fälle, in denen sich das Objekt innerhalb eines für herkömmliche Signalträger - wie z.B. elektromagnetische Wellen (z.B. optische Strahlung, Infrarotstrahlung, Röntgenstrahlung, Gammastrahlung), akustische Wellen, elektrische und/oder magnetische Felder - nicht oder nur schlecht transparenten Behälters und/oder Mediums befindet.By characterizing the positioning of the object by means of muon detection, whereby naturally occurring muons can be used, the equipment required can be kept low, whereby - apart from the muon detector of the object - e.g. no transmitters and / or receivers are required for generating or receiving the signal carrier used for position determination within the location area or process volume, and there is therefore no impairment of processes running in the location area by such transmitters and / or receivers. Since muons have a high penetration capacity for matter, the positioning determination according to the invention can be used in a variety of ways for a wide variety of application scenarios, in particular for cases in which the object is within a conventional signal carrier - e.g. electromagnetic waves (e.g. optical radiation, infrared radiation, X-rays, gamma radiation), acoustic waves, electric and / or magnetic fields - the container and / or medium is not or only poorly transparent.

Quasi-zeitgleich am Myonenteleskop und am Myonendetektor stattfindende Detektionsereignisse können mittels Abgleichs der Messdaten des Myonenteleskops und des Myonendetektors ermittelt werden, was auf unterschiedliche Arten realisierbar ist. Allgemein kann vorgesehen sein, dass die Verarbeitungseinheit zum Übermitteln der Ereigniszeitpunkte der Myonendetektor-Detektionsereignisse an die Auswertevorrichtung der Messanordnung ausgebildet ist, z.B. mittels sofortiger Übertragung eines Signals an die Auswertevorrichtung bei jedem Myonendetektor-Detektionsereignis oder mittels nachgelagerten Auslesens zuvor mittels eines Datenspeichers gespeicherter Ereigniszeitpunkte.Detection events taking place quasi-simultaneously on the muon telescope and the muon detector can be determined by comparing the measurement data of the muon telescope and the muon detector, which can be implemented in different ways. In general, it can be provided that the processing unit is designed to transmit the times of the muon detector detection events to the evaluation device of the measuring arrangement, e.g. by means of the immediate transmission of a signal to the evaluation device for each muon detector detection event or by means of subsequent reading out of event times previously stored by means of a data memory.

Gemäß einer Ausführungsform weist die Verarbeitungseinheit eine Signalübertragungseinrichtung auf, die derart ausgebildet ist, dass von ihr bei jedem Myonendetektor-Detektionsereignis ein Signal ausgegeben wird. Somit wird immer dann, wenn von dem Myonendetektor des Objekts ein Myon detektiert wird, von der Signalübertragungseinrichtung sofort ein Signal ausgegeben, wobei der Ereigniszeitpunkt des signalauslösenden Myonendetektor-Detektionsereignisses durch den Signalzeitpunkt repräsentiert bzw. gegeben ist. Das Signal wird mittels einer Datenverbindung an die Auswertevorrichtung der Messanordnung übermittelt, welche zudem über eine Datenverbindung mit dem Myonenteleskop verbunden ist, sodass an der Auswertevorrichtung mittels der Datenverbindung zu dem Myonenteleskop die Zeitpunkte der Myonenteleskop-Detektionsereignisse und mittels der von der Signalübertragungseinrichtung übermittelten Signale die Zeitpunkte der Myonendetektor-Detektionsereignisse vorliegen und somit von der Auswertevorrichtung quasi-zeitgleiche Detektionsereignisse ermittelt werden können. Die Übertragung der von der Signalübertragungseinrichtung erzeugten Signale an die Auswertevorrichtung erfolgt bevorzugt mittels einer drahtlosen bzw. kabellosen Datenverbindung (z.B. mittels einer Funkverbindung), kann jedoch auch mittels einer drahtgebundenen bzw. kabelgebundenen Datenverbindung erfolgen (z.B. mittels eines elektrischen Leiters oder mittels einer optischen Faser).According to one embodiment, the processing unit has a signal transmission device which is designed such that a signal is output by it for each muon detector detection event. Thus, whenever a muon is detected by the muon detector of the object, the signal transmission device immediately emits a signal, the time of the signal-triggering muon detector detection event being represented or given by the signal time. The signal is transmitted to the evaluation device of the measuring arrangement by means of a data connection, which is also connected to the muon telescope via a data connection, so that the times of the muon telescope detection events on the evaluation device by means of the data connection to the muon telescope and the times by means of the signals transmitted by the signal transmission device of the muon detector detection events are present and thus quasi-simultaneous from the evaluation device Detection events can be determined. The signals generated by the signal transmission device are preferably transmitted to the evaluation device by means of a wireless or cordless data connection (e.g. by means of a radio connection), but can also take place by means of a wired or wired data connection (e.g. by means of an electrical conductor or by means of an optical fiber) .

Gemäß einer anderen Ausführungsform weist die Verarbeitungseinheit eine Zeiterfassungseinrichtung (z.B. eine hochgenaue elektronische Uhr) und eine Datenspeichereinrichtung auf, wobei die Verarbeitungseinheit mittels der Datenspeichereinrichtung und der Zeiterfassungseinrichtung zum Speichern des Ereigniszeitpunktes für jedes Myonendetektor-Detektionsereignis ausgebildet ist. Von der Verarbeitungseinheit wird also in diesem Fall für jedes Myonendetektor-Detektionsereignis der Zeitpunkt, an dem das Myon durch den Myonendetektor detektiert wird, erfasst und gespeichert.According to another embodiment, the processing unit has a time recording device (e.g. a high-precision electronic clock) and a data storage device, the processing unit being designed to store the time of the event for each muon detector detection event by means of the data storage device and the time recording device. In this case, the processing unit records and stores the point in time at which the muon is detected by the muon detector for each muon detector detection event.

Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird also im Falle der Detektion eines Myons durch den objektseitigen Myonendetektor der Ereigniszeitpunkt (d.h. der Zeitpunkt der Detektion) in der Datenspeichereinrichtung gespeichert und kann später ausgelesen werden. Gemäß dieser Ausführung kann die Auswertevorrichtung der Messanordnung zum Auslesen der Datenspeichereinrichtung ausgebildet sein, sodass an der Auswertevorrichtung mittels der Datenverbindung zu dem Myonenteleskop die Zeitpunkte der Myonenteleskop-Detektionsereignisse und mittels des Auslesens der objektseitigen Datenspeichereinrichtung die Zeitpunkte der Myonendetektor-Detektionsereignisse vorliegen und somit von der Auswertevorrichtung quasi-zeitgleiche Detektionsereignisse ermittelt werden können.According to the present embodiment, if a muon is detected by the object-side muon detector, the time of the event (i.e. the time of detection) is stored in the data storage device and can be read out later. According to this embodiment, the evaluation device of the measuring arrangement can be designed to read out the data storage device, so that the times of the muon telescope detection events are available on the evaluation device by means of the data connection to the muon telescope and the times of the muon detector detection events are available by means of reading out the object-side data storage device and thus from the evaluation device quasi-simultaneous detection events can be determined.

Es kann z.B. vorgesehen sein, dass die Auswertevorrichtung der Messanordnung zum Erfassen und/oder Speichern des Ereigniszeitpunktes für jedes Myonenteleskop-Detektionsereignis ausgebildet ist, sodass von der Auswertevorrichtung für jedes Myonenteleskop-Detektionsereignis der Zeitpunkt der Detektion des Myons durch das Myonenteleskop erfasst und/oder gespeichert werden kann. Zu diesem Zweck können das Myonenteleskop und/oder die Auswertevorrichtung eine weitere Zeiterfassungseinrichtung zum Erfassen der Ereigniszeitpunkte der Myonenteleskop-Detektionsereignisse aufweisen. Zudem kann die Auswertevorrichtung eine weitere Datenspeichereinrichtung zum Speichern der Ereigniszeitpunkte der Myonenteleskop-Detektionsereignisse aufweisen. Indem an der Auswertevorrichtung mittels Empfangs der Signale der Signalübertragungseinrichtung oder mittels Auslesens der objektseitigen Datenspeichereinrichtung die Zeitpunkte der Myonendetektor-Detektionsereignisse und mittels der weiteren Zeiterfassungseinrichtung und/oder der weiteren Datenspeichereinrichtung die Zeitpunkte der Myonenteleskop-Detektionsereignisse vorliegen, können mittels Abgleichs dieser Detektionsereignisse quasi-zeitgleich stattfindende Myonenteleskop-Detektionsereignisse und Myonendetektor-Detektionsereignisse ermittelt werden.It can e.g. It can be provided that the evaluation device of the measuring arrangement is designed to record and / or store the time of the event for each muon telescope detection event, so that the time of detection of the muon by the muon telescope can be recorded and / or stored by the evaluation device for each muon telescope detection event. For this purpose, the muon telescope and / or the evaluation device can have a further time recording device for recording the times of the muon telescope detection events. In addition, the evaluation device can have a further data storage device for storing the times of the muon telescope detection events. Since the points in time of the muon detector detection events are available on the evaluation device by receiving the signals from the signal transmission device or by reading out the object-side data storage device and the points in time of the muon telescope detection events are available using the further time recording device and / or the further data storage device, these detection events can take place quasi-simultaneously by comparing these detection events Muon telescope detection events and muon detector detection events are determined.

Basierend auf der Ermittlung quasi-zeitgleicher Detektionsereignisse im Myonenteleskop und im objektseitigen Myonendetektor kann die Positionierung des Objekts dahingehend charakterisiert werden, dass die Position des Objekts als zum jeweiligen Ereigniszeitpunkt auf der jeweiligen Myonentrajektorie liegend identifiziert wird. Zum weiteren Charakterisieren der Positionierung des Objekts, z.B. zum genaueren Ermitteln der Position des Objekts und/oder zum Ermitteln der räumlichen Orientierung bzw. Ausrichtung des Objekts im Raum, können weitere Informationen erforderlich sein, welche z.B. mittels weiterer Detektoren ermittelbar sind.Based on the determination of quasi-simultaneous detection events in the muon telescope and in the object-side muon detector, the positioning of the object can be characterized in such a way that the position of the object is identified as being on the respective muon trajectory at the respective event time. To further characterize the positioning of the object, e.g. to determine the position of the object more precisely and / or to determine the spatial orientation or alignment of the object in space, further information may be required, which e.g. can be determined by means of further detectors.

Gemäß einer Ausführungsform wird bzw. ist das Objekt mit mindestens einem Detektor ausgestattet, der zum Erfassen einer physikalischen Feldgröße ausgebildet ist. Ein derartiger, zum Erfassen einer Feldgröße ausgebildeter Detektor wird im Folgenden auch als Feldgrößen-Detektor bezeichnet. Demgemäß weist das Objekt einen oder mehrere solcher Feldgrößen-Detektoren auf.According to one embodiment, the object is or is equipped with at least one detector which is designed to detect a physical field variable. Such a detector designed to detect a field size is also referred to below as a field size detector. Accordingly, the object has one or more such field size detectors.

Ein Feld beschreibt die räumliche Verteilung einer physikalischen Größe, welche auch als Feldgröße bezeichnet wird. Eine Feldgröße ist somit eine physikalische Größe, deren räumliche Verteilung durch ein Feld beschrieben werden kann. Das Feld kann z.B. ein Magnetfeld sein, dementsprechend kann die mittels des Feldgrößen-Detektors detektierte Feldgröße z.B. die Magnetfeldstärke sein. Alternativ kann das Feld z.B. ein elektrisches Feld sein, dementsprechend kann die mittels des Feldgrößen-Detektors detektierte Feldgröße z.B. die elektrische Feldstärke sein. Alternativ kann das Feld z.B. ein Schallfeld sein, dementsprechend kann die mittels des Feldgrößen-Detektors detektierte Feldgröße z.B. der Schalldruck sein. Alternativ kann das Feld z.B. ein Strahlungsfeld sein, dementsprechend kann die mittels des Feldgrößen-Detektors detektierte Feldgröße z.B. die Strahlungsintensität sein. Es kann auch vorgesehen sein, dass das Strahlungsfeld ein mittels radioaktiver Quellen erzeugtes Strahlungsfeld oder ein mittels Röntgenquellen erzeugtes Strahlungsfeld ist, dementsprechend kann die mittels des Feldgrößen-Detektors detektierte Feldgröße z.B. die Strahlungsintensität der radioaktiven Strahlung bzw. der Röntgenstrahlung sein. Es kann auch vorgesehen sein, dass das Strahlungsfeld ein Feld elektromagnetischer Strahlung im sichtbaren, ultravioletten oder infraroten Spektralbereich ist, welches mittels entsprechender Strahlungsquellen erzeugt werden kann. Alternativ kann das Feld z.B. ein Gravitationsfeld sein, dementsprechend kann die mittels des Feldgrößen-Detektors detektierte Feldgröße z.B. der hydrostatische Druck sein.A field describes the spatial distribution of a physical quantity, which is also referred to as the field size. A field variable is therefore a physical variable, the spatial distribution of which can be described by a field. The field can be, for example, a magnetic field, and accordingly the field size detected by means of the field size detector can be, for example, the magnetic field strength. Alternatively, the field can be, for example, an electric field; accordingly, the field size detected by means of the field size detector can be, for example, the electric field strength. Alternatively, the field can be, for example, a sound field; accordingly, the field size detected by means of the field size detector can be, for example, the sound pressure. Alternatively, the field can be, for example, a radiation field, and accordingly the field size detected by means of the field size detector can be, for example, the radiation intensity. It can also be provided that the radiation field is a radiation field generated by means of radioactive sources or a radiation field generated by means of X-ray sources, accordingly the field size detected by the field size detector can be, for example, the radiation intensity of the radioactive radiation or the X-ray radiation. It can also be provided that the radiation field is a field of electromagnetic radiation in the visible, ultraviolet or infrared spectral range, which can be generated by means of appropriate radiation sources. Alternatively, the field can be, for example, a gravitational field, and accordingly the field size detected by means of the field size detector can be, for example, the hydrostatic pressure.

Der Wert der Feldgröße hängt von der Position innerhalb des Feldes ab, sodass die Messung der Feldgröße an einer Messposition eine Ermittlung der Messposition oder zumindest eine Einschränkung der Messposition ermöglicht. Indem der Feldgrößen-Detektor zum Erfassen der physikalischen Feldgröße ausgebildet ist, kann somit die Position des Feldgrößen-Detektors und somit auch des Objekts charakterisiert (z.B. näher bestimmt oder genau ermittelt) werden. Aus den mittels des Feldgrößen-Detektors gemessenen Messwerten sind insbesondere Rückschlüsse auf die Position des Objekts in Bezug auf die Isolinien des Feldes möglich, nämlich dahingehend, auf welcher Isolinie sich der Feldgrößen-Detektor und somit auch das Objekt zum jeweiligen Messzeitpunkt befindet.The value of the field size depends on the position within the field, so that the measurement of the field size at a measurement position enables the measurement position to be determined or at least a restriction of the measurement position. Since the field size detector is designed to detect the physical field size, the position of the field size detector and thus also of the object can be characterized (e.g. more closely determined or precisely determined). From the measured values measured by means of the field size detector, in particular, conclusions can be drawn about the position of the object in relation to the isolines of the field, namely on which isoline the field size detector and thus also the object is located at the respective measurement time.

Demgemäß kann bezüglich des Messverfahrens vorgesehen sein, dass die Positionierung des Objekts unter Einbeziehung der von dem Feldgrößen-Detektor erfassten Messwerte charakterisiert wird. Es kann z.B. vorgesehen sein, dass basierend auf der Ermittlung quasi-zeitgleicher Detektionsereignisse im Myonenteleskop und im objektseitigen Myonendetektor die Positionierung des Objekts dahingehend charakterisiert wird, dass die Position des Objekts zur Zeit der quasi-zeitgleichen Detektionsereignisse (genauer: zum Ereigniszeitpunkt des Myonendetektor-Detektionsereignisses) als auf der jeweiligen Myonentrajektorie liegend identifiziert wird, und dass anhand des zu dieser Zeit erfassten Messwertes des Feldgrößen-Detektors die Ermittlung des unbekannten Lagepunktes des Objekts entlang der Trajektorie erfolgt. Demgemäß kann vorgesehen sein, basierend auf den Messwerten des Feldgrößen-Detektors die Lage des Feldgrößen-Detektors und somit auch des Objekts entlang der Myonentrajektorie zu ermitteln.Accordingly, with regard to the measuring method, it can be provided that the positioning of the object is characterized by taking into account the measured values detected by the field size detector. It can e.g. be provided that based on the determination of quasi-simultaneous detection events in the muon telescope and in the object-side muon detector, the positioning of the object is characterized in such a way that the position of the object at the time of the quasi-simultaneous detection events (more precisely: at the time of the muon detector detection event) as on of the respective muon trajectory is identified, and that the unknown position point of the object along the trajectory is determined on the basis of the measured value of the field size detector recorded at this time. Accordingly, it can be provided to determine the position of the field size detector and thus also of the object along the muon trajectory based on the measured values of the field size detector.

Allgemein kann vorgesehen sein, dass die objektseitige Verarbeitungseinheit zum Übermitteln der jeweils zu den Ereigniszeitpunkten der Myonendetektor-Detektionsereignisse von dem Feldgrößen-Detektor gemessenen Feldgrößen-Werte an die Auswertevorrichtung der Messanordnung ausgebildet ist, z.B. mittels sofortiger Übertragung eines Signals an die Auswertevorrichtung bei jedem Myonendetektor-Detektionsereignis oder mittels nachgelagerten Auslesens zuvor mittels eines Datenspeichers samt Zeitstempel gespeicherter Messwerte des Feldgrößen-Detektors.In general, it can be provided that the object-side processing unit is designed to transmit the field size values measured by the field size detector at the time of the muon detector detection events to the evaluation device of the measuring arrangement, e.g. by means of the immediate transmission of a signal to the evaluation device for each muon detector detection event or by means of subsequent reading out beforehand by means of a data memory including time stamp of stored measured values of the field size detector.

Bei Ausgestaltung der Verarbeitungseinheit mit der Signalübertragungseinrichtung ist diese derart ausgebildet, dass von ihr bei jedem Myonendetektor-Detektionsereignis sofort ein Signal ausgegeben wird. Gemäß einer Ausführungsform wird zusammen mit dem Signal (z.B. als Bestandteil des Signals) die von dem Feldgrößen-Detektor gemessene Feldgröße übertragen. Somit wird mit jedem Signal der zum Zeitpunkt des jeweiligen Myonendetektor-Detektionsereignisses vorliegende Wert der Feldgröße an die Auswertevorrichtung der Messanordnung übertragen und kann von der Auswertevorrichtung zum Charakterisieren der Positionierung des Objekts verwendet werden. Demgemäß kann vorgesehen sein, dass die Verarbeitungseinheit bzw. Signalübertragungseinrichtung mit dem Feldgrößen-Detektor verbunden ist und derart ausgebildet ist, dass von ihr bei jedem Myonendetektor-Detektionsereignis ein Signal ausgegeben und zusammen mit der von dem Feldgrößen-Detektor gemessenen Feldgröße an die Auswertevorrichtung übertragen wird.If the processing unit is designed with the signal transmission device, it is designed in such a way that it immediately outputs a signal for each muon detector detection event. According to one embodiment, the field size measured by the field size detector is transmitted together with the signal (e.g. as a component of the signal). Thus, with each signal, the value of the field size present at the time of the respective muon detector detection event is transmitted to the evaluation device of the measuring arrangement and can be used by the evaluation device to characterize the positioning of the object. Accordingly, it can be provided that the processing unit or signal transmission device is connected to the field size detector and is designed in such a way that it outputs a signal for each muon detector detection event and transmits it to the evaluation device together with the field size measured by the field size detector .

Bei Ausgestaltung der Verarbeitungseinheit mit der Zeiterfassungseinrichtung und der Datenspeichereinrichtung ist die Datenspeichereinrichtung mittels der Zeiterfassungseinrichtung zum Speichern des Ereigniszeitpunktes für jedes Myonendetektor-Detektionsereignis ausgebildet. Gemäß einer Ausführungsform wird zusammen mit jedem Ereigniszeitpunkt die zu diesem Ereigniszeitpunkt mittels des Feldgrößen-Detektors gemessene Feldgröße gespeichert. Somit wird im Falle der Detektion eines Myons durch den objektseitigen Myonendetektor der Ereigniszeitpunkt (d.h. der Zeitpunkt der Detektion) zusammen mit dem zu diesem Ereigniszeitpunkt vorliegenden Wert der Feldgröße von der Datenspeichereinrichtung gespeichert, sodass auch die Feldgrößen-Werte später von der Auswertevorrichtung ausgelesen und zum Charakterisieren der Positionierung des Objekts herangezogen werden können. Demgemäß kann vorgesehen sein, dass die Auswertevorrichtung zum Auslesen der Zeitpunkte der Myonendetektor-Detektionsereignisse und der zu diesen Zeitpunkten gemessenen Feldgrößen-Werte aus der Datenspeichereinrichtung ausgebildet ist.In the embodiment of the processing unit with the time recording device and the data storage device, the data storage device is designed by means of the time recording device for storing the time of the event for each muon detector detection event. According to one embodiment, the field size measured by means of the field size detector at this event time is stored together with each event time. Thus, if a muon is detected by the object-side muon detector, the time of the event (i.e. the time of detection) is stored by the data storage device together with the field size value available at this time of the event, so that the field size values are later read out by the evaluation device and for characterization the positioning of the object can be used. Accordingly, it can be provided that the evaluation device is designed to read out the times of the muon detector detection events and the field size values measured at these times from the data storage device.

Somit kann der Auswertevorrichtung, z.B. mittels Signalübertragung oder mittels Auslesens der Datenspeichereinrichtung der Verarbeitungseinheit, für jedes Myonendetektor-Detektionsereignis auch der zum jeweiligen Ereigniszeitpunkt von dem Feldgrößen-Detektor gemessene Feldgrößen-Wert bereitgestellt werden. Dementsprechend kann vorgesehen sein, dass die Auswertevorrichtung zum Charakterisieren der Positionierung des Objekts unter Einbeziehung der Messwerte des Feldgrößen-Detektors ausgebildet ist. Die Auswertevorrichtung kann insbesondere derart ausgebildet sein, dass von ihr basierend auf einem Myonenteleskop-Detektionsereignis und einem quasi-zeitgleich dazu stattfindenden Myonendetektor-Detektionsereignis die Position des Objekts (zum Ereigniszeitpunkt des Myonendetektor-Detektionsereignisses) als auf der dem Myonenteleskop-Detektionsereignis zugeordneten Myonentrajektorie liegend identifiziert wird, und dass von ihr basierend auf dem (zum Ereigniszeitpunkt des Myonendetektor-Detektionsereignisses vorliegenden) Messwert des Feldgrößen-Detektors die Lage der Position des Objekts entlang der Myonentrajektorie ermittelt wird.Thus, for each muon detector detection event, the field size value measured by the field size detector at the respective event time can be provided to the evaluation device, for example by means of signal transmission or by reading out the data storage device of the processing unit. Accordingly, it can be provided that the evaluation device is designed to characterize the positioning of the object while taking into account the measured values of the field size detector. The evaluation device can in particular be designed in such a way that, based on a muon telescope detection event and a muon detector detection event taking place quasi-simultaneously, the position of the object (at the time of the muon detector detection event) than on the The muon trajectory assigned to the muon telescope detection event is identified lying down, and that the position of the position of the object along the muon trajectory is determined by it based on the measured value of the field size detector (present at the time of the muon detector detection event).

Gemäß einer Ausführungsform ist die mittels des Feldgrößen-Detektors detektierte Feldgröße der hydrostatische Druck. Der hydrostatische Druck ist der Druck, der sich innerhalb eines (ruhenden) Fluids, d.h. eines Gases oder einer Flüssigkeit, aufgrund der Gravitation einstellt. Die Isolinien des zugehörigen Feldes, das den hydrostatischen Druck als Funktion der Position beschreibt, verlaufen senkrecht zur Lotrichtung, d.h. horizontal. Der an einer Position vorliegende hydrostatische Druck hängt von der Vertikalkoordinate dieser Position ab, d.h. von der Lage der Position entlang der Lotrichtung, sodass die Messung des hydrostatischen Drucks an einer Messposition eine Ermittlung der Vertikalkoordinate der Messposition ermöglicht. Wenn sich das Objekt in einer Flüssigkeit befindet, so lässt sich seine Eintauchtiefe h und damit seine vertikale Position über den hydrostatischen Druck bestimmen. Wird von dem Feldgrößen-Detektor der hydrostatische Druck p gemessen, dann ergibt sich die Eintauchtiefe h als h = (p - p0) / (ρ.g), wobei g die Fallbeschleunigung, ρ die Dichte der Flüssigkeit, und p0 der an der Flüssigkeitsoberfläche vorliegende Umgebungsdruck sind. Indem der Feldgrößen-Detektor zum Erfassen des hydrostatischen Druckes ausgebildet ist, kann somit die vertikale Position des Feldgrößen-Detektors und somit auch des Objekts ermittelt werden.According to one embodiment, the field size detected by means of the field size detector is the hydrostatic pressure. The hydrostatic pressure is the pressure that is created within a (resting) fluid, ie a gas or a liquid, due to gravity. The isolines of the associated field, which describes the hydrostatic pressure as a function of the position, run perpendicular to the perpendicular, ie horizontally. The hydrostatic pressure present at a position depends on the vertical coordinate of this position, ie on the position of the position along the perpendicular direction, so that the measurement of the hydrostatic pressure at a measurement position enables the vertical coordinate of the measurement position to be determined. If the object is in a liquid, its immersion depth h and thus its vertical position can be determined via the hydrostatic pressure. If the hydrostatic pressure p is measured by the field size detector, the immersion depth h results as h = (p - p 0 ) / (ρ.g), where g is the gravitational acceleration, ρ the density of the liquid, and p 0 the an the ambient pressure present on the surface of the liquid. Since the field size detector is designed to detect the hydrostatic pressure, the vertical position of the field size detector and thus also of the object can be determined.

Demgemäß kann bezüglich des Messverfahrens vorgesehen sein, dass der Feldgrößen-Detektor zum Erfassen des hydrostatischen Druckes ausgebildet ist, und dass basierend auf den von dem Feldgrößen-Detektor erfassten Messwerten die Vertikalkoordinate der Position des Objektes ermittelt wird. Dementsprechend kann die Auswertevorrichtung derart ausgebildet sein, dass von ihr basierend auf den Messwerten des zum Erfassen des hydrostatischen Druckes ausgebildeten Feldgrößen-Detektors die vertikale Position des Objektes ermittelt wird.Accordingly, with regard to the measurement method, it can be provided that the field size detector is designed to detect the hydrostatic pressure, and that the vertical coordinate of the position of the object is determined based on the measured values detected by the field size detector. Accordingly, the evaluation device can be designed in such a way that it determines the vertical position of the object based on the measured values of the field size detector designed to detect the hydrostatic pressure.

Bei Ausgestaltung des Feldgrößen-Detektors zum Erfassen des hydrostatischen Drucks kann insbesondere vorgesehen sein, dass das Myonenteleskop eine wie vorstehend erläutert oberhalb und/oder unterhalb des Aufenthaltsbereichs angeordnete Detektoranordnung aufweist, und/oder dass das Objekt wie vorstehend erläutert innerhalb einer (z.B. in einem Behälter aufgenommenen) Flüssigkeit angeordnet ist. Denn in diesem Fall können mittels des Myonenteleskops auf natürlichem Wege in der Atmosphäre entstandene Myonen erfasst werden, deren Trajektorien im Wesentlichen entlang der Lotrichtung verlaufen, sodass bei Vorliegen quasi-zeitgleicher Detektionsereignisse am Myonenteleskop und am objektseitigen Myonendetektor bekannt ist, dass die Position des Objekts auf der zugehörigen (im Wesentlichen vertikal verlaufenden) Myonentrajektorie liegt, wobei jedoch die Vertikalkoordinate des Objekts zunächst unbekannt ist. Da der mittels des Feldgrößen-Detektors gemessene hydrostatische Druck jedoch von der Vertikalkoordinate abhängt, kann mittels der von dem Feldgrößen-Detektor ermittelten Messwerte auch die Vertikalkoordinate des Objekts bestimmt werden, sodass die Position des Objekts vollständig ermittelt werden kann.In the embodiment of the field size detector for detecting the hydrostatic pressure, it can be provided in particular that the muon telescope has a detector arrangement arranged above and / or below the location area, as explained above, and / or that the object, as explained above, within a (e.g. in a container absorbed) liquid is arranged. In this case, the muon telescope can be used to detect naturally occurring muons in the atmosphere, the trajectories of which essentially run along the perpendicular direction, so that if there are quasi-simultaneous detection events on the muon telescope and the object-side muon detector, it is known that the position of the object is of the associated (essentially vertical) muon trajectory, although the vertical coordinate of the object is initially unknown. However, since the hydrostatic pressure measured by the field size detector depends on the vertical coordinate, the vertical coordinate of the object can also be determined using the measured values determined by the field size detector, so that the position of the object can be determined completely.

In einigen Fällen kann ein ohnehin vorhandenes Feld genutzt werden, um mittels eines entsprechenden Feldgrößen-Detektors zur Ermittlung der Objektpositionierung beizutragen, z.B. das Erdgravitationsfeld. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, ein speziell für die Charakterisierung der Objektpositionierung vorgesehenes Feld zu erzeugen. Gemäß einer Ausführungsform weist die Messanordnung eine Vorrichtung zum Erzeugen eines inhomogenen Feldes auf (auch als Felderzeugungsvorrichtung bezeichnet), die zum Erzeugen eines Feldes der mittels des Feldgrößen-Detektors detektierten physikalischen Feldgröße ausgebildet ist. Die Felderzeugungsvorrichtung ist derart angeordnet und ausgebildet, dass das von ihr erzeugte Feld den Aufenthaltsbereich durchdringt. Die Felderzeugungsvorrichtung ist zum Erzeugen eines inhomogenen Feldes ausgebildet, sodass der Wert der Feldgröße entlang einer oder mehrerer Richtungen variiert und somit eine Messung der Feldgröße Rückschlüsse auf die Messposition ermöglicht.In some cases, a field that is already present can be used to help determine the object positioning by means of a corresponding field size detector, e.g. the earth's gravity field. However, provision can also be made to generate a field specially provided for characterizing the object positioning. According to one embodiment, the measuring arrangement has a device for generating an inhomogeneous field (also referred to as a field generating device), which is designed to generate a field of the physical field quantity detected by means of the field quantity detector. The field generating device is arranged and designed in such a way that the field generated by it penetrates the location area. The field generating device is designed to generate an inhomogeneous field, so that the value of the field size varies along one or more directions and thus a measurement of the field size enables conclusions to be drawn about the measurement position.

Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass das Myonenteleskop derart ausgebildet und angeordnet ist, dass von ihm Myonen erfasst werden können, deren Trajektorien bzw. deren Ausbreitungsrichtungen eine Komponente entlang einer vorgegebenen Hauptrichtung aufweisen, und dass die Felderzeugungsvorrichtung derart angeordnet und ausgebildet ist, dass sich innerhalb des von ihr erzeugten Feldes der Wert der Feldgröße entlang der Hauptrichtung ändert. Demgemäß können mittels des Myonenteleskops Myonen erfasst werden, deren Trajektorien einen Richtungsvektor mit einer parallel zu der Hauptrichtung verlaufenden Komponente aufweisen, z.B. Myonen deren Trajektorie parallel zu der Hauptrichtung verläuft. Es kann z.B. vorgesehen sein, dass das Myonenteleskop eine Detektoranordnung aufweist, die derart angeordnet und ausgebildet ist, dass von ihr Myonen erfasst werden können, deren Trajektorie einen Richtungsvektor mit einer parallel zu der Hauptrichtung verlaufenden Komponente aufweisen. Es kann z.B. vorgesehen sein, dass das Myonenteleskop eine Detektoranordnung mit zwei zueinander parallelen Detektorebenen aufweist, wobei die Detektoranordnung derart angeordnet ist, dass die Detektorebenen senkrecht zu der Hauptrichtung verlaufend angeordnet sind. Demgemäß sind die Detektorebenen also derart angeordnet, dass ihre Ebenennormalen parallel zu der Hauptrichtung verlaufen.In particular, it can be provided that the muon telescope is designed and arranged in such a way that it can detect muons whose trajectories or directions of propagation have a component along a predetermined main direction, and that the field generating device is arranged and designed such that within of the field it creates changes the value of the field size along the main direction. Accordingly, muons can be detected by means of the muon telescope whose trajectories have a direction vector with a component running parallel to the main direction, for example muons whose trajectory is parallel to the main direction. It can for example be provided that the muon telescope has a detector arrangement which is arranged and designed in such a way that it can detect muons whose trajectories have a direction vector with a component running parallel to the main direction. It can be provided, for example, that the muon telescope has a detector arrangement with two detector planes parallel to one another, the Detector arrangement is arranged such that the detector planes are arranged running perpendicular to the main direction. Accordingly, the detector planes are arranged in such a way that their plane normals run parallel to the main direction.

Indem mittels des Myonenteleskops Myonentrajektorien mit einer Komponente parallel zur Hauptrichtung erfasst werden und sich der Wert der Feldgröße entlang der Hauptrichtung ändert, kann mittels Ermittelns quasi-zeitgleicher Detektionsereignisse am Myonenteleskop und am Myonendetektor wie vorstehend erläutert die Position des Objekts als auf der Trajektorie liegend identifiziert werden, und mittels Erfassens der an der Position des Objekts vorliegenden Feldgröße kann zuverlässig die Lage des Objekts entlang der Hauptrichtung und somit auch der Lagepunkt des Objekts entlang der Trajektorie ermittelt werden.Since muon trajectories with a component parallel to the main direction are recorded by means of the muon telescope and the value of the field size changes along the main direction, the position of the object can be identified as lying on the trajectory by determining quasi-simultaneous detection events on the muon telescope and on the muon detector, as explained above , and by detecting the field size present at the position of the object, the position of the object along the main direction and thus also the position of the object along the trajectory can be reliably determined.

Es kann z.B. vorgesehen sein, dass die Hauptrichtung der Lotrichtung entspricht, d.h. dass die Hauptrichtung vertikal verläuft. In diesem Fall ist eine effektive Erfassung und Nutzung auf natürlichem Wege in der Atmosphäre entstandener Myonen möglich, da das Häufigkeitsmaximum von deren Richtungsverteilung im Zenit liegt, also der Lotrichtung und somit der Hauptrichtung entspricht.It can e.g. it can be provided that the main direction corresponds to the perpendicular direction, i.e. that the main direction is vertical. In this case, an effective collection and use of naturally formed muons in the atmosphere is possible, since the maximum frequency of their directional distribution is in the zenith, i.e. corresponds to the perpendicular and thus the main direction.

Die Felderzeugungsvorrichtung kann z.B. eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Magnetfeldes, eines elektrischen Feldes, eines Feldes elektromagnetischer Strahlung, eines Schallfeldes oder eines Strahlungsfeldes sein, zusammen mit den vorstehend für die jeweiligen Felder genannten Feldgrößen. Diese Felder können auf bekannte Art und Weise erzeugt werden, z.B. kann ein elektrisches Feld mittels elektrisch geladener Elemente und/oder mittels spannungsbeaufschlagter Elektroden, ein Magnetfeld mittels elektrischer Magnete und/oder Permanentmagnete, ein Schallfeld mittels eines oder mehrerer Schallemitter, und ein Strahlungsfeld mittels einer oder mehrerer Strahlungsquellen erzeugt werden.The field generating device can e.g. be a device for generating a magnetic field, an electric field, a field of electromagnetic radiation, a sound field or a radiation field, together with the field quantities mentioned above for the respective fields. These fields can be generated in known ways, e.g. an electric field can be generated by means of electrically charged elements and / or by means of electrodes subjected to voltage, a magnetic field by means of electric magnets and / or permanent magnets, a sound field by means of one or more sound emitters, and a radiation field by means of one or more radiation sources.

Die Felderzeugungsvorrichtung kann vollständig außerhalb des Aufenthaltsbereichs angeordnet sein. Bei Anordnung des Objekts innerhalb eines Behälters kann z.B. vorgesehen sein, dass die Felderzeugungsvorrichtung vollständig außerhalb des Behälters angeordnet ist. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Felderzeugungsvorrichtung teilweise oder vollständig innerhalb des Aufenthaltsbereichs angeordnet ist. Bei Anordnung des Objekts innerhalb eines Behälters kann z.B. vorgesehen sein, dass die Felderzeugungsvorrichtung teilweise oder vollständig innerhalb des Behälters angeordnet ist.The field generating device can be arranged completely outside the location area. When the object is arranged within a container, e.g. be provided that the field generating device is arranged completely outside the container. However, it can also be provided that the field generating device is arranged partially or completely within the location area. When the object is arranged within a container, e.g. it can be provided that the field generating device is arranged partially or completely inside the container.

Basierend auf der Ermittlung einer Myonenkoinzidenz, also zweier quasi-zeitgleicher Detektionsereignisse am Myonenteleskop und am objektseitigen Myonendetektor, kann die Positionierung des Objekts dahingehend charakterisiert werden, dass die Position des Objekts als auf der Trajektorie des Myons liegend identifiziert wird, wobei der Lagepunkt des Objekts entlang der Trajektorie z.B. wie vorstehend beschrieben mittels Erfassens einer physikalischen Feldgröße ermittelt werden kann.Based on the determination of a muon coincidence, i.e. two quasi-simultaneous detection events on the muon telescope and on the object-side muon detector, the positioning of the object can be characterized such that the position of the object is identified as lying on the trajectory of the muon, with the position point of the object along the trajectory e.g. can be determined as described above by detecting a physical field size.

Alternativ dazu kann vorgesehen sein, den Lagepunkt des Objekts entlang der Trajektorie anhand einer zweiten Myonenkoinzidenz zu ermitteln oder zumindest näherungsweise zu bestimmen. Wenn gleichzeitig oder innerhalb eines kurzen Zeitraums, innerhalb dessen die Position des Objekts zumindest näherungsweise als unverändert angenommen werden kann, zwei Myonenkoinzidenzen erfasst werden, dann ist bekannt, dass sich der Myonendetektor und somit auch das Objekt zum Ereigniszeitpunkt des ersten Myonendetektor-Detektionsereignisses auf der Trajektorie des ersten Myons und zum Ereigniszeitpunkt des zweiten Myonendetektor-Detektionsereignisses auf der Trajektorie des zweiten Myons befindet, wobei beide Trajektorien durch den Myonendetektor verlaufen.Wenn sich das Objekt in der Zeit zwischen den beiden Myonendetektor-Detektionsereignissen nicht bewegt hat, dann schneiden sich die beiden Myonentrajektorien somit am objektseitigen Myonendetektor, sodass bekannt ist dass sich der Myonendetektor und somit auch das Objekt am Schnittpunkt der beiden Trajektorien befindet, sodass die Position des Objekts durch Ermitteln des Schnittpunktes der Trajektorien ermittelt werden kann. Wenn sich das Objekt in der Zeit zwischen den beiden Detektionsereignissen bewegt hat oder aufgrund von Messunsicherheiten (z.B. verursacht durch Streuung der Myonen, wodurch diese geringfügig von der ermittelten geradlinigen Trajektorie abweichen können), kann es vorkommen dass die beiden Myonentrajektorien keinen gemeinsamen Schnittpunkt aufweisen. In diesem Fall kann z.B. vorgesehen sein, die Position der größten Annäherung der beiden Myonentrajektorien als Position des Objekts zu ermitteln. Demgemäß kann also vorgesehen sein, die Position der größten Annäherung (bzw. des geringsten Abstandes) der beiden Myonentrajektorien zu ermitteln, z.B. mittels eines Optimierungsverfahrens, und diese Position als Position des Objekts zu werten. Es kann z.B. vorgesehen sein, das Gemeinlot der beiden Myonentrajektorien zu ermitteln, und die Mitte des Gemeinlotes als Position des Objekts zu werten. Das Gemeinlot zweier windschiefer Geraden ist die Verbindungsstrecke mit der kleinsten Länge zwischen diesen Geraden.Alternatively, it can be provided that the position point of the object along the trajectory is determined or at least approximately determined on the basis of a second muon coincidence. If two muon coincidences are detected at the same time or within a short period of time within which the position of the object can be assumed to be at least approximately unchanged, then it is known that the muon detector and thus also the object are on the trajectory at the time of the first muon detector detection event of the first muon and at the time of the second muon detector detection event is on the trajectory of the second muon, both trajectories running through the muon detector. If the object has not moved in the time between the two muon detector detection events, then the two muon trajectories intersect thus on the object-side muon detector, so that it is known that the muon detector and thus also the object are located at the intersection of the two trajectories, so that the position of the object can be determined by determining the intersection of the trajectories. If the object has moved in the time between the two detection events or due to measurement uncertainties (e.g. caused by scattering of the muons, which can cause them to deviate slightly from the straight-line trajectory determined), the two muon trajectories may not have a common point of intersection. In this case e.g. be provided to determine the position of the closest approach of the two muon trajectories as the position of the object. Accordingly, it can be provided to determine the position of the closest approach (or the smallest distance) of the two muon trajectories, e.g. by means of an optimization process, and to evaluate this position as the position of the object. It can e.g. be provided to determine the common perpendicular of the two muon trajectories, and to evaluate the center of the common perpendicular as the position of the object. The common perpendicular of two skewed straight lines is the connecting line with the shortest length between these straight lines.

Gemäß einer Ausführungsform des Messverfahrens und der Messvorrichtung werden dementsprechend solche Paare von Myonenkoinzidenzen ermittelt, die beide innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne liegen, und basierend auf den beiden zugehörigen Myonentrajektorien wird die Positionierung des Objekts charakterisiert. According to one embodiment of the measuring method and the measuring device, those pairs of muon coincidences are determined which both lie within a predetermined time span and are based on the two associated muon trajectories, the positioning of the object is characterized.

Demgemäß wird eine erste Myonenkoinzidenz ermittelt, d.h. ein erstes 2-Tupel bzw. Paar aus einem ersten Myonendetektor-Detektionsereignis und einem ersten Myonenteleskop-Detektionsereignis, für welche die dazwischenliegende Zeitspanne nicht größer ist als der Koinzidenz-Schwellenwert, wobei die zu dem ersten Myonenteleskop-Detektionsereignis zugeordneten Myonentrajektorien-Daten eine erste Myonentrajektorie repräsentieren. Zudem wird eine zweite Myonenkoinzidenz ermittelt, d.h. ein zweites 2-Tupel bzw. Paar aus einem zweiten Myonendetektor-Detektionsereignis und einem zweiten Myonenteleskop-Detektionsereignis, für welche die dazwischenliegende Zeitspanne nicht größer ist als der Koinzidenz-Schwellenwert, wobei die zu dem zweiten Myonenteleskop-Detektionsereignis zugeordneten Myonentrajektorien-Daten eine zweite Myonentrajektorie repräsentieren.Accordingly, a first muon coincidence is determined, i.e. a first 2-tuple or pair of a first muon detector detection event and a first muon telescope detection event, for which the intervening time period is not greater than the coincidence threshold value, the muon trajectory data assigned to the first muon telescope detection event being a first muon trajectory represent. In addition, a second muon coincidence is determined, i.e. a second 2-tuple or pair of a second muon detector detection event and a second muon telescope detection event, for which the intervening time period is not greater than the coincidence threshold value, the muon trajectory data assigned to the second muon telescope detection event being a second muon trajectory represent.

Es werden jeweils zwei solche Myonenkoinzidenzen ermittelt, für welche die Zeitspanne zwischen den beiden Myonenkoinzidenzen einen vorgegebenen Schwellenwert nicht überschreitet (d.h. kleiner oder maximal genauso groß ist wie der vorgegebene Schwellenwert), sodass die Position des Objekts innerhalb dieser Zeitspanne als quasi-stationär angesehen werden kann. Dieser Schwellenwert kennzeichnet die Zeitspanne zwischen zwei Myonenkoinzidenzen, innerhalb derer die Position des Objekts als stationär bzw. quasi stationär angesehen werden kann, und wird daher auch als Stationaritäts-Schwellenwert bezeichnet. Die Zeitspanne zwischen der ersten und der zweiten Myonenkoinzidenz kann z.B. durch den Betrag der zeitlichen Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Myonendetektor-Detektionsereignis gegeben sein, d.h. durch den Betrag der Differenz zwischen den Ereigniszeitpunkten dieser beiden Detektionsereignisse. Die Zeitspanne zwischen der ersten und der zweiten Myonenkoinzidenz kann aber z.B. auch durch den Betrag der zeitlichen Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Myonenteleskop-Detektionsereignis gegeben sein, d.h. durch den Betrag der Differenz zwischen den Ereigniszeitpunkten dieser beiden Detektionsereignisse.Two such muon coincidences are determined for which the time span between the two muon coincidences does not exceed a specified threshold value (i.e. is smaller or at most as large as the specified threshold value), so that the position of the object within this time span can be viewed as quasi-stationary . This threshold value characterizes the time span between two muon coincidences within which the position of the object can be viewed as stationary or quasi-stationary, and is therefore also referred to as the stationarity threshold value. The period of time between the first and the second muon coincidence can e.g. be given by the amount of the time difference between the first and the second muon detector detection event, i.e. by the amount of the difference between the event times of these two detection events. The time span between the first and the second muon coincidence can e.g. also be given by the amount of the time difference between the first and the second muon telescope detection event, i.e. by the amount of the difference between the event times of these two detection events.

Der Stationaritäts-Schwellenwert ist entsprechend den im jeweiligen Fall vorliegenden Gegebenheiten zu wählen, und ist insbesondere abhängig von der maximal zulässigen Unsicherheit der zu ermittelnden Raumposition und der maximalen bzw. maximal erwartbaren Geschwindigkeit des Objektes. Es kann z.B. vorgesehen sein, dass der Stationaritäts-Schwellenwert TS der Bedingung T s Δ S m a x ν m a x ,

Figure DE102019131006B3_0002
genügt, wobei ΔSmax die maximal zulässige Unsicherheit der zu ermittelnden Raumposition und vmax die maximale bzw. maximal erwartbare Geschwindigkeit des Objektes bezeichnen. Alternativ oder zusätzlich dazu kann vorgesehen sein, dass der Stationaritäts-Schwellenwert maximal 1 s beträgt, z.B. maximal 500 ms, insbesondere maximal 100 ms (wobei s eine Sekunde und ms eine Millisekunde bezeichnet). Alternativ oder zusätzlich dazu kann vorgesehen sein, dass der Stationaritäts-Schwellenwert größer ist als der Koinzidenz-Schwellenwert.The stationarity threshold value is to be selected in accordance with the circumstances prevailing in the respective case and is particularly dependent on the maximum permissible uncertainty of the spatial position to be determined and the maximum or maximum expected speed of the object. It can be provided, for example, that the stationarity threshold value T S of the condition T s Δ S. m a x ν m a x ,
Figure DE102019131006B3_0002
is sufficient, where ΔS max denotes the maximum permissible uncertainty of the spatial position to be determined and v max denotes the maximum or maximum expected speed of the object. Alternatively or additionally, it can be provided that the stationarity threshold value is a maximum of 1 s, for example a maximum of 500 ms, in particular a maximum of 100 ms (where s denotes a second and ms denotes a millisecond). As an alternative or in addition to this, it can be provided that the stationarity threshold value is greater than the coincidence threshold value.

Basierend auf den dem ersten Myonenteleskop-Detektionsereignis zugeordneten Myonentrajektorien-Daten (welche die Trajektorie des ersten Myons repräsentieren) und den dem zweiten Myonenteleskop-Detektionsereignis zugeordneten Myonentrajektorien-Daten (welche die Trajektorie des zweiten Myons repräsentieren) wird die Positionierung des Objekts charakterisiert. Wie vorstehend erläutert, kann insbesondere vorgesehen sein, dass basierend auf den dem ersten Myonenteleskop-Detektionsereignis zugeordneten Myonentrajektorien-Daten und den dem zweiten Myonenteleskop-Detektionsereignis zugeordneten Myonentrajektorien-Daten eine Charakterisierung der Positionierung des Objekts dahingehend erfolgt, dass der Punkt der größten Annäherung der beiden Trajektorien ermittelt wird und als Position des Objekts gewertet wird. Der Punkt der größten Annäherung der beiden Myonentrajektorien kann z.B. durch ein Optimierungsverfahren ermittelt werden. Der Punkt der größten Annäherung der beiden Myonentrajektorien kann z.B. durch die Mitte des Gemeinlotes der beiden Myonentrajektorien gegeben sein. Für den Fall, dass die beiden Myonentrajektorien nicht windschief zueinander sind und sich schneiden, fällt dies mit dem Schnittpunkt der beiden Myonentrajektorien zusammen, sodass in diesem Fall der Punkt der größten Annäherung der beiden Myonentrajektorien durch den Schnittpunkt der beiden Trajektorien gegeben ist.The positioning of the object is characterized based on the muon trajectory data assigned to the first muon telescope detection event (which represent the trajectory of the first muon) and the muon trajectory data assigned to the second muon telescope detection event (which represent the trajectory of the second muon). As explained above, it can in particular be provided that, based on the muon trajectory data assigned to the first muon telescope detection event and the muon trajectory data assigned to the second muon telescope detection event, the positioning of the object is characterized in such a way that the point of greatest approximation of the two Trajectories is determined and is evaluated as the position of the object. The point of closest approach of the two muon trajectories can e.g. can be determined by an optimization process. The point of closest approach of the two muon trajectories can e.g. be given by the middle of the common perpendicular of the two muon trajectories. In the event that the two muon trajectories are not skewed to one another and intersect, this coincides with the point of intersection of the two muon trajectories, so that in this case the point of closest approach of the two muon trajectories is given by the point of intersection of the two trajectories.

Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass der Punkt der größten Annäherung der beiden Myonentrajektorien als die in der Zeit bzw. dem Zeitraum zwischen den beiden Myonenkoinzidenzen vorliegende Position des Objekts gewertet wird, z.B. als die in der Zeit zwischen dem ersten Myonendetektor-Detektionsergebnis und dem zweiten Myonendetektor-Detektionsergebnis vorliegende Position des Objekts. Es kann auch vorgesehen sein, dass der Punkt der größten Annäherung der beiden Myonentrajektorien als die zu einem Zeitpunkt zwischen den beiden Myonenkoinzidenzen vorliegende Position des Objekts gewertet wird, z.B. zu dem Zeitpunkt in der Mitte zwischen den der ersten und der zweiten Myonenkoinzidenz.In particular, it can be provided that the point of greatest approximation of the two muon trajectories is evaluated as the position of the object in the time or the period between the two muon coincidences, e.g. as the position in the time between the first muon detector detection result and the second Muon detector detection result present position of the object. It can also be provided that the point of greatest approximation of the two muon trajectories is evaluated as the position of the object at a point in time between the two muon coincidences, for example at the point in time in Middle between the first and second muon coincidences.

Analog zu dem Messverfahren kann hinsichtlich der Messanordnung vorgesehen sein, dass die Auswertevorrichtung zum Ermitteln jeweils zweier solcher Myonenkoinzidenzen ausgebildet ist, für welche die Zeitspanne zwischen den beiden Myonenkoinzidenzen einen vorgegebenen Stationaritäts-Schwellenwert nicht überschreitet, und dass die Auswertevorrichtung zum Charakterisieren der Positionierung des Objekts basierend auf den der ersten Myonenkoinzidenz zugeordneten Myonentrajektorien-Daten und den der zweiten Myonenkoinzidenz zugeordneten Myonentrajektorien-Daten ausgebildet ist. Auch das Charakterisieren der Positionierung des Objekts basierend auf zwei Myonenkoinzidenzen kann z.B. realisiert werden, indem die von dem objektseitigen Myonendetektor erfassten Daten entweder mittels der Signalübertragungseinrichtung instantan an die Auswertevorrichtung übertragen werden oder mittels der Datenspeichereinrichtung gespeichert und zu einem späteren Zeitpunkt mittels Auslesens der Datenspeichereinrichtung an die Auswertevorrichtung übertragen werden.Analogous to the measuring method, it can be provided with regard to the measuring arrangement that the evaluation device is designed to determine two such muon coincidences for which the time span between the two muon coincidences does not exceed a predetermined stationarity threshold value, and that the evaluation device is based on characterizing the positioning of the object is based on the muon trajectory data assigned to the first muon coincidence and the muon trajectory data assigned to the second muon coincidence. The characterization of the positioning of the object based on two muon coincidences can e.g. can be realized by the data captured by the object-side muon detector either being transmitted instantaneously to the evaluation device by means of the signal transmission device or stored by means of the data storage device and transmitted to the evaluation device at a later point in time by reading out the data storage device.

In einigen Fällen kann (zusätzlich zu oder anstatt der Kenntnis der Position) auch die Kenntnis der räumlichen Orientierung des Objektes von Interesse sein. Gemäß einer Ausführungsform wird das Objekt mit mehreren Myonendetektoren ausgestattet, die an unterschiedlichen Positionen angeordnet werden. Demgemäß kann das Objekt zwei oder mehr Myonendetektoren aufweisen, die an unterschiedlichen Positionen angeordnet sind, wobei ein jeweiliger Myonendetektor z.B. innerhalb des Objekts oder außen an dem Objekt angeordnet sein kann. Die Lage der objektseitigen Myonendetektoren relativ zueinander und relativ zu dem übrigen Objekt (auch als Relativpositionierung der Myonendetektoren bezeichnet) ist dabei bekannt.In some cases (in addition to or instead of knowing the position), knowing the spatial orientation of the object can also be of interest. According to one embodiment, the object is equipped with several muon detectors, which are arranged at different positions. Accordingly, the object may have two or more muon detectors arranged at different positions, with a respective muon detector e.g. can be arranged inside the object or outside of the object. The position of the object-side muon detectors relative to one another and relative to the rest of the object (also referred to as the relative positioning of the muon detectors) is known.

Bei Ausgestaltung des Objekts mit mehreren (d.h. zwei oder mehr) Myonendetektoren ist die Verarbeitungseinheit mit allen diesen Myonendetektoren verbunden und zum Erfassen der Myonendetektor-Detektionsereignisse aller dieser Myonendetektoren ausgebildet. In diesem Fall ist die Verarbeitungseinheit zum Übermitteln der Ereigniszeitpunkte der Myonendetektor-Detektionsereignisse aller Myonendetektoren an die Auswertevorrichtung ausgebildet, wobei von ihr für jeden übermittelten Ereigniszeitpunkt eines Myonendetektor-Detektionsereignisses auch Daten darüber, an welchem Myonendetektor das Myonendetektor-Detektionsereignis stattfand, an die Auswertevorrichtung übermittelt werden. Von der Verarbeitungseinheit werden also demgemäß Daten an die Auswertevorrichtung übertragen, welche die Ereigniszeitpunkte der Myonendetektor-Detektionsereignisse repräsentieren oder enthalten, und welche die Zuordnung eines jeweiligen Ereigniszeitpunktes zu dem Myonendetektor ermöglichen, von dem das Myonendetektor-Detektionsereignis registriert wurde.If the object is configured with several (i.e. two or more) muon detectors, the processing unit is connected to all of these muon detectors and is designed to record the muon detector detection events of all of these muon detectors. In this case, the processing unit is designed to transmit the event times of the muon detector detection events of all muon detectors to the evaluation device, and for each transmitted event time of a muon detector detection event, it also transmits data on which muon detector the muon detector detection event took place to the evaluation device . Accordingly, the processing unit transmits data to the evaluation device which represent or contain the event times of the muon detector detection events and which enable the assignment of a respective event time to the muon detector from which the muon detector detection event was registered.

Bei Ausgestaltung der Verarbeitungseinheit mit der Signalübertragungseinrichtung ist diese im Falle mehrerer objektseitiger Myonendetektoren derart ausgebildet, dass von ihr bei jedem Myonendetektor-Detektionsereignis an einem der Myonendetektoren sofort ein Signal ausgegeben wird, wobei zusammen mit dem Signal (z.B. als Bestandteil des Signals) Informationen dazu übertragen werden, an welchem der Myonendetektoren das das Signal auslösende Myonendetektor-Detektionsereignis stattfand, sodass eine Zuordnung jedes Signals zu einem der Myonendetektoren möglich ist.If the processing unit is configured with the signal transmission device, in the case of several object-side muon detectors, it is designed in such a way that it immediately outputs a signal at one of the muon detectors for each muon detector detection event, and together with the signal (e.g. as part of the signal), information about this is transmitted At which of the muon detectors the muon detector detection event triggering the signal took place, so that an assignment of each signal to one of the muon detectors is possible.

Bei Ausgestaltung der Verarbeitungseinheit mit der Zeiterfassungseinrichtung und der Datenspeichereinrichtung sind diese im Falle mehrerer objektseitiger Myonendetektoren derart ausgebildet, dass für jedes Myonendetektor-Detektionsereignis an einem der Myonendetektoren der Ereigniszeitpunkt gespeichert wird zusammen mit Daten bzw. Informationen darüber, an welchem Myonendetektor zu dem jeweiligen gespeicherten Zeitpunkt ein Myonendetektor-Detektionsereignis stattfand, sodass eine Zuordnung jedes gespeicherten Ereigniszeitpunktes zu einem der Myonendetektoren möglich ist.If the processing unit is designed with the time recording device and the data storage device, in the case of several object-side muon detectors, these are designed in such a way that for each muon detector detection event on one of the muon detectors, the time of the event is stored together with data or information about the muon detector at the respective stored time a muon detector detection event took place, so that an assignment of each stored event time to one of the muon detectors is possible.

Wenn zeitgleich (im Rahmen der Ausbreitungsgeschwindigkeit des Myons, die nahe Lichtgeschwindigkeit ist) ein Detektionsereignis im Myonenteleskop und Detektionsereignisse in mehreren objektseitigen Myonendetektoren registriert werden, so können diese Detektionsereignisse einem einzigen Myon zugeordnet werden. In diesem Fall ist bekannt, dass sich alle Myonendetektoren, an denen ein Detektionsereignis registriert wurde, auf der mittels des Myonenteleskops für dieses Myon ermittelbaren Trajektorie befinden, sodass anhand der bekannten Relativpositionierung der Myonendetektoren die räumliche Orientierung des Objekts (d.h. die Ausrichtung des Objekts im Raum) ermittelt oder zumindest eingegrenzt werden kann. Wenn z.B. ein mittels des Myonenteleskops erfasstes Myon durch zwei objektseitige Myonendetektoren hindurchtritt und an diesen registriert wird, dann kann die räumliche Orientierung des Objekts dahingehend charakterisiert werden, dass die Verbindungslinie zwischen diesen beiden Myonendetektoren auf der Trajektorie des Myons liegt.If a detection event in the muon telescope and detection events in several object-side muon detectors are registered at the same time (within the framework of the propagation speed of the muon, which is close to the speed of light), these detection events can be assigned to a single muon. In this case it is known that all muon detectors on which a detection event was registered are located on the trajectory that can be determined for this muon by means of the muon telescope, so that the spatial orientation of the object (i.e. the orientation of the object in space) is based on the known relative positioning of the muon detectors ) can be determined or at least limited. If e.g. If a muon detected by means of the muon telescope passes through two object-side muon detectors and is registered on them, the spatial orientation of the object can then be characterized in that the connecting line between these two muon detectors lies on the trajectory of the muon.

Gemäß einer Ausführungsform des Messverfahrens und der Messvorrichtung werden dementsprechend mehrere (d.h. zwei oder mehr) an unterschiedlichen Myonendetektoren registrierte Myonendetektor-Detektionsereignisse ermittelt, die quasi-zeitgleich zu ein und demselben Myonenteleskop-Detektionsereignis sind, und basierend auf den zugehörigen Myonentrajektorien-Daten und den Myonendetektor-Detektionsereignissen wird die räumliche Orientierung des Objekts charakterisiert. Es werden also zu einem einzigen Myonenteleskop-Detektionsereignis mehrere Myonendetektor-Detektionsereignisse ermittelt, die an unterschiedlichen objektseitigen Myonendetektoren erfasst werden, wobei für jedes der Myonendetektor-Detektionsereignisse die Zeitspanne zwischen dem Myonendetektor-Detektionsereignis und dem Myonenteleskop-Detektionsereignis nicht größer ist als der Koinzidenz-Schwellenwert, und basierend auf den dem Myonenteleskop-Detektionsereignis zugeordneten Myonentrajektorien-Daten wird unter Einbeziehung der bekannten Relativpositionierung der objektseitigen Myonendetektoren die räumliche Orientierung des Objekts charakterisiert.According to one embodiment of the measuring method and the measuring device, several (ie two or more) muon detector detection events registered on different muon detectors are determined, which are quasi-simultaneously to one and the same muon telescope Are detection events, and based on the associated muon trajectory data and the muon detector detection events, the spatial orientation of the object is characterized. Thus, for a single muon telescope detection event, several muon detector detection events are determined, which are recorded at different object-side muon detectors, the time span between the muon detector detection event and the muon telescope detection event not being greater than the coincidence threshold value for each of the muon detector detection events , and based on the muon trajectory data assigned to the muon telescope detection event, the spatial orientation of the object is characterized taking into account the known relative positioning of the object-side muon detectors.

Basierend auf dem Myonenteleskop-Detektionsereignis und den Myonendetektor-Detektionsereignissen kann die zur Zeit dieser Detektionsereignisse (z.B. in der Zeitspanne zwischen dem frühesten und dem spätesten dieser Detektionsereignisse) vorliegende räumliche Orientierung des Objekts charakterisiert werden. Es kann z.B. vorgesehen sein, dass basierend auf den entsprechenden Myonentrajektorien-Daten und der bekannten Lage der objektseitigen Myonendetektoren relativ zueinander eine Charakterisierung der räumlichen Orientierung des Objekts dahingehend erfolgt, dass die Verbindungslinie der die Myonendetektor-Detektionsereignisse registrierenden Myonendetektoren als auf der durch die Myonentrajektorien-Daten repräsentierten Myonentrajektorie liegend identifiziert wird.
Hinsichtlich der Messanordnung kann die Auswertevorrichtung zum Durchführen der vorstehend erläuterten Orientierungscharakterisierung ausgebildet sein. Demgemäß kann die Auswertevorrichtung insbesondere zum Ermitteln mehrerer Myonendetektor-Detektionsereignisse an unterschiedlichen Myonendetektoren, die alle quasi-zeitgleich zu einem gemeinsamen Myonenteleskop-Detektionsereignis sind, und zum Charakterisieren der räumlichen Orientierung des Objekts basierend auf den dem Myonenteleskop-Detektionsereignis zugeordneten Myonentrajektorien-Daten ausgebildet sein.
Based on the muon telescope detection event and the muon detector detection events, the spatial orientation of the object at the time of these detection events (for example in the time span between the earliest and the latest of these detection events) can be characterized. Provision can be made, for example, that based on the corresponding muon trajectory data and the known position of the object-side muon detectors relative to one another, the spatial orientation of the object is characterized in such a way that the connecting line of the muon detectors registering the muon detector detection events is based on the muon detector Data represented lying muon trajectory is identified.
With regard to the measuring arrangement, the evaluation device can be designed to carry out the orientation characterization explained above. Accordingly, the evaluation device can be designed in particular to determine several muon detector detection events on different muon detectors, which are all quasi-simultaneous with a common muon telescope detection event, and to characterize the spatial orientation of the object based on the muon trajectory data assigned to the muon telescope detection event.

Die Erfindung kann somit sehr allgemein z.B. eine Anordnung und ein Verfahren zur Lokalisation eines oder mehrerer Objekte innerhalb eines Volumens betreffen. Sie kann insbesondere für Anwendungen nützlich sein, bei denen

  1. 1. das Objekt nicht oder nur schwer mithilfe elektromagnetischer (einschließlich optischer Bildgebung, Röntgen- und Gammastrahlungsmessverfahren, Radar- und Infrarot-Messverfahren), akustischer, elektrischer, magnetischer oder anderer Mess- und Bildgebungsverfahren beobachtet oder lokalisiert werden kann. Dies ist etwa der Fall, wenn sich das Objekt innerhalb eines Mediums befindet, welches für Schall, elektrische, magnetische oder elektromagnetische Felder nicht oder schlecht durchdringbar ist oder innerhalb eines Gefäßes, welches keinen elektromagnetischen, magnetischen, akustischen oder elektrischen Zugang bietet.
  2. 2. das Objekt selbst mit Myonendetektoren und einer Verarbeitungseinheit ausgestattet werden kann und mit Hilfe der Verarbeitungseinheit eine Speicherung von Daten oder eine Übertragung von Daten zu mit der Außenwelt verbundenen Empfängern möglich ist.
  3. 3. die geforderte zeitliche Auflösung der Positionierungsermittlung klein ist, z.B. im Bereich von Sekunden oder langsamer ist.
The invention can thus very generally relate, for example, to an arrangement and a method for localizing one or more objects within a volume. It can be particularly useful for applications where
  1. 1. the object cannot be observed or located with difficulty using electromagnetic (including optical imaging, X-ray and gamma radiation measuring methods, radar and infrared measuring methods), acoustic, electrical, magnetic or other measuring and imaging methods. This is the case, for example, when the object is located within a medium that cannot be penetrated by sound, electrical, magnetic or electromagnetic fields or is difficult to penetrate, or within a vessel that does not offer any electromagnetic, magnetic, acoustic or electrical access.
  2. 2. the object itself can be equipped with muon detectors and a processing unit and, with the aid of the processing unit, data can be stored or data can be transmitted to recipients connected to the outside world.
  3. 3. The required temporal resolution of the positioning determination is small, for example in the range of seconds or slower.

Speziell ist die Erfindung anwendbar, um ein Objekt innerhalb eines Prozessvolumens, etwa in einem industriellen Apparat, zu lokalisieren, in dem sich ein intransparentes Medium befindet und es schwierig ist, das Objekt mit klassischen Verfahren basierend auf Schall, elektrischen oder magnetischen Feldern bzw. jeglicher Art elektromagnetischer Strahlung zu lokalisieren.
Das erfindungsgemäße Funktionsprinzip kann, wie vorstehend erläutert, mittels unterschiedlicher Ausführungsformen realisiert werden, wobei insbesondere die vier nachfolgend erläuterten Ausführungsformen zur Anwendung kommen können.
In particular, the invention can be used to localize an object within a process volume, for example in an industrial apparatus, in which a non-transparent medium is located and it is difficult to locate the object with classical methods based on sound, electric or magnetic fields or any To localize type of electromagnetic radiation.
As explained above, the functional principle according to the invention can be implemented by means of different embodiments, in particular the four embodiments explained below can be used.

Gemäß einer Ausführungsform kann z.B. vorgesehen sein, dass das Objekt über einen Feldgrößen-Detektor, z.B. einen Detektor zum Erfassen des hydrostatischen Drucks, und eine Verarbeitungseinheit mit einer Signalübertragungseinrichtung verfügt, wobei die Verarbeitungseinheit sofort bei Detektion eines Myons ein Signal zu einer Auswertevorrichtung sendet und die gemessene Feldgröße überträgt, und wobei die Auswertevorrichtung aus diesen Daten sowie der aus den Daten des Myonenteleskops ermittelten Trajektorie die Objektposition berechnet.According to one embodiment e.g. it can be provided that the object is detected via a field size detector, e.g. a detector for detecting the hydrostatic pressure, and a processing unit with a signal transmission device, wherein the processing unit sends a signal to an evaluation device immediately upon detection of a muon and transmits the measured field size, and the evaluation device from this data and from the data of the muon telescope determined trajectory calculates the object position.

Gemäß einer anderen Ausführungsform kann z.B. vorgesehen sein, dass das Objekt über einen Feldgrößen-Detektor, z.B. einen Detektor zum Erfassen des hydrostatischen Drucks, sowie eine Verarbeitungseinheit mit einer Zeiterfassungseinrichtung (z.B. einer internen hochgenauen elektronischen Uhr) verfügt, wobei die Verarbeitungseinheit jeden Zeitpunkt der Detektion eines Myons als Zeitstempel gemeinsam mit der erfassten Feldgröße in einer internen Datenspeichereinrichtung speichert. Gemäß dieser Ausführungsform werden von dem Myonenteleskop (z.B. von dessen Erfassungselektronik) bzw. der Auswertevorrichtung ebenfalls alle erfassten Myonentrajektorien mit Zeitstempel gespeichert. Nach Rückgewinnung des Objektes aus dem Prozess werden die Daten aus der internen Datenspeichereinrichtung des Objektes zu der Auswertevorrichtung (z.B. einem Computer) übertragen, dort auf Koinzidenz analysiert und aus den Koinzidenzen und Felddaten die zeitabhängigen Objektpositionen errechnet. According to another embodiment it can be provided, for example, that the object has a field size detector, e.g. a detector for detecting the hydrostatic pressure, as well as a processing unit with a time recording device (e.g. an internal high-precision electronic clock), the processing unit each time of detection of a muon as a time stamp together with the recorded field size in an internal data storage device. According to this embodiment, the muon telescope (for example its detection electronics) or the evaluation device also stores all detected muon trajectories with a time stamp. After the object has been recovered from the process, the data is taken from the internal The data storage device of the object is transferred to the evaluation device (eg a computer), where it is analyzed for coincidence and the time-dependent object positions are calculated from the coincidences and field data.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass das Objekt über einen Myonendetektor und eine Verarbeitungseinheit mit einer Signalübertragungseinrichtung verfügt, wobei die Verarbeitungseinheit sofort bei Detektion eines Myons ein Signal zu einer Auswertevorrichtung sendet, und wobei die Auswertevorrichtung für mindestens zwei Myonenkoinzidenzen die zugehörigen Trajektorien und daraus den Trajektorienschnittpunkt berechnet.According to a further embodiment, it can be provided that the object has a muon detector and a processing unit with a signal transmission device, the processing unit sending a signal to an evaluation device immediately upon detection of a muon, and the evaluation device the associated trajectories and from them for at least two muon coincidences calculates the trajectory intersection.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass das Objekt über einen Myonendetektor und eine Verarbeitungseinheit mit einer Zeiterfassungseinrichtung verfügt, wobei die Verarbeitungseinheit jeden Zeitpunkt der Detektion eines Myons als Zeitstempel in einer internen Datenspeichereinrichtung speichert. Gemäß dieser Ausführungsform werden von dem Myonenteleskop (z.B. von dessen Erfassungselektronik) bzw. der Auswertevorrichtung ebenfalls alle erfassten Myonentrajektorien mit Zeitstempel gespeichert. Nach Rückgewinnung des Objektes aus dem Prozess werden die Daten aus der internen Datenspeichereinrichtung des Objektes zu der Auswertevorrichtung (z.B. einem Computer) übertragen, dort auf Koinzidenzen analysiert und zeitabhängige Objektpositionen errechnet.According to a further embodiment it can be provided that the object has a muon detector and a processing unit with a time recording device, the processing unit storing each point in time of the detection of a muon as a time stamp in an internal data storage device. According to this embodiment, the muon telescope (e.g. its detection electronics) or the evaluation device also saves all recorded muon trajectories with a time stamp. After the object has been recovered from the process, the data is transferred from the internal data storage device of the object to the evaluation device (e.g. a computer), where it is analyzed for coincidences and time-dependent object positions are calculated.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren erläutert, wobei gleiche oder ähnliche Merkmale mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, hierbei zeigen schematisch:

  • 1 eine Schnittdarstellung einer Messanordnung bei der Durchführung eines Messverfahrens gemäß einer Ausführungsform,
  • 2 eine Ausgestaltung des Objekts gemäß einer Ausführungsform in einer Schnittdarstellung,
  • 3A eine Ausgestaltung einer Verarbeitungseinheit gemäß einer Ausführungsform,
  • 3B eine Ausgestaltung einer Verarbeitungseinheit gemäß einer weiteren Ausführungsform,
  • 4 eine Ausgestaltung des Objekts gemäß einer weiteren Ausführungsform in einer Schnittdarstellung, und
  • 5 eine Schnittdarstellung einer Messanordnung bei der Durchführung eines Messverfahrens gemäß einer weiteren Ausführungsform.
The invention is explained below on the basis of exemplary embodiments with reference to the accompanying figures, the same or similar features being provided with the same reference numerals, here schematically showing:
  • 1 a sectional view of a measuring arrangement when performing a measuring method according to an embodiment,
  • 2 a configuration of the object according to an embodiment in a sectional view,
  • 3A a configuration of a processing unit according to an embodiment,
  • 3B a configuration of a processing unit according to a further embodiment,
  • 4th an embodiment of the object according to a further embodiment in a sectional view, and
  • 5 a sectional view of a measuring arrangement when performing a measuring method according to a further embodiment.

1 zeigt eine Messanordnung 1 gemäß einer Ausführungsform beim Durchführen eines Messverfahrens gemäß einer Ausführungsform. Die Messanordnung 1 dient zum Charakterisieren der Positionierung eines Objektes 3 innerhalb eines vorgegebenen Aufenthaltsbereichs 5. Vorliegend handelt es sich bei dem Objekt 3 um ein auftriebsneutrales Objekt (z.B. um einen passiv im Medium treibenden instrumentierten Schwebekörper oder um ein Unterwasservehikel), das in einem Prozessbehälter 7 aus Metall angeordnet ist. Der Aufenthaltsbereich 5 ist vorliegend somit durch den Innenraum 5 des Prozessbehälters 7 gegeben, welcher auch als Prozessvolumen 5 bezeichnet wird. In dem Prozessbehälter 7 ist ein Medium 9, als Beispiel eine Flüssigkeit 9, aufgenommen, wobei das Objekt 3 sich innerhalb der Flüssigkeit 9 befindet. Das Medium 9 kann jedoch auch ein Feststoff sein. Im dargestellten geschlossenen Zustand ist der Prozessbehälter 7 rundum geschlossen. Das Objekt 3 ist nicht fixiert und kann innerhalb des Aufenthaltsbereichs 5 sowohl seine Position als auch seine räumliche Orientierung ändern. Die Messanordnung 1 weist ein Myonenteleskop 11 und eine Auswertevorrichtung 13 auf. 1 shows a measuring arrangement 1 according to one embodiment when performing a measurement method according to one embodiment. The measuring arrangement 1 is used to characterize the positioning of an object 3 within a given area 5 . In the present case it is the object 3 around a buoyancy-neutral object (e.g. around an instrumented float floating passively in the medium or around an underwater vehicle) that is in a process vessel 7th made of metal. The common area 5 is presently through the interior 5 of the process tank 7th given, which is also called the process volume 5 referred to as. In the process tank 7th is a medium 9 , for example a liquid 9 , recorded, with the object 3 within the liquid 9 is located. The medium 9 however, it can also be a solid. The process container is in the closed state shown 7th closed all around. The object 3 is not fixed and can be inside the common area 5 change both its position and its spatial orientation. The measuring arrangement 1 exhibits a muon telescope 11 and an evaluation device 13 on.

Das Myonenteleskop 11 ist außerhalb des Aufenthaltsbereichs 5 angeordnet, insbesondere außerhalb des Prozessbehälters 7, und ist derart ausgebildet, dass von ihm Myonen erfasst werden können, deren Trajektorien durch den Aufenthaltsbereich 5 verlaufen. Das Myonenteleskop 11 weist eine Detektoranordnung 15 und eine Auswerteeinheit auf, wobei die Auswerteeinheit des Myonenteleskops 11 vorliegend in die Auswertevorrichtung 13 der Messanordnung 1 integriert ist. Die Detektoranordnung 15 ist demgemäß mit der Auswertevorrichtung 13 verbunden, z.B. mittels einer Datenverbindung.The muon telescope 11 is outside the common area 5 arranged, in particular outside the process container 7th , and is designed in such a way that muons can be detected by it, their trajectories through the location area 5 run away. The muon telescope 11 has a detector array 15th and an evaluation unit, the evaluation unit of the muon telescope 11 present in the evaluation device 13 the measuring arrangement 1 is integrated. The detector arrangement 15th is accordingly with the evaluation device 13 connected, for example by means of a data connection.

Die Detektoranordnung 15 weist eine erste Detektorebene 17 und eine zweite Detektorebene 19 auf. Sowohl in der ersten 17 als auch in der zweiten 19 Detektorebene sind mehrere myonensensitive Einzeldetektoren 21 lückenlos angeordnet (wobei in 1 exemplarisch in der ersten Detektorebene 17 drei Einzeldetektoren 21 und in der zweiten Detektorebene 19 zwei Einzeldetektoren 21 gekennzeichnet sind). Die erste Detektorebene 17 und die zweite Detektorebene 19 verlaufen in einem Abstand parallel zueinander. Die Detektoranordnung 15 ist derart oberhalb des Prozessbehälters 7 (und somit auch oberhalb des Aufenthaltsbereichs 5) angeordnet, dass die beiden Detektorebenen 17, 19 horizontal verlaufen, d.h. parallel zur xy-Ebene des in 1 dargestellten kartesischen xyz-Koordinatensystems sind. Dadurch ist eine effektive Erfassung und Nutzung auf natürlichem Wege in der Atmosphäre entstandener Myonen ermöglicht.The detector arrangement 15th has a first detector plane 17th and a second detector plane 19th on. There are several muon-sensitive individual detectors in both the first 17 and second 19 detector levels 21st arranged without gaps (where in 1 exemplarily in the first detector level 17th three individual detectors 21st and in the second detector plane 19th two single detectors 21st Marked are). The first detector level 17th and the second detector plane 19th run parallel to each other at a distance. The detector arrangement 15th is so above the process tank 7th (and thus also above the common area 5 ) arranged that the two detector levels 17th , 19th run horizontally, i.e. parallel to the xy plane of the in 1 Cartesian xyz coordinate system shown. This enables the effective recording and use of naturally occurring muons in the atmosphere.

Die x-Achse und die y-Achse des in den Figuren dargestellten xyz-Koordinatensystems verlaufen horizontal, d.h. senkrecht zur Lotrichtung. Die z-Achse des in den Figuren dargestellten xyz-Koordinatensystems verläuft vertikal, d.h. parallel zur Lotrichtung.The x-axis and the y- The axes of the xyz coordinate system shown in the figures run horizontally, ie perpendicular to the perpendicular direction. The z-axis of the xyz coordinate system shown in the figures runs vertically, ie parallel to the perpendicular direction.

Die Detektoranordnung 15 ist derart dimensioniert, dass der Aufenthaltsbereich 5 vollständig von der Detektoranordnung 15 überdeckt wird, wobei die Projektion der Detektoranordnung 15 sowie der Detektorebenen 17 und 19 entlang der Lotrichtung z die Projektion des Aufenthaltsbereichs 5 entlang der Lotrichtung z umfasst. Bei der Ausführung nach 1 ist die Detektoranordnung 15 oberhalb des Aufenthaltsbereichs 5 angeordnet. Alternativ oder zusätzlich dazu kann jedoch vorgesehen sein, eine derartige Detektoranordnung 15 mit horizontal verlaufenden Detektorebenen 17, 19 unterhalb des Aufenthaltsbereichs 5 (z.B. unterhalb des Prozessbehälters 7) derart anzuordnen, dass die Projektion der Detektoranordnung 15 und der Detektorebenen 17, 19 entlang der Lotrichtung die Projektion des Aufenthaltsbereichs 5 entlang der Lotrichtung umfasst (nicht dargestellt).The detector arrangement 15th is dimensioned so that the living area 5 completely from the detector array 15th is covered, the projection of the detector arrangement 15th as well as the detector levels 17th and 19th along the perpendicular direction z the projection of the occupied area 5 includes along the perpendicular direction z. When running after 1 is the detector array 15th above the common area 5 arranged. Alternatively or in addition to this, however, such a detector arrangement can be provided 15th with horizontally running detector levels 17th , 19th below the common area 5 (e.g. below the process tank 7th ) to be arranged in such a way that the projection of the detector array 15th and the detector levels 17th , 19th the projection of the occupied area along the plumb line 5 includes along the perpendicular direction (not shown).

Tritt ein Myon entlang einer Trajektorie 23 von oben durch die Detektoranordnung 15 hindurch, spricht ein in der ersten Detektorebene 17 angeordneter erster Einzeldetektor 21 und ein in der zweiten Detektorebene 19 angeordneter zweiter Einzeldetektor 21 unter Erzeugung entsprechender Detektorsignale an. Mittels der Auswertevorrichtung 13 kann anhand der bekannten Raumkoordinaten (x1,y1,z1) des ersten Einzeldetektors und (x2,y2,z2) des zweiten Einzeldetektors die Myonentrajektorie 23 berechnet werden. Die Myonentrajektorie kann in vektorieller Notation in Parameterform als r = r1 + t · v geschrieben werden, wobei r1 = (x1, y1, z1)T den Ortsvektor des registrierenden ersten Einzeldetektors 21 in der ersten Detektorebene 17 bezeichnet, und wobei v = (xv, yv, zv)T = ((x2 - x1), (y2 - y1), (z2 - z1))T den Richtungsvektor der Trajektorie beschreibt, der sich aus der Lagedifferenz der beiden registrierenden Einzeldetektoren ergibt (wobei das hochgestellte T eine Transposition kennzeichnet). Der freie Parameter t beschreibt den Verlauf der Trajektorie und wird auch als freier Strahlparameter bezeichnet.If a muon occurs along a trajectory 23 from above through the detector arrangement 15th through, speaks in the first detector level 17th arranged first individual detector 21st and one in the second detector plane 19th arranged second individual detector 21st while generating corresponding detector signals. By means of the evaluation device 13 can use the known spatial coordinates (x 1 , y 1 , z 1 ) of the first individual detector and (x 2 , y 2 , z 2 ) of the second individual detector to determine the muon trajectory 23 be calculated. The muon trajectory can be written in vectorial notation in parameter form as r = r 1 + t * v, where r 1 = (x 1 , y 1 , z 1 ) T is the position vector of the first individual detector that records 21st in the first detector level 17th denotes, and where v = (x v , y v , z v ) T = ((x 2 - x 1 ), (y 2 - y 1 ), (z 2 - z 1 )) T describes the direction vector of the trajectory, which results from the difference in position of the two individual detectors (where the superscript T denotes a transposition). The free parameter t describes the course of the trajectory and is also referred to as the free beam parameter.

Von dem Myonenteleskop 11 wird das Detektieren eines Myons jeweils als Myonenteleskop-Detektionsereignis erfasst, indem die Detektorsignale der registrierenden Einzeldetektoren von der Detektoranordnung 15 an die Auswertevorrichtung 13 übermittelt und hier erfasst werden. Die Auswertevorrichtung 13 ist derart ausgebildet, dass von ihr für jedes mittels der Detektoranordnung 15 detektierte Myon Daten erfasst werden, welche die Trajektorie dieses Myons repräsentieren, wobei diese Daten auch als Myonentrajektorien-Daten bezeichnet werden. Somit wird von dem Myonenteleskop 11 jedes darauf auftreffende Myon als Myonenteleskop-Detektionsereignis erfasst, wobei jedem Myonenteleskop-Detektionsereignis Myonentrajektorien-Daten zugeordnet werden, welche die Trajektorie des entsprechenden Myons repräsentieren. Die Myonentrajektorien-Daten können z.B. die beiden Einzeldetektoren und/oder die Raumkoordinaten der beiden Einzeldetektoren kennzeichnen, mittels derer das jeweilige Myon detektiert wurde, wobei über deren Raumkoordinaten die Trajektorie des Myons berechenbar ist. Alternativ oder zusätzlich dazu können die Myonentrajektorien-Daten die bereits berechnete Myonentrajektorie enthalten.From the muon telescope 11 the detection of a muon is recorded as a muon telescope detection event in that the detector signals from the individual detectors are recorded by the detector arrangement 15th to the evaluation device 13 transmitted and recorded here. The evaluation device 13 is designed in such a way that by means of the detector arrangement 15th detected muon data are recorded which represent the trajectory of this muon, these data also being referred to as muon trajectory data. Thus, from the muon telescope 11 every muon impinging thereon is recorded as a muon telescope detection event, each muon telescope detection event being assigned muon trajectory data which represent the trajectory of the corresponding muon. The muon trajectory data can, for example, identify the two individual detectors and / or the spatial coordinates of the two individual detectors by means of which the respective muon was detected, the trajectory of the muon being calculable via their spatial coordinates. As an alternative or in addition to this, the muon trajectory data can contain the already calculated muon trajectory.

Die Auswertevorrichtung 13 ist mit dem Myonenteleskop 11 verbunden, vorliegend indem die Auswerteeinheit des Myonenteleskops 11 in die Auswertevorrichtung 13 der Messanordnung 1 integriert ist. Die Auswertevorrichtung 13 ist zum Erfassen und/oder Speichern der von dem Myonenteleskop 11 generierten Daten ausgebildet. Die Auswertevorrichtung 13 ist insbesondere zum Erfassen und/oder Speichern der Ereigniszeitpunkte der Myonenteleskop-Detektionsereignisse und der jedem Ereigniszeitpunkt (bzw. jedem Myonenteleskop-Detektionsereignis) zugeordneten Myonentrajektorien-Daten ausgebildet.The evaluation device 13 is with the muon telescope 11 connected, in this case the evaluation unit of the muon telescope 11 into the evaluation device 13 the measuring arrangement 1 is integrated. The evaluation device 13 is for acquiring and / or storing the data from the muon telescope 11 generated data. The evaluation device 13 is designed in particular to record and / or store the times of the muon telescope detection events and the muon trajectory data assigned to each time point (or each muon telescope detection event).

Das Objekt 3 ist mit mindestens einem Myonendetektor 25 ausgestattet. Vorliegend weist das Objekt als Beispiel vier objektseitige Myonendetektoren 25, 27, 29, 31 auf, die innerhalb des Objektes 3 angeordnet sind. Der besseren Übersichtlichkeit halber ist in 1 lediglich der zentrale Myonendetektor 25 dargestellt, wobei die 2 und 4 nähere Ausgestaltungsmöglichkeiten des Objekts 3 aus 1 zeigen, in denen auch die übrigen Myonendetektoren 27, 29, 31 und weitere Ausgestaltungsdetails gemäß den jeweiligen Ausführungsformen gezeigt sind. Als Beispiel weist das Objekt 3 einen kreisrunden Querschnitt auf, wobei der erste Myonendetektor 25 bezüglich des Querschnitts zentral bzw. mittig angeordnet ist, und wobei der zweite 27, dritte 29 und vierte 31 Myonendetektor an der Innenseite der Außenhülle des Objekts 3 in einer Reihe nebeneinander angeordnet sind. Tritt ein Myon entlang einer Trajektorie 23 durch einen der Myonendetektoren 25 - 31 hindurch, spricht dieser Myonendetektor unter Erzeugung eines Detektorsignals an, wobei das Detektieren eines Myons durch einen der objektseitigen Myonendetektoren 25 - 31 auch als Myonendetektor-Detektionsereignis bezeichnet wird. Bei der in den 2 und 4 dargestellten räumlichen Orientierung des Objekts 3 sind der zweite 27, dritte 29 und vierte 31 Myonendetektor im Wesentlichen oberhalb des ersten Myonendetektors 25 angeordnet.The object 3 is with at least one muon detector 25th fitted. In the present case, the object has four object-side muon detectors as an example 25th , 27 , 29 , 31 on that within the object 3 are arranged. For the sake of clarity, in 1 only the central muon detector 25th shown, with the 2 and 4th more detailed design options for the property 3 out 1 show in which the other muon detectors 27 , 29 , 31 and further configuration details according to the respective embodiments are shown. As an example, the object 3 a circular cross-section, the first muon detector 25th is arranged centrally with respect to the cross section, and wherein the second 27 , third 29 and fourth 31 Muon detector on the inside of the object's outer shell 3 are arranged in a row next to each other. If a muon occurs along a trajectory 23 by one of the muon detectors 25 - 31 through, this muon detector responds while generating a detector signal, the detection of a muon by one of the object-side muon detectors 25 - 31 also referred to as a muon detector detection event. In the 2 and 4th spatial orientation of the object shown 3 are the second 27 , third 29 and fourth 31 Muon detector essentially above the first muon detector 25th arranged.

Das Objekt 3 ist zudem mit einer Verarbeitungseinheit 33 ausgestattet, die innerhalb des Objektes 3 angeordnet ist und mit jedem der objektseitigen Myonendetektoren 25 - 31 verbunden ist, z.B. mittels einer Datenverbindung (siehe 2, 4). Von der Verarbeitungseinheit 33 werden die an den objektseitigen Myonendetektoren 25 - 31 stattfindenden Myonendetektor-Detektionsereignisse registriert, indem die Detektorsignale der Myonendetektoren an die Verarbeitungseinheit 33 übermittelt werden. Zudem werden die registrierten Myonendetektor-Detektionsereignisse von der Verarbeitungseinheit 33 verarbeitet bzw. der weiteren Verarbeitung zugeführt. Die Verarbeitungseinheit 33 ist zum Übermitteln von Informationen, welche die Ereigniszeitpunkte der Myonendetektor-Detektionssignale repräsentieren und die Zuordnung jedes Myonendetektor-Detektionsereignisses zu dem dasselbe detektierenden Myonendetektor ermöglichen, an die Auswertevorrichtung ausgebildet. Die 3A und 3B zeigen unterschiedliche Ausgestaltungsmöglichkeiten der Verarbeitungseinheit 33.The object 3 is also with a processing unit 33 equipped inside the property 3 is arranged and with each of the object-side muon detectors 25 - 31 connected, e.g. by means of a data connection (see 2 , 4th ). From the processing unit 33 will the object-side muon detectors 25 - 31 muon detector detection events taking place are registered by sending the detector signals from the muon detector to the processing unit 33 be transmitted. In addition, the registered muon detector detection events are recorded by the processing unit 33 processed or fed to further processing. The processing unit 33 is designed to transmit information which represents the times of the event of the muon detector detection signals and enables the assignment of each muon detector detection event to the muon detector detecting the same to the evaluation device. The 3A and 3B show different design options for the processing unit 33 .

Gemäß der in 3A dargestellten Ausführung weist die Verarbeitungseinheit 33 eine Signalübertragungseinrichtung 35 auf. Die Signalübertragungseinrichtung 35 ist derart ausgebildet, dass von ihr bei jedem Myonendetektor-Detektionsereignis sofort ein Signal ausgegeben und an die Auswertevorrichtung 33 übermittelt wird, wobei das Signal Daten bzw. Informationen enthält, die den Myonendetektor kennzeichnen, an dem das signalauslösende Myonendetektor-Detektionsereignis stattfand. Somit können von der Auswertevorrichtung anhand der Signalzeitpunkte die Ereigniszeitpunkte der Myonendetektor-Ereignisse erfasst werden und anhand der in dem Signal enthaltenen Daten identifiziert werden, an welchem Myonendetektor zu diesem Ereigniszeitpunkt ein Myonendetektor-Detektionsereignis stattfand. Die Übertragung der von der Signalübertragungseinrichtung 35 erzeugten Signale an die Auswertevorrichtung 13 erfolgt mittels einer Datenverbindung 41, z.B. einer drahtlosen bzw. kabellosen Datenverbindung (z.B. mittels einer Funkverbindung), oder einer drahtgebundenen bzw. kabelgebundenen Datenverbindung (z.B. mittels eines elektrischen Leiters oder einer optischen Faser).According to the in 3A The embodiment shown has the processing unit 33 a signal transmission device 35 on. The signal transmission device 35 is designed in such a way that it immediately outputs a signal for each muon detector detection event and sends it to the evaluation device 33 is transmitted, the signal containing data or information identifying the muon detector at which the signal-triggering muon detector detection event took place. The evaluation device can therefore use the signal times to detect the times of the muon detector events and, based on the data contained in the signal, identify the muon detector on which a muon detector detection event took place at this time. The transmission of the from the signal transmission device 35 generated signals to the evaluation device 13 takes place by means of a data connection 41 , for example a wireless or cordless data connection (for example by means of a radio link), or a wired or wired data connection (for example by means of an electrical conductor or an optical fiber).

Gemäß der in 3B dargestellten Ausführung weist die Verarbeitungseinheit 33 eine Zeiterfassungseinrichtung 37 und eine Datenspeichereinrichtung 39 auf und ist mittels der Zeiterfassungseinrichtung 37 zum Erfassen des Ereigniszeitpunktes jedes Myonendetektor-Detektionsereignisses ausgebildet. Die Verarbeitungseinheit 33 ist mittels der Datenspeichereinrichtung 39 zum Speichern des Ereigniszeitpunktes jedes Myonendetektor-Detektionsereignisses und zum Speichern von Daten bzw. Informationen darüber, an welchem der Myonendetektoren zu dem jeweiligen gespeicherte Ereigniszeitpunkt ein Myonendetektor-Detektionsereignis stattfand, ausgebildet. Gemäß dieser Ausführungsform ist die Auswertevorrichtung 13 zum Auslesen der Datenspeichereinrichtung 39 ausgebildet, sodass an der Auswertevorrichtung 13 mittels Auslesens der Datenspeichereinrichtung 39 die Ereigniszeitpunkte der Myonendetektor-Detektionsereignisse vorliegen und identifizierbar ist, an welchem der Myonendetektoren zu dem jeweiligen Ereigniszeitpunkt ein Myonendetektor-Detektionsereignis stattfand. Für den Fall der Ausgestaltung der Verarbeitungseinheit 33 gemäß 3B repräsentiert die gestrichelte Linie 41 in 1 das Auslesen der Datenspeichereinrichtung 39 durch die Auswertevorrichtung 13.According to the in 3B The embodiment shown has the processing unit 33 a time recording device 37 and a data storage device 39 and is by means of the time recording device 37 designed to detect the time of each muon detector detection event. The processing unit 33 is by means of the data storage device 39 designed to store the time of each muon detector detection event and to store data or information about which of the muon detectors at the respective stored event time a muon detector detection event took place. According to this embodiment, the evaluation device 13 for reading out the data storage device 39 formed so that on the evaluation device 13 by reading out the data storage device 39 the times of the muon detector detection events are present and it can be identified at which of the muon detectors a muon detector detection event took place at the respective time of the event. In the case of the design of the processing unit 33 according to 3B represents the dashed line 41 in 1 reading out the data storage device 39 by the evaluation device 13 .

Der Auswertevorrichtung 13 stehen somit sowohl die Ereigniszeitpunkte der Myonenteleskop-Detektionsereignisse samt den zugehörigen Myonentrajektorien-Daten als auch die Ereigniszeitpunkte der Myonendetektor-Detektionsereignisse samt deren Zuordnung zu dem jeweiligen Myonendetektor zur Verfügung.The evaluation device 13 Thus, both the event times of the muon telescope detection events including the associated muon trajectory data and the event times of the muon detector detection events including their assignment to the respective muon detector are available.

Die Auswertevorrichtung 13 ist zum Ermitteln zeitlich koinzidenter Myonenteleskop-Detektionsereignisse und Myonendetektor-Detektionsereignisse sowie zum Charakterisieren der Positionierung des Objekts 3 basierend auf den dem Myonenteleskop-Detektionsereignis zugeordneten Myonentrajektorien-Daten ausgebildet, wie nachfolgend am Beispiel des Myonendetektors 25 erläutert.The evaluation device 13 is for determining temporally coincident muon telescope detection events and muon detector detection events and for characterizing the positioning of the object 3 based on the muon trajectory data assigned to the muon telescope detection event, as follows using the example of the muon detector 25th explained.

Die Auswertevorrichtung 13 ist insbesondere zum Ermitteln solcher Myonenteleskop-Detektionsereignisse und am zentralen Myonendetektor 25 registrierter Myonendetektor-Detektionsereignisse ausgebildet, für welche die dazwischenliegende Zeitspanne nicht größer ist als ein vorgegebener Schwellenwert (der auch als Koinzidenz-Schwellenwert bezeichnet wird), und die somit als zeitlich koinzident bzw. quasi-zeitgleich angesehen werden können. Mit anderen Worten ausgedrückt, werden solche 2-Tupel bzw. Paare aus jeweils einem Myonenteleskop-Detektionsereignis und einem an dem Myonendetektor 25 detektierten Myonendetektor-Detektionsereignis ermittelt, für welche die Zeitspanne zwischen diesen beiden Detektionsereignissen kleiner als oder maximal genauso groß ist wie der Koinzidenz-Schwellenwert.The evaluation device 13 is especially for the determination of such muon telescope detection events and at the central muon detector 25th registered muon detector detection events for which the intervening period of time is not greater than a predetermined threshold value (which is also referred to as a coincidence threshold value) and which can thus be viewed as temporally coincident or quasi-simultaneous. In other words, such 2-tuples or pairs are each made up of one muon telescope detection event and one at the muon detector 25th detected muon detector detection event for which the time span between these two detection events is less than or at most as large as the coincidence threshold.

Die Auswertevorrichtung 13 ist derart ausgebildet, dass von ihr für ein derartiges Paar aus einem Myonenteleskop-Detektionsereignis und einem quasi-zeitgleich dazu an dem Myonendetektor 25 detektierten Myonendetektor-Detektionsereignis basierend auf den Myonentrajektorien-Daten, die dem Myonenteleskop-Detektionsereignis zugeordnet sind, die Positionierung des Objekts 3 charakterisiert wird, die zum Ereigniszeitpunkt des Myonendetektor-Detektionsereignisses vorliegt. Wenn zwei derartige quasi-zeitgleiche Detektionsereignisse im Myonenteleskop 11 und im Myonendetektor 25 registriert werden und somit demselben Myon zugeordnet werden, befindet sich der Myonendetektor 25 (und somit auch das Objekt 3) zur Zeit des Myonendetektor-Detektionsereignisses auf der Trajektorie 23 dieses Myons. Demgemäß ist die Auswertevorrichtung 13 derart ausgebildet, dass von ihr basierend auf den jeweiligen Myonentrajektorien-Daten eine Charakterisierung der Positionierung des Objekts 3 dahingehend erfolgt, dass die Position des Objekts 3 als auf der durch die Myonentrajektorien-Daten repräsentierten Myonentrajektorie 23 liegend identifiziert wird.The evaluation device 13 is designed in such a way that for such a pair of a muon telescope detection event and a quasi-simultaneous therewith on the muon detector 25th detected muon detector detection event based on the muon trajectory data associated with the muon telescope detection event, the positioning of the object 3 is characterized, which is present at the time of the muon detector detection event. If two such quasi-simultaneous detection events in the muon telescope 11 and in the muon detector 25th are registered and thus assigned to the same muon, the muon detector is located 25th (and thus also the object 3 ) at the time of the muon detector detection event on the trajectory 23 this muon. The evaluation device is accordingly 13 designed in such a way that it characterizes the positioning of the object based on the respective muon trajectory data 3 to the effect that the position of the object 3 than on the muon trajectory represented by the muon trajectory data 23 is identified lying down.

Basierend auf der Ermittlung quasi-zeitgleicher Detektionsereignisse am Myonenteleskop 11 und an dem Myonendetektor 25 kann die Positionierung des Objekts 3 dahingehend charakterisiert werden, dass die Position des Objekts 3 als zum jeweiligen Ereigniszeitpunkt auf der jeweiligen Myonentrajektorie 23 liegend identifiziert wird. Zum weiteren Charakterisieren der Positionierung des Objekts 3, z.B. zum genaueren Ermitteln der Position des Objekts und/oder zum Ermitteln der Orientierung bzw. Ausrichtung des Objekts im Raum, können weitere Informationen erforderlich sein, welche z.B. mittels weiterer Detektoren ermittelbar sind. Die 2 und 4 zeigen diesbezüglich unterschiedliche Ausgestaltungen des Objekts 3 gemäß unterschiedlichen Ausführungsformen der Erfindung.Based on the determination of quasi-simultaneous detection events on the muon telescope 11 and on the muon detector 25th can position the object 3 can be characterized as being the position of the object 3 than at the time of the event on the respective muon trajectory 23 is identified lying down. To further characterize the positioning of the object 3 For example, to more precisely determine the position of the object and / or to determine the orientation or alignment of the object in space, further information may be required, which can be determined, for example, by means of further detectors. The 2 and 4th show different configurations of the object in this regard 3 according to different embodiments of the invention.

Gemäß der in 2 veranschaulichten Ausführungsform weist das Objekt 3 einen Feldgrößen-Detektor 43 auf. Der Feldgrößen-Detektor 43 ist zum Erfassen einer physikalischen Feldgröße ausgebildet, wobei als Beispiel die mittels des Feldgrößen-Detektors 43 detektierte Feldgröße der hydrostatische Druck ist. Die Verarbeitungseinheit 33 ist mit dem Feldgrößen-Detektor verbunden, z.B. mittels einer Datenverbindung, und zum Übermitteln der jeweils zu den Ereigniszeitpunkten der Myonendetektor-Detektionsereignisse von dem Feldgrößen-Detektor 43 gemessenen Feldgrößen-Werte an die Auswertevorrichtung 13 ausgebildet. Die Auswertevorrichtung 13 ist zudem zum Charakterisieren der Positionierung des Objekts 3 unter Einbeziehung der von dem Feldgrößen-Detektor 43 erfassten Feldgrößen-Werte bzw. Messwerte ausgebildet.According to the in 2 illustrated embodiment, the object 3 a field size detector 43 on. The field size detector 43 is designed to detect a physical field size, using the field size detector as an example 43 The detected field size is the hydrostatic pressure. The processing unit 33 is connected to the field size detector, for example by means of a data connection, and for transmitting the muon detector detection events at the time of the event from the field size detector 43 measured field size values to the evaluation device 13 educated. The evaluation device 13 is also used to characterize the positioning of the object 3 taking into account that of the field size detector 43 recorded field size values or measured values.

Bei Ausgestaltung des Objekts 3 mit dem Feldgrößen-Detektor 43 und der Verarbeitungseinheit 33 gemäß 3A mit der Signalübertragungseinrichtung 35 ist diese z.B. derart ausgebildet, dass von ihr bei jedem Myonendetektor-Detektionsereignis sofort ein Signal ausgegeben wird, wobei zusammen mit dem Signal (z.B. als Bestandteil des Signals) die von dem Feldgrößen-Detektor 43 gemessene Feldgröße übertragen wird. Somit wird mit jedem Signal der zum Ereigniszeitpunkt des jeweiligen signalauslösenden Myonendetektor-Detektionsereignisses vorliegende Wert der Feldgröße an die Auswertevorrichtung 13 übertragen und kann von dieser zum Charakterisieren der Positionierung des Objekts 3 herangezogen werden.When designing the property 3 with the field size detector 43 and the processing unit 33 according to 3A with the signal transmission device 35 it is designed, for example, in such a way that it immediately emits a signal for each muon detector detection event, the field size detector together with the signal (for example as part of the signal) 43 measured field size is transmitted. Thus, with each signal, the value of the field size present at the time of the respective signal-triggering muon detector detection event is sent to the evaluation device 13 transmitted and can be used by this to characterize the positioning of the object 3 can be used.

Bei Ausgestaltung des Objekts 3 mit dem Feldgrößen-Detektor 43 und der Verarbeitungseinheit 33 gemäß 3B mit der Zeiterfassungseinrichtung 37 und der Datenspeichereinrichtung 39 ist die Datenspeichereinrichtung mittels der Zeiterfassungseinrichtung z.B. zum Speichern des Ereigniszeitpunktes für jedes Myonendetektor-Detektionsereignis ausgebildet, wobei zusammen mit jedem Ereigniszeitpunkt die zu diesem Ereigniszeitpunkt mittels des Feldgrößen-Detektors 43 gemessene Feldgröße gespeichert wird. Somit wird im Falle der Detektion eines Myons durch einen der objektseitigen Myonendetektoren 25 - 31 der Ereigniszeitpunkt zusammen mit dem zu diesem Ereigniszeitpunkt vorliegenden Wert der Feldgröße in der Datenspeichereinrichtung 39 gespeichert, sodass auch die Feldgrößen-Werte später von der Auswertevorrichtung 13 ausgelesen und zum Charakterisieren der Positionierung des Objekts 3 herangezogen werden können. Demgemäß ist in diesem Fall die Auswertevorrichtung 13 zum Auslesen der Zeitpunkte der Myonendetektor-Detektionsereignisse und der zu diesen Zeitpunkten gemessenen Feldgrößen-Werte aus der Datenspeichereinrichtung 39 ausgebildet.When designing the property 3 with the field size detector 43 and the processing unit 33 according to 3B with the time recording device 37 and the data storage device 39 the data storage device is designed by means of the time recording device, for example, to store the time of the event for each muon detector detection event, with the time taken at this time of the event by means of the field size detector 43 measured field size is saved. Thus, if a muon is detected by one of the object-side muon detectors 25 - 31 the time of the event together with the value of the field size present in the data storage device at this time of the event 39 saved, so that the field size values are also later received by the evaluation device 13 read out and to characterize the positioning of the object 3 can be used. The evaluation device is accordingly in this case 13 for reading out the times of the muon detector detection events and the field size values measured at these times from the data storage device 39 educated.

Mittels der Verarbeitungseinheit 33 werden somit die von dem Feldgrößen-Detektor 43 erfassten Messwerte der Auswertevorrichtung 13 zur Verfügung gestellt, wobei vorliegend von dem Feldgrößen-Detektor 43 der hydrostatische Druck als Feldgröße erfasst wird. Anhand des an der Position des Feldgrößen-Detektors 43 vorherrschenden hydrostatischen Druckes lässt sich die Eintauchtiefe h und somit auch die z-Koordinate zr des Feldgrößen-Detektors 43 (und somit auch des Objekts 3) bestimmen, wobei die Eintauchtiefe h die Höhe des Flüssigkeitsspiegels über der Position des Feldgrößen-Detektors 43 kennzeichnet. Zusammen mit der z-Koordinate zr der Position des Objekts 3 gemäß der obigen Gleichung für die Myonentrajektorie, wonach zr gegeben ist als zr = z1 + t · zv, ergibt sich der die Lage des Objekts 3 entlang der Myonentrajektorie 23 kennzeichnende Strahlparameter zu t = (zr - z1)/ zv = (z0 - h - z1)/ (z2 - z1). Da die z-Koordinate z0 des Flüssigkeitsspiegels und die z-Koordinaten z1 und z2 der Einzeldetektoren 21 in der ersten 17 bzw. zweiten 19 Detektorebene bekannt sind, und da die Eintauchtiefe h anhand des durch den Feldgrößen-Detektor 43 gemessenen hydrostatischen Druckes ermittelbar ist, kann der die Lage des Objekts 3 entlang der Myonentrajektorie 23 kennzeichnende Strahlparameter t bestimmt werden, sodass die Lage des Objekts 3 entlang der Myonentrajektorie und somit auch die Position des Objekts 3 vollständig ermittelt werden kann.By means of the processing unit 33 are thus those of the field size detector 43 recorded measured values of the evaluation device 13 made available, in the present case from the field size detector 43 the hydrostatic pressure is recorded as a field variable. Using the at the position of the field size detector 43 prevailing hydrostatic pressure, the immersion depth h and thus also the z coordinate z r of the field size detector 43 (and thus also of the object 3 ), where the immersion depth h is the height of the liquid level above the position of the field size detector 43 indicates. Together with the z coordinate z r of the position of the object 3 according to the above equation for the muon trajectory, according to which z r is given as z r = z 1 + t · z v , the position of the object results 3 along the muon trajectory 23 Characteristic beam parameters for t = (z r - z 1 ) / z v = (z 0 - h - z 1 ) / (z 2 - z 1 ). Since the z-coordinate z 0 of the liquid level and the z-coordinates z 1 and z 2 of the individual detectors 21st in the first 17 and second 19 detector levels are known, and since the immersion depth h is based on the value determined by the field size detector 43 measured hydrostatic pressure can be determined, the position of the object 3 along the muon trajectory 23 characteristic beam parameters t are determined, so that the position of the object 3 along the muon trajectory and thus also the position of the object 3 can be fully determined.

Demgemäß ist bei der Ausführung nach 2 die Auswertevorrichtung 13 derart ausgebildet, dass von ihr basierend auf der Ermittlung quasi-zeitgleicher Detektionsereignisse am Myonenteleskop 11 und am zentralen Myonendetektor 25 die Position des Objekts 3 als (zum jeweiligen Ereigniszeitpunkt) auf der jeweiligen Myonentrajektorie 23 liegend identifiziert wird, und dass von ihr basierend auf dem (zu diesem Ereigniszeitpunkt erfassten) Messwert des Feldgrößen-Detektors 43 die Lage bzw. Position des Objekts 3 entlang dieser Trajektorie 23 ermittelt wird.Accordingly, in the execution according to 2 the evaluation device 13 designed in such a way that based on the determination of quasi-simultaneous detection events on the muon telescope 11 and at the central muon detector 25th the Position of the object 3 than (at the time of the event) on the respective muon trajectory 23 is identified lying down, and that of it based on the measured value of the field size detector (recorded at this time of the event) 43 the location or position of the object 3 along this trajectory 23 is determined.

Bei der Ausführungsform nach 1 wird mit dem hydrostatischen Druck die Feldgröße eines ohnehin vorhandenen Feldes genutzt, um die Positionierung des Objektes 3 genauer zu bestimmen. Alternativ dazu kann vorgesehen sein, ein speziell für die Charakterisierung der Objektpositionierung vorgesehenes Feld mittels einer Felderzeugungsvorrichtung 45 zu erzeugen. Diesbezüglich zeigt 5 schematisch eine Ausführungsform einer Messanordnung 1 mit einer Felderzeugungsvorrichtung 45. Die Felderzeugungsvorrichtung 45 ist zum Erzeugen eines inhomogenen Feldes der mittels des Feldgrößen-Detektors 43 detektierten physikalischen Feldgröße ausgebildet, wobei die physikalische Feldgröße nicht durch den hydrostatischen Druck gegeben sein muss sondern auch eine beliebige andere Feldgröße sein kann. Die Felderzeugungsvorrichtung 45 kann z.B. eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Magnetfeldes, eines elektrischen Feldes, eines Feldes elektromagnetischer Strahlung, eines Schallfeldes oder eines Strahlungsfeldes sein, zusammen mit den vorstehend für die jeweiligen Felder genannten Feldgrößen.In the embodiment according to 1 the field size of an already existing field is used with the hydrostatic pressure to position the object 3 to determine more precisely. As an alternative to this, provision can be made for a field specially provided for characterizing the object positioning by means of a field generating device 45 to create. In this regard shows 5 schematically an embodiment of a measuring arrangement 1 with a field generating device 45 . The field generating device 45 is for generating an inhomogeneous field by means of the field size detector 43 detected physical field size, wherein the physical field size does not have to be given by the hydrostatic pressure but can also be any other field size. The field generating device 45 can for example be a device for generating a magnetic field, an electric field, a field of electromagnetic radiation, a sound field or a radiation field, together with the field variables mentioned above for the respective fields.

Die Felderzeugungsvorrichtung 45 ist derart angeordnet und ausgebildet, dass das von ihr erzeugte Feld den Aufenthaltsbereich 5 durchdringt. Die Felderzeugungsvorrichtung 45 ist zudem derart angeordnet und ausgebildet, dass sich innerhalb des von ihr erzeugten Feldes der Wert der Feldgröße entlang der Lotrichtung (d.h. entlang der z-Richtung) ändert. Da mittels der Detektoranordnung 15 Myonen erfasst werden, deren Trajektorie 23 bzw. deren Ausbreitungsrichtung eine (nichtverschwindende) Komponente entlang der z-Richtung als Hauptrichtung aufweist, ändert sich somit der Wert der Feldgröße innerhalb des von der Felderzeugungsvorrichtung 43 erzeugten Feldes entlang der Trajektorie dieser Myonen. Indem mittels des Myonenteleskops 11 Myonentrajektorien 23 mit einer Komponente parallel zur z-Richtung als Hauptrichtung erfasst werden und sich der Wert der Feldgröße innerhalb des von der Felderzeugungsvorrichtung 45 erzeugten Feldes entlang der z-Richtung ändert, kann mittels Ermittelns quasi-zeitgleicher Detektionsereignisse am Myonenteleskop 15 und am zentralen Myonendetektor 25 wie vorstehend erläutert die Position des Objekts 3 als auf der Trajektorie 23 liegend identifiziert werden, und mittels Erfassens der an der Position des Objekts 3 vorliegenden Feldgröße kann zuverlässig die Lage des Objekts entlang der z-Richtung und somit auch der Lagepunkt des Objekts 3 entlang der Trajektorie 23 ermittelt werden. In 5 ist der besseren Übersichtlichkeit halber lediglich der zentrale Myonendektektor 25 gezeigt. Hinsichtlich der übrigen Ausgestaltung, Anordnung und Funktionsweise des Objekts 3, des Myonenteleskops 11, der Auswertevorrichtung 13, der Myonendetektoren 25 - 31 und der Verarbeitungseinheit 33 entspricht die Ausführungsform nach 5 den zuvor mit Bezug auf die 1, 2, 3A und 3B beschriebenen Ausführungsformen, sodass diesbezüglich auf die vorstehenden Erläuterungen verwiesen wird.The field generating device 45 is arranged and designed in such a way that the field generated by it occupies the area 5 penetrates. The field generating device 45 is also arranged and designed in such a way that within the field it generates, the value of the field size changes along the perpendicular direction (ie along the z-direction). As by means of the detector arrangement 15th Muons are recorded, their trajectory 23 or whose direction of propagation has a (non-vanishing) component along the z-direction as the main direction, the value of the field size thus changes within the field-generating device 43 generated field along the trajectory of these muons. By using the muon telescope 11 Muon trajectories 23 with a component parallel to the z-direction as the main direction and the value of the field size within that of the field generating device 45 generated field changes along the z-direction, can by determining quasi-simultaneous detection events on the muon telescope 15th and at the central muon detector 25th as explained above, the position of the object 3 than on the trajectory 23 can be identified lying, and by detecting the at the position of the object 3 The present field size can reliably determine the position of the object along the z-direction and thus also the position point of the object 3 along the trajectory 23 be determined. In 5 is only the central muon detector for the sake of clarity 25th shown. With regard to the rest of the design, arrangement and functionality of the property 3 , the muon telescope 11 , the evaluation device 13 , the muon detectors 25 - 31 and the processing unit 33 corresponds to the embodiment according to 5 the previously referring to the 1 , 2 , 3A and 3B Embodiments described, so that reference is made to the above explanations in this regard.

Basierend auf der Ermittlung quasi-zeitgleicher Detektionsereignisse am Myonenteleskop 11 und am zentralen objektseitigen Myonendetektor 25 kann die Positionierung des Objekts 3 dahingehend charakterisiert werden, dass die Position des Objekts 3 als zum jeweiligen Ereigniszeitpunkt auf der jeweiligen Myonentrajektorie 23 liegend identifiziert wird. 4 veranschaulicht eine Ausführungsform, mittels derer die Position des Objektes 3 ohne Feldgrößen-Detektor genauer ermittelt werden kann. Gemäß der in 4 veranschaulichten Ausführungsform ist die Auswertevorrichtung 13 derart ausgebildet, dass von ihr Paare von jeweils zwei Myonenkoinzidenzen ermittelt werden, die beide innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne liegen, und basierend auf den beiden zugehörigen Myonentrajektorien die Positionierung des Objekts charakterisiert wird, wie nachfolgend am Beispiel des Myonendetektors 25 erläutert.Based on the determination of quasi-simultaneous detection events on the muon telescope 11 and at the central object-side muon detector 25th can position the object 3 can be characterized as being the position of the object 3 than at the time of the event on the respective muon trajectory 23 is identified lying down. 4th Figure 11 illustrates one embodiment by which the position of the object 3 can be determined more precisely without a field size detector. According to the in 4th The embodiment illustrated is the evaluation device 13 designed in such a way that pairs of two muon coincidences are determined from it, both of which lie within a predetermined time span, and the positioning of the object is characterized based on the two associated muon trajectories, as follows using the example of the muon detector 25th explained.

Gemäß der in 4 veranschaulichten Ausführungsform ist die Auswertevorrichtung 13 zum Ermitteln eines ersten Paares aus einem ersten Myonenteleskop-Detektionsereignis und einem am zentralen Myonendetektor 25 registrierten ersten Myonendetektor-Detektionsereignis ausgebildet, für welche die dazwischenliegende Zeitspanne nicht größer ist als der Koinzidenz-Schwellenwert, wobei die zu dem ersten Myonenteleskop-Detektionsereignis zugeordneten Myonentrajektorien-Daten eine erste Myonentrajektorie 23 repräsentieren. Die Auswertevorrichtung 13 ist zudem zum Ermitteln eines zweiten Paares aus einem zweiten Myonenteleskop-Detektionsereignis und einem am zentralen Myonendetektor 25 registrierten zweiten Myonendetektor-Detektionsereignis ausgebildet, für welche die dazwischenliegende Zeitspanne nicht größer ist als der Koinzidenz-Schwellenwert, wobei die zu dem zweiten Myonenteleskop-Detektionsereignis zugeordneten Myonentrajektorien-Daten eine zweite Myonentrajektorie 47 repräsentieren.According to the in 4th The embodiment illustrated is the evaluation device 13 for determining a first pair from a first muon telescope detection event and one at the central muon detector 25th registered first muon detector detection event for which the intervening period of time is not greater than the coincidence threshold value, the muon trajectory data associated with the first muon telescope detection event being a first muon trajectory 23 represent. The evaluation device 13 is also used to determine a second pair from a second muon telescope detection event and one at the central muon detector 25th registered second muon detector detection event, for which the intervening period of time is not greater than the coincidence threshold value, the muon trajectory data associated with the second muon telescope detection event being a second muon trajectory 47 represent.

Die Auswertevorrichtung 13 ist zudem derart ausgebildet, dass von ihr basierend auf den ersten Myonentrajektorien-Daten und den zweiten Myonentrajektorien-Daten die Positionierung des Objekts 3 charakterisiert wird, die in der Zeitspanne zwischen dem ersten Myonendetektor-Detektionsereignis und dem zweiten Myonendetektor-Detektionsereignis vorlag. Wenn zwei derartige Myonenkoinzidenzen registriert werden, befindet sich der Myonendetektor 25 (und somit auch das Objekt 3) zum Ereigniszeitpunkt des ersten Myonendetektor-Detektionsereignisses auf der ersten Myonentrajektorie 23 und zum Ereigniszeitpunkt des zweiten Myonendetektor-Detektionsereignisses auf der zweiten Myonentrajektorie 47.The evaluation device 13 is also designed in such a way that it is used to position the object based on the first muon trajectory data and the second muon trajectory data 3 is characterized, which was present in the period between the first muon detector detection event and the second muon detector detection event. If two such When muon coincidences are registered, the muon detector is located 25th (and thus also the object 3 ) at the time of the first muon detector detection event on the first muon trajectory 23 and at the time of the second muon detector detection event on the second muon trajectory 47 .

Die Auswertevorrichtung 13 ist zum Ermitteln der beiden Myonenkoinzidenzen derart ausgebildet, dass die dazwischenliegende Zeitspanne nicht größer ist als ein vorgegebener Schwellenwert. Dieser Schwellenwert kennzeichnet die Zeitspanne, innerhalb derer die Position des Objekts 3 als stationär bzw. quasi stationär angesehen werden kann, und wird daher auch als Stationaritäts-Schwellenwert bezeichnet. Die Auswertevorrichtung 13 kann insbesondere zum Ermitteln des ersten Paares und des zweiten Paares derart ausgebildet sein, dass die Zeitspanne zwischen dem ersten und dem zweiten Myonendetektor-Detektionsereignis nicht größer ist als der Stationaritäts-Schwellenwert und/oder dass die Zeitspanne zwischen dem ersten und dem zweiten Myonenteleskop-Detektionsereignis nicht größer ist als der Stationaritäts-Schwellenwert. Der Stationaritäts-Schwellenwert ist dabei größer gewählt als der Koinzidenz-Schwellenwert.The evaluation device 13 is designed to determine the two muon coincidences in such a way that the time interval between them is not greater than a predetermined threshold value. This threshold characterizes the time span within which the position of the object 3 can be viewed as stationary or quasi stationary, and is therefore also referred to as the stationarity threshold value. The evaluation device 13 can be designed in particular for determining the first pair and the second pair in such a way that the time span between the first and the second muon detector detection event is not greater than the stationarity threshold value and / or that the time span between the first and the second muon telescope detection event is not greater than the stationarity threshold. The stationarity threshold is selected to be greater than the coincidence threshold.

Die Auswertevorrichtung 13 ist zudem derart ausgebildet, dass von ihr basierend auf den ersten Myonentrajektorien-Daten und den zweiten Myonentrajektorien-Daten eine Charakterisierung der Positionierung des Objekts 3 dahingehend erfolgt, dass der Punkt der größten Annäherung der beiden Myonentrajektorien 23, 47 ermittelt wird und als Position des Objekts 3 gewertet wird. Der Punkt der größten Annäherung der beiden Myonentrajektorien 23, 47 kann z.B. durch die Mitte des Gemeinlotes der beiden Myonentrajektorien gegeben sein. Für den Fall, dass die beiden Myonentrajektorien 23, 47 einander schneiden (wie in 4 dargestellt), fällt dies mit dem Schnittpunkt der beiden Myonentrajektorien zusammen.The evaluation device 13 is also designed such that it characterizes the positioning of the object based on the first muon trajectory data and the second muon trajectory data 3 takes place to the effect that the point of closest approach of the two muon trajectories 23 , 47 is determined and as the position of the object 3 is rated. The point of closest approach of the two muon trajectories 23 , 47 can eg be given by the middle of the common perpendicular of the two muon trajectories. In the event that the two muon trajectories 23 , 47 intersect each other (as in 4th shown), this coincides with the intersection of the two muon trajectories.

Der Punkt der größten Annäherung der beiden Myonentrajektorien 23, 47 kann als die in der Zeit zwischen den beiden Myonenkoinzidenzen (z.B. als die in der Zeit zwischen dem ersten Myonendetektor-Detektionsergebnis und dem zweiten Myonendetektor-Detektionsergebnis) vorliegende Position des Objekts 3 gewertet werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass der Punkt der größten Annäherung der beiden Myonentrajektorien 23, 47 als die zu einem Zeitpunkt zwischen den beiden Myonenkoinzidenzen vorliegende Position des Objekts gewertet wird, z.B. zu dem Zeitpunkt in der Mitte zwischen den beiden Myonenkoinzidenzen (z.B. in der Mitte zwischen den beiden Ereigniszeitpunkten des ersten und des zweiten Myonendetektor-Detektionsereignisses).The point of closest approach of the two muon trajectories 23 , 47 can as the position of the object in the time between the two muon coincidences (for example as the position in the time between the first muon detector detection result and the second muon detector detection result) 3 get ranked. It can also be provided that the point of closest approach of the two muon trajectories 23 , 47 is evaluated as the position of the object at a point in time between the two muon coincidences, e.g. at the point in time in the middle between the two muon coincidences (e.g. in the middle between the two event times of the first and the second muon detector detection event).

Auch gemäß der in 4 veranschaulichten Ausführungsform kann die Verarbeitungseinheit 33 wie vorstehend beschrieben z.B. entweder mit der Signalübertragungseinrichtung 35 oder mit der Zeiterfassungseinrichtung 37 und der Datenspeichereinrichtung 39 ausgeführt sein und zum Übermitteln der entsprechenden Informationen an die Auswertevorrichtung 13 ausgebildet sein.Also according to the in 4th illustrated embodiment, the processing unit 33 as described above, for example either with the signal transmission device 35 or with the time recording device 37 and the data storage device 39 be executed and to transmit the corresponding information to the evaluation device 13 be trained.

Neben der Kenntnis der Position des Objekts 3 kann auch die Kenntnis der räumlichen Orientierung des Objektes 3 von Interesse sein.Besides knowing the location of the object 3 can also be knowledge of the spatial orientation of the object 3 be of interest.

Das Objekt 3 ist mit mehreren Myonendetektoren 25 - 31 ausgestattet, deren Lage relativ zueinander und relativ zu dem übrigen Objekt 3 (auch als Relativpositionierung der Myonendetektoren bezeichnet) bekannt ist. Die Verarbeitungseinheit 33 ist zum Übermitteln von Informationen, welche die Ereigniszeitpunkte der Myonendetektor-Detektionssignale aller objektseitigen Myonendetektoren repräsentieren und die Zuordnung jedes Myonendetektor-Detektionsereignisses zu dem dasselbe detektierenden Myonendetektor ermöglichen, an die Auswertevorrichtung 13 ausgebildet, sodass von der Auswertevorrichtung der Ereigniszeitpunkt jedes Myonendetektor-Detektionsereignisses dem entsprechenden Myonendetektor zuordenbar ist.The object 3 is with multiple muon detectors 25 - 31 equipped, their position relative to each other and relative to the rest of the property 3 (also known as the relative positioning of the muon detectors). The processing unit 33 is for transmitting to the evaluation device information which represents the time of occurrence of the muon detector detection signals of all object-side muon detectors and enables the assignment of each muon detector detection event to the same detecting muon detector 13 designed so that the event time of each muon detector detection event can be assigned to the corresponding muon detector by the evaluation device.

Die Auswertevorrichtung 13 ist zum Ermitteln mehrerer Myonendetektor-Detektionsereignisse ausgebildet, für die der zeitliche Abstand zu einem gemeinsamen Myonenteleskop-Detektionsereignis jeweils nicht größer ist als der Koinzidenz-Schwellenwert, sodass alle diese Detektionsereignisse einem einzigen Myon zugeordnet werden können. Die Auswertevorrichtung 13 ist zudem derart ausgebildet, dass von ihr basierend auf den dem gemeinsamen Myonenteleskop-Detektionsereignis zugeordneten Myonentrajektorien-Daten und unter Einbeziehung der bekannten Relativpositionierung der Myonendetektoren (insbesondere unter Einbeziehung der bekannten Lage der den jeweiligen Myonendetektor-Detektionsereignissen zugeordneten Myonendetektoren) die räumliche Orientierung des Objekts 3 charakterisiert wird.The evaluation device 13 is designed to determine several muon detector detection events for which the time interval to a common muon telescope detection event is not greater than the coincidence threshold value, so that all of these detection events can be assigned to a single muon. The evaluation device 13 is also designed in such a way that it determines the spatial orientation of the object based on the muon trajectory data assigned to the common muon telescope detection event and taking into account the known relative positioning of the muon detectors (in particular taking into account the known position of the muon detectors assigned to the respective muon detector detection events) 3 is characterized.

Wenn quasi-zeitgleich ein Detektionsereignis am Myonenteleskop und mehrere (d.h. zwei oder mehr) Detektionsereignisse an unterschiedlichen objektseitigen Myonendetektoren stattfinden und somit einem einzigen Myon zugeordnet werden können, befinden sich alle ein Detektionsereignis registrierenden Myonendetektoren auf der Myonentrajektorie, welche durch die dem Myonenteleskop-Detektionsereignis zugeordneten Myonentrajektorien-Daten repräsentiert wird. Die Auswertevorrichtung 13 ist demgemäß insbesondere derart ausgebildet, dass von ihr basierend auf den dem gemeinsamen Myonenteleskop-Detektionsereignis zugeordneten Myonentrajektorien-Daten und unter Einbeziehung der bekannten Relativpositionierung der Myonendetektoren die räumliche Orientierung des Objekts 3 dahingehend charakterisiert wird, dass die Verbindungslinie zwischen den ein Detektionsereignis registrierenden Myonendetektoren als auf der (durch die Myonentrajektorien-Daten repräsentierten) Myonentrajektorie liegend identifiziert wird. Dadurch kann die zur Zeit dieser Detektionsereignisse (z.B. in der Zeitspanne zwischen dem frühesten dieser Detektionsereignisse und dem spätesten dieser Detektionsereignisse) vorliegende räumliche Orientierung des Objekts 3 charakterisiert werden.If a detection event on the muon telescope and several (i.e. two or more) detection events on different object-side muon detectors take place quasi-simultaneously and can thus be assigned to a single muon, all muon detectors registering a detection event are located on the muon trajectory, which is caused by the detection event assigned to the muon telescope Muon trajectory data is represented. The evaluation device 13 is accordingly designed in particular in such a way that it determines the spatial orientation of the object based on the muon trajectory data assigned to the common muon telescope detection event and taking into account the known relative positioning of the muon detectors 3 It is characterized in that the connecting line between the muon detectors registering a detection event is identified as lying on the muon trajectory (represented by the muon trajectory data). As a result, the spatial orientation of the object present at the time of these detection events (for example in the time span between the earliest of these detection events and the latest of these detection events) can be made 3 be characterized.

Es kann zudem vorgesehen sein, für eine genauere Charakterisierung (z.B. für eine genaue bzw. vollständige Ermittlung) der räumlichen Orientierung des Objekts 3 eine oder mehrere weitere durch mindestens zwei Myonendetektoren verlaufende Myonentrajektorien zu ermitteln, und basierend auf den zugehörigen Myonentrajektorie-Daten und den auf der jeweiligen Myonentrajektorie angeordneten Myonendetektoren unter Einbeziehung der bekannten Relativpositionierung der Myonendetektoren die räumliche Orientierung des Objekts 3 zu charakterisieren.Provision can also be made for a more precise characterization (for example for an exact or complete determination) of the spatial orientation of the object 3 to determine one or more further muon trajectories running through at least two muon detectors, and based on the associated muon trajectory data and the muon detectors arranged on the respective muon trajectory, taking into account the known relative positioning of the muon detectors, the spatial orientation of the object 3 to characterize.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
MessanordnungMeasuring arrangement
33
Objektobject
55
Aufenthaltsbereich / Prozessvolumen / Prozessbehälter-InnenraumLiving area / process volume / process container interior
77th
ProzessbehälterProcess vessel
99
Medium / FlüssigkeitMedium / liquid
1111
MyonenteleskopMuon telescope
1313
AuswertevorrichtungEvaluation device
1515th
Detektoranordnung des MyonenteleskopsDetector arrangement of the muon telescope
1717th
erste Detektorebenefirst detector level
1919th
zweite Detektorebenesecond detector level
2121st
myonensensitiver Einzeldetektor der Detektoranordnung 15Muon-sensitive single detector of the detector arrangement 15
2323
Myonentrajektorie / erste MyonentrajektorieMuon trajectory / first muon trajectory
25 - 3125 - 31
objektseitiger Myonendetektorobject-side muon detector
3333
VerarbeitungseinheitProcessing unit
3535
SignalübertragungseinrichtungSignal transmission device
3737
ZeiterfassungseinrichtungTime recording device
3939
DatenspeichereinrichtungData storage facility
4141
Datenverbindung / SpeicherauslesenData connection / memory readout
4343
Feldgrößen-DetektorField size detector
4545
FelderzeugungsvorrichtungField generating device
4747
weitere Myonentrajektorie / zweite Myonentrajektoriefurther muon trajectory / second muon trajectory

Claims (14)

Verfahren zum Charakterisieren der Positionierung eines Objekts (3) innerhalb eines vorgegebenen Aufenthaltsbereichs (5), wobei - mittels mindestens eines, außerhalb des Aufenthaltsbereichs (5) angeordneten Myonenteleskops (11) darauf auftreffende Myonen als Myonenteleskop-Detektionsereignisse erfasst werden und zu jedem Myonenteleskop-Detektionsereignis Myonentrajektorien-Daten erfasst werden, welche die Trajektorie (23) des erfassten Myons repräsentieren, - das Objekt (3) mit mindestens einem Myonendetektor (25) ausgestattet wird, mittels dessen darauf auftreffende Myonen als Myonendetektor-Detektionsereignisse erfasst werden, und - solche Myonenteleskop-Detektionsereignisse und Myonendetektor-Detektionsereignisse ermittelt werden, für welche die dazwischenliegende Zeitspanne nicht größer ist als ein vorgegebener Koinzidenz-Schwellenwert, und basierend auf den zugehörigen Myonentrajektorien-Daten die Positionierung des Objekts (3) charakterisiert wird.Method for characterizing the positioning of an object (3) within a predetermined location area (5), wherein - by means of at least one muon telescope (11) arranged outside the area (5), muons striking it are recorded as muon telescope detection events and muon trajectory data are recorded for each muon telescope detection event, which represent the trajectory (23) of the recorded muon, - The object (3) is equipped with at least one muon detector (25), by means of which muons impinging on it are detected as muon detector detection events, and - those muon telescope detection events and muon detector detection events are determined for which the intervening period of time is not greater than a predetermined coincidence threshold value, and the positioning of the object (3) is characterized based on the associated muon trajectory data. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Objekt (3) mit einer Signalübertragsungseinrichtung (35) ausgestattet wird, mittels derer bei jedem Myonendetektor-Detektionsereignis ein Signal ausgegeben wird.Procedure according to Claim 1 wherein the object (3) is equipped with a signal transmission device (35) by means of which a signal is output for each muon detector detection event. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Objekt (3) mit einer Zeiterfassungseinrichtung (37) und einer Datenspeichereinrichtung (39) ausgestattet wird, und wobei für jedes Myonendetektor-Detektionsereignis der Ereigniszeitpunkt mittels der Datenspeichereinrichtung (39) gespeichert wird.Procedure according to Claim 1 or 2 wherein the object (3) is equipped with a time recording device (37) and a data storage device (39), and wherein for each muon detector detection event the time of the event is stored by means of the data storage device (39). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Objekt (3) mit mindestens einem Feldgrößen-Detektor (43) ausgestattet wird, der zum Erfassen einer physikalischen Feldgröße ausgebildet ist, und wobei die Positionierung des Objekts (3) unter Einbeziehung der von dem Feldgrößen-Detektor (43) erfassten Messwerte charakterisiert wird.Method according to one of the Claims 1 to 3 , the object (3) being equipped with at least one field size detector (43) which is designed to detect a physical field size, and the positioning of the object (3) taking into account the measured values detected by the field size detector (43) is characterized. Verfahren nach Anspruch 4, wobei mittels einer Felderzeugungsvorrichtung (45) ein inhomogenes Feld der physikalischen Feldgröße erzeugt wird.Procedure according to Claim 4 , wherein an inhomogeneous field of the physical field size is generated by means of a field generating device (45). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei - ein erstes Myonenteleskop-Detektionsereignis und ein erstes Myonendetektor-Detektionsereignis ermittelt werden, für welche die dazwischenliegende Zeitspanne nicht größer ist als der Koinzidenz-Schwellenwert, - ein zweites Myonenteleskop-Detektionsereignis und ein zweites Myonendetektor-Detektionsereignis ermittelt werden, für welche die dazwischenliegende Zeitspanne nicht größer ist als der Koinzidenz-Schwellenwert, und - die Positionierung des Objekts (3) basierend auf den dem ersten Myonenteleskop-Detektionsereignis zugeordneten Myonentrajektorien-Daten und den dem zweiten Myonenteleskop-Detektionsereignis zugeordneten Myonentrajektorien-Daten charakterisiert wird.Method according to one of the Claims 1 to 5 , wherein - a first muon telescope detection event and a first muon detector detection event are determined, for which the intermediate Time period is not greater than the coincidence threshold value, - a second muon telescope detection event and a second muon detector detection event are determined for which the time interval between is not greater than the coincidence threshold value, and - the positioning of the object (3) based on the muon trajectory data assigned to the first muon telescope detection event and the muon trajectory data assigned to the second muon telescope detection event are characterized. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei - das Objekt (3) mit mehreren Myonendetektoren (25, 27, 29, 31) ausgestattet wird, die eine vorgegebene Lage relativ zueinander aufweisen, - ein Myonenteleskop-Detektionsereignis und mehrere an unterschiedlichen Myonendetektoren erfasste Myonendetektor-Detektionsereignisse ermittelt werden, für welche die Zeitspanne zwischen dem Myonendetektor-Detektionsereignis und dem Myonenteleskop-Detektionsereignis jeweils nicht größer ist als der Koinzidenz-Schwellenwert, und - basierend auf den zugehörigen Myonentrajektorien-Daten unter Einbeziehung der Lage der Myonendetektoren relativ zueinander die räumliche Orientierung des Objekts (3) charakterisiert wird.Method according to one of the Claims 1 to 6th - The object (3) is equipped with several muon detectors (25, 27, 29, 31) which have a predetermined position relative to one another, - a muon telescope detection event and several muon detector detection events recorded on different muon detectors are determined for which the time span between the muon detector detection event and the muon telescope detection event is in each case not greater than the coincidence threshold value, and - based on the associated muon trajectory data, taking into account the position of the muon detectors relative to each other, the spatial orientation of the object (3) is characterized. Anordnung (1) zum Charakterisieren der Positionierung eines Objekts (3) innerhalb eines vorgegebenen Aufenthaltsbereichs (5), wobei das Objekt Bestandteil der Anordnung ist und mindestens einen Myonendetektor (25) aufweist, der zum Erfassen von darauf auftreffenden Myonen als Myonendetektor-Detektionsereignis ausgebildet ist, die Anordnung aufweisend: - mindestens ein Myonenteleskop (11), das zum Erfassen von darauf auftreffenden Myonen als Myonenteleskop-Detektionsereignis und zum Erfassen von Daten, welche die Trajektorie (23) eines erfassten Myons repräsentieren, als Myonentrajektorien-Daten ausgebildet ist, und - eine Auswertevorrichtung (13), die zum Ermitteln solcher Myonenteleskop-Detektionsereignisse und Myonendetektor-Detektionsereignisse, für welche die dazwischenliegende Zeitspanne nicht größer ist als ein vorgegebener Koinzidenz-Schwellenwert, und zum Charakterisieren der Positionierung des Objekts (3) basierend auf den zugehörigen Myonentrajektorien-Daten ausgebildet ist.Arrangement (1) for characterizing the positioning of an object (3) within a predetermined location area (5), the object being part of the arrangement and having at least one muon detector (25) which is designed as a muon detector detection event to detect muons that strike it , having the arrangement: - At least one muon telescope (11) which is designed as muon trajectory data for detecting muons impinging thereon as a muon telescope detection event and for detecting data which represent the trajectory (23) of a detected muon, and - An evaluation device (13), which is used to determine such muon telescope detection events and muon detector detection events for which the intervening period of time is not greater than a predetermined coincidence threshold value, and to characterize the positioning of the object (3) based on the associated muon trajectories Data is formed. Anordnung nach Anspruch 8, wobei das Objekt (3) eine Signalübertragungseinrichtung (35) aufweist, die derart ausgebildet ist, dass von ihr bei jedem Myonendetektor-Detektionsereignis ein Signal ausgegeben wird.Arrangement according to Claim 8 wherein the object (3) has a signal transmission device (35) which is designed in such a way that a signal is output by it for each muon detector detection event. Anordnung nach Anspruch 8 oder 9, wobei das Objekt (3) eine Zeiterfassungseinrichtung (37) und eine Datenspeichereinrichtung (39) aufweist, und wobei die Datenspeichereinrichtung mittels der Zeiterfassungseinrichtung zum Speichern des Ereigniszeitpunktes für jedes Myonendetektor-Detektionsereignis ausgebildet ist.Arrangement according to Claim 8 or 9 wherein the object (3) has a time recording device (37) and a data storage device (39), and wherein the data storage device is designed by means of the time recording device to store the time of the event for each muon detector detection event. Anordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei das Objekt (3) mindestens einen Feldgrößen-Detektor (43) aufweist, der zum Erfassen einer physikalischen Feldgröße ausgebildet ist, und wobei die Auswertevorrichtung (13) zum Charakterisieren der Positionierung des Objekts (3) unter Einbeziehung der von dem Feldgrößen-Detektor (43) erfassten Messwerte ausgebildet ist.Arrangement according to one of the Claims 8 to 10 , wherein the object (3) has at least one field size detector (43) which is designed to detect a physical field size, and wherein the evaluation device (13) for characterizing the positioning of the object (3) taking into account that of the field size detector (43) recorded measured values is formed. Anordnung nach Anspruch 11, wobei die Anordnung eine Felderzeugungsvorrichtung (45) aufweist, die zum Erzeugen eines inhomogenen Feldes der physikalischen Feldgröße ausgebildet ist.Arrangement according to Claim 11 wherein the arrangement has a field generating device (45) which is designed to generate an inhomogeneous field of the physical field size. Anordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei die Auswertevorrichtung (13) ausgebildet ist zum - Ermitteln eines ersten Myonenteleskop-Detektionsereignisses und eines ersten Myonendetektor-Detektionsereignisses, für welche die dazwischenliegende Zeitspanne nicht größer ist als der Koinzidenz-Schwellenwert, - Ermitteln eines zweiten Myonenteleskop-Detektionsereignisses und eines zweiten Myonendetektor-Detektionsereignisses, für welche die dazwischenliegende Zeitspanne nicht größer ist als der Koinzidenz-Schwellenwert, und - Charakterisieren der Positionierung des Objekts (3) basierend auf den dem ersten Myonenteleskop-Detektionsereignis zugeordneten Myonentrajektorien-Daten und den dem zweiten Myonenteleskop-Detektionsereignis zugeordneten Myonentraj ektorien -Daten.Arrangement according to one of the Claims 8 to 12 , wherein the evaluation device (13) is designed to - determine a first muon telescope detection event and a first muon detector detection event, for which the intervening time period is not greater than the coincidence threshold, - determine a second muon telescope detection event and a second muon detector Detection event for which the intervening period of time is not greater than the coincidence threshold value, and characterizing the positioning of the object (3) based on the muon trajectory data assigned to the first muon telescope detection event and the muon trajectories data assigned to the second muon telescope detection event . Anordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, wobei das Objekt (3) mehrere Myonendetektoren (25, 27, 29, 31) aufweist, und wobei die Auswertevorrichtung (13) ausgebildet ist zum - Ermitteln eines Myonenteleskop-Detektionsereignisses und mehrerer an unterschiedlichen Myonendetektoren (25, 27, 29, 31) erfasster Myonendetektor-Detektionsereignisse, für welche die Zeitspanne zwischen dem Myonendetektor-Detektionsereignis und dem Myonenteleskop-Detektionsereignis jeweils nicht größer ist als der Koinzidenz-Schwellenwert, und - Charakterisieren der räumlichen Orientierung des Objekts (3) basierend auf den zu dem Myonenteleskop-Detektionsereignis zugehörigen Myonentrajektorien-Daten unter Einbeziehung der Lage der Myonendetektoren relativ zueinander.Arrangement according to one of the Claims 8 to 13 , wherein the object (3) has several muon detectors (25, 27, 29, 31), and wherein the evaluation device (13) is designed to - determine a muon telescope detection event and several at different muon detectors (25, 27, 29, 31) detected muon detector detection events for which the period of time between the muon detector detection event and the muon telescope detection event is in each case not greater than the coincidence threshold value, and characterizing the spatial orientation of the object (3) based on the associated with the muon telescope detection event Muon trajectory data including the position of the muon detectors relative to each other.
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