JPH06138240A

JPH06138240A - ガンマ線計測装置

Info

Publication number: JPH06138240A
Application number: JP29168992A
Authority: JP
Inventors: Shozo Kasai; 省三葛西
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1992-10-29
Filing date: 1992-10-29
Publication date: 1994-05-20
Anticipated expiration: 2014-05-24
Also published as: JP2895330B2

Abstract

(57)【要約】【目的】周囲温度変化の影響及び統計ノイズが少な
く、管理が容易で、測定対象の変更にも精度良く対応で
き、測定精度が向上されたガンマ線計測装置を実現す
る。【構成】パルス発振器１８のパルス幅及びパルス波高
は、調整可能となっている。パルス発振器１８からのパ
ルス信号は温度補償回路１９を介して発光ダイオード１
７に供給される。発光ダイオード１７は、供給されたパ
ルス信号に従って発光する。発光ダイオード１７から発
生された光は光電子増倍管６にガンマ線によるプラシン
光と共に入射する。両光信号は増幅器１０で増幅され、
コンパレータ１１を通過したパルスは演算器１２で演算
されレベル信号となる。時定数回路２０に供給された両
光信号ＣＲ回路で減衰され、パルス幅に応じて、発光ダ
イオード光信号とプラシン信号とが分離される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、可燃性化学物
質や防爆性能が要求されるプラント、または、高温等の
悪環境において、非接触で液体のレベル、密度、厚さ等
を測定するガンマ線計測装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ガンマ線を利用した、レベル計、密度
計、厚さ計等のガンマ線計測装置がある。このガンマ線
計測装置においては、ガンマ線源から発せられるガンマ
線の減衰を利用して物理量の変化を計測する。この減衰
されたガンマ線は電離箱やシンチレータと光電子増倍管
と組合せたガンマ線検出器により検出される。そして、
検出されたガンマ線は、電気信号に変換され、物理量の
変化として計測できる。現在、一般的に使用されている
ガンマ線検出器はシンチレータと光電子増倍管を組合せ
たものが多く使用されている。シンチレータとしては液
体、固体が多く使用され、特に、アルカリ金属の塩にタ
リウムを混合したヨウ化ナトリウム（タリウム入り）や
ヨウ化セシウム（タリウム入り）等があり、使用量も大
きい。また、近年は高精度の測定や大形の検出器用とし
てプラスチックにタリウムを混合したプラスチックシン
チレータが使用されることもある。

【０００３】上記ガンマ線計測装置の例としては、特開
平２−７４８２７号公報に記載された者がある。図１６
は、上記ガンマ線計測装置の概略構成図である。図１６
において、容器１内には液体２が収容されており、この
液体２のレベルは、プラントの運転状況により変化す
る。容器１の一方側面側には、線源容器３内に入れられ
たコバルトやセシュウム等のガンマ線源４があり、容器
１をθで示す角度で照射する。また、容器１の他方側面
側には、プラスチックシンチレータ５と光電子増倍管６
とから成る検出器７（一点鎖線で示す）があり、それぞ
れの、図１６の上下方向の配置位置は、図に示す場合が
多い。容器１の形状等によりガンマ線源４を容器１の中
央部付近に配置することもある。

【０００４】プラスチックシンチレータ５（以下プラシ
ン５と略記する）と光電子増倍管６の間にはライトガイ
ド８があり、プラシン５がガンマ線の照射により発光し
た数１０〜数１００ナノ秒（ｎｓ）の光パルスが光電子
増倍管６に、効率良く伝達されるよう構成されている。
プラシン５とライトガイド８との接触面近傍にはライト
パルサ９が、光学的に結合して組込まれる。ライトパル
サ９は、ヨウ化ナトリウムシンチレータと線源量が微量
の、α線源としてのアメリシウム（Ａｍエネルギー３．
４ＭｅＶ）を組合せた非常に強い光パルスを出すもので
ある。アメリシウム線源は、その半減期が４３３年と永
い。したがって、アメリシウム線源は、長期的にも安定
な光源である。このような構成の検出器７からの光パル
ス信号は増幅器（アンプ）１０に供給され、増幅され
る。

【０００５】図１７は、アンプ１０の出力信号をマルチ
チャンネル波高分析器で分析した例を示すグラフであ
る。図１７において、横軸は、光パルス信号の波高ＰH
（パルスの高さ）であり、縦軸は、各波高における光パ
ルス数Ｎである。図中には２つの波高分布集団があり、
波高Ｂ以下と以上に分けられる。波高Ｂ以下の光パルス
は、コバルトやセシウム等のガンマ線源から放射された
ガンマ線が測定物体によって減衰され、プラシンに入射
して発生されたプラシン光のレベル信号である。したが
って、この波高分布集団は、容器１内の液体レベルによ
って光パルス数が変化する。波高Ｂ以上の光パルスの集
団はライトパルサ９によるものである。ライトパルサ９
の光はエネルギが３．４ＭｅＶとコバルトに比べ約２．
５倍大きいため、波高がコバルトやセシウムに比べ高
い。また、シンチレータがヨウ化ナトリウムの無機物を
使用しているため、波高分布も比較的幅の狭いガウス分
布をしており、レベル信号と混じることもない。このラ
イトパルサ９の光信号を利用して、以下に述べる測定系
の外乱による影響や経時変化をなくすように、測定系の
増幅度を自動補正し、安定な測定を実現している。

【０００６】すなわち、図１７において、増幅器１０の
光パルス出力は２つのコンパレータ１１及び１３で分離
される。第１のコンパレータ１１は、比較基準波高を図
１７のＣの値とし、ノイズ成分以上の波高信号を通過さ
せ、演算器１２でパルス数をレベル信号に演算変換し、
出力する。第２のコンパレータ１３は、比較基準波高を
ライトパルサ９による光パルス集団の中心波高値Ａとす
る。そして、Ａより波高の大きい光パルスのみ通過させ
て、演算器１４で予め設定されたパルス数と第２のコン
パレータ１３を通過したパルス数（すなわち、図１７に
斜線で示した部分のパルス数）を比較演算する。さら
に、演算器１４は、設定値との差がなくなるように、光
電子増倍管６への印加電圧を制御するＨＶ（High Volta
ge）制御回路１６に信号を供給する。高圧電源１５は、
ＨＶ制御回路１６からの信号に従って、光電子倍増管６
に高電圧を印加する。

【０００７】ライトパルサ９の発する光パルスの数は、
α線源の半減期が４３３年と永いため、非常に安定的で
ある。したがって、上記のように第２のコンパレータ１
３を通過するパルス数が一定となるように、高圧電源１
５を制御することにより、レベル信号を含めた光パルス
の測定系の増幅度を一定に保持できる。例えば、光電子
増倍管６の温度による増幅度変化（約−０．２〜−０．
４％／度Ｃ）、経年変化による増幅度変化、プラシン５
内の光透過率の変化、及び増幅器１０の増幅度の温度変
化が生じたとしても、全体としては光電子増倍管６の増
幅度は高圧電源１５出力電圧を変えて補正でき、レベル
を安定に測定できる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のガンマ線計測装置にあっては、測定系の安定度は、
室温近傍では非常に良好であるが、周囲温度が−１０〜
５０度Ｃと大幅に変化すると、ライトパルサ９に使用し
ているシンチレータであるヨウ化ナトリウムの発光能が
変化し、発光パルスの波高が変化してしまっていた。し
たがって、測定精度が劣化してしまっていた。

【０００９】また、α線の放射線源であるアメリシウム
には原子崩壊特有の統計ノイズがあり、計器精度を良好
なものとするためには、線源量の大きいものを使用する
か、数１０分間の積算計測が必要となり、測定時間が長
くなってしまうという問題点があった。

【００１０】さらに、ライトパルサ９として、α線の放
射線源を使用しているが、一般的に放射線源の管理は、
困難性があり、ガンマ線源の管理のみならず、α線源を
も管理しなければならず、管理に多大な経費や労力を費
やさねばならなかった。

【００１１】また、ライトパルサ９のパルス波高は、固
定的であり、所望の値に変化できるものではない。例え
ば、測定対象が密度が低いものから高いものに変化した
場合、ガンマ線源を放射エネルギーが小さい、例えば、
セシュウムから放射エネルギーが大きいコバルトに換え
る必要がある。この場合、α線源のパルス波高が固定的
であるで、コバルトの波高レベルとα線源の波高レベル
とがオーバーラップしてしまう。したがって、ガンマ線
源のパルスとα線源のパルスとの明確な分離が困難とな
り、測定精度が低下してしまっていた。

【００１２】本発明の目的は、周囲温度変化の影響及び
統計ノイズが少なく、管理が容易で、測定対象の変更に
も精度良く対応でき、測定精度が向上されたガンマ線計
測装置を実現することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するため、次のように構成される。測定容器の一方の
側に配置されたガンマ線源と、上記測定容器を間にして
上記ガンマ線源と対向する位置に配置された棒状プラス
チックシンチレータと、この棒状プラスチックシンチレ
ータの一端に直接又はライトガイドを介して光信号を受
信する光電気変換手段とを有し、この光電気変換手段の
出力パルス信号のパルス計数率により、上記測定容器内
の被測定物のレベルや密度などの変化を計測するガンマ
線計測装置において、出力パルス幅が調整可能なパルス
信号発生手段と、上記パルス信号発生手段からのパルス
信号に基づいて、ガンマ線源から発生されるパルス信号
のパルス幅とは異なるパルス幅の光パルス信号を発生す
る基準光発生手段と、上記パルス信号発生手段から発生
されるパルス信号の波高を、周囲温度の変化に応じて変
化させ、上記基準光発生手段から発生される光パルス信
号の発光量が周囲温度の変化に関係なくほぼ一定量とさ
せる温度補償手段と、上記光電気変換手段を介して供給
される上記基準光発生手段からのパルス信号のパルス数
が、所定の値となるように、上記光電気変換手段への供
給電圧を変化させる電圧制御手段と、を備える。

【００１４】また、ガンマ線計測装置において、出力パ
ルス信号の波高レベルが調整可能なパルス信号発生手段
と、上記パルス信号発生手段からのパルス信号に基づい
て、ガンマ線源から発生されるパルス信号の波高レベル
とは異なる波高レベルの光パルス信号を発生する基準光
発生手段と、上記パルス信号発生手段から発生されるパ
ルス信号の波高を、周囲温度の変化に応じて変化させ、
上記基準光発生手段から発生される光パルス信号の発光
量が周囲温度の変化に関係なくほぼ一定量とさせる温度
補償手段と、上記光電気変換手段を介して供給される、
上記基準光発生手段からのパルス信号のパルス数が所定
の値となるように、上記光電気変換手段への供給電圧を
変化させる電圧制御手段と、を備える。

【００１５】また、ガンマ線計測装置において、出力パ
ルス数が一定したパルス信号発生手段と、上記パルス信
号発生手段からのパルス信号に基づいて、所定のパルス
数である光パルス信号を発生する基準光発生手段と、上
記パルス信号発生手段から発生されるパルス信号の波高
を、周囲温度の変化に応じて変化させ、上記基準光発生
手段から発生される光パルス信号の発光量が周囲温度の
変化に関係なくほぼ一定量とさせる温度補償手段と、上
記光電気変換手段を介して供給される、上記基準光発生
手段からのパルス信号のパルス数が所定の値となるよう
に、上記光電気変換手段への供給電圧を変化させる電圧
制御手段と、を備える。

【００１６】好ましくは、上記ガンマ線計測装置におい
て、基準光発生手段は、発光ダイオードが用いられる。
また、好ましくは、上記ガンマ線計測装置において、発
生光量の異なる２つの発光ダイオードを使用し、実質的
に交互に発光される。また、好ましくは、上記ガンマ線
計測装置において、２つの発光ダイオードのうちの一方
は、温度補償手段により、温度補償され、発光量が温度
変化に関係なくほぼ一定量であり、２つの発光ダイオー
ドのうちの他方は、温度補償されず、温度変化に従って
発光量が変化するように構成される。

【００１７】

【作用】基準光発生手段が発生する光量は、温度補償手
段により、温度補償され、周囲温度の変化に関係なく、
ほぼ一定量となる。電圧制御手段は、基準光発生手段か
らのパルス信号のパルス数が所定の値となるように、光
電気変換手段への供給電圧を調整する。基準光発生手段
の発生光量は、安定しているで、電圧制御手段による供
給電圧の調整は、高精度に実行される。したがって、被
測定物のレベルや密度等が正確に測定される。温度補償
された基準光発生手段の他に、周囲温度の変化によって
発生光量が変化する光発生手段を配置して、周囲温度の
状態を検出することもできる。

【００１８】

【実施例】図１は、本発明の一実施例であるガンマ線計
測装置の概略構成図である。この図１の例と図１６の従
来例と異なる点は、プラシン５の下部近傍に配置された
発光ダイオード１７（基準光発生素子）と、発光ダイオ
ード１７を励起するパルス発振器１８と、周囲温度が変
化しても発光ダイオード１７の発光量が一定となるよう
に、発光ダイオード１７に流れる電流を制御する温度補
正回路１９と、時定数回路２０とが配置されていること
である。図１において、パルス発振器１８のパルス幅及
びパルス波高は、調整可能となっている。このパルス発
振器１８からのパルス信号は、温度補償回路１９を介し
て発光ダイオード１７に供給される。そして、発光ダイ
オード１７は、供給されたパルス信号に従って発光す
る。発光ダイオード１７から発生された光は、検出器７
内で散乱反射し、プラスチックシンチレータ５に入射す
る。そして、シンチレータ５内で更に散乱反射して、光
電子増倍管６にガンマ線によるプラシン光と共に入射す
る。両光信号（パルス幅は、互いに異なる）は、増幅器
１０で増幅され、第１のコンパレータ１１を通過したパ
ルスは、演算器１２で演算され、正規化されたレベル信
号となり、図示しない変換器に供給される。

【００１９】一方、時定数回路２０に供給された両光信
号はτ＝ＣＲの時定数を有するＣＲ回路で減衰され、パ
ルス幅に応じて、パルス波高分布が図８に示す分布から
図９に示す分布のように、発光ダイオード光信号（斜線
部）とプラシン信号とが分離した分布となる。発光ダイ
オード光とプラシン光とを更に精度良く分離するため、
第２のコンパレータ１３の前段に発光ダイオードの励起
パルスで同期検波する検波器を設けてもよい。

【００２０】さて、時定数回路２０を通過して得られた
信号は、第２コンパレータ１３により、図９に示す比較
電圧ＶC2以上の信号が選別され、演算器１４に供給され
る。そして、演算器１４においては、コンパレータ１３
を通過した発光ダイオード光信号の計数値が、一定にな
るように次式（１）で示すＰＩ制御をし、ＨＶ制御回路
１６に制御信号を供給する。そして、ＨＶ制御回路１６
により、高圧電源１５から光電子増倍管６に供給される
電圧が制御される。ＭＶ＝（１／ＰＢ）（ＰＳ−（Ｐin／Ｐr））／（Ｔi＋１） −−− （１）ただし、ＭＶは制御出力、ＰＢは比例帯、Ｐinは第２の
コンパレータ１３を通過した発光ダイオードのパルス
数、Ｐｒは発光ダイオード全パルス数（励起周波数）、
ＰＳはパルス数ＰinとＰｒとの比の基準値、Ｔiは積分
時間である。ＰinとＰｒとの比Ｐin／Ｐｒは、０．０２
≦Ｐin／Ｐr≦０．２、０．８≦Ｐin／Ｐr≦０．９８に
設定される。

【００２１】一般的には、半導体部品である発光ダイオ
ード１７の発光量は、周囲温度の影響を受ける。しか
し、発光ダイオード１７の周囲温度による影響は、十分
に補正できる。つまり、発光ダイオード１７は、発光量
が周囲温度で−０．３〜−０．５％／度Ｃの割合で変わ
るため、発光ダイオード１７の温度を検出して、発光量
が一定となるように温度補償をする必要がある。図２
は、温度補償回路１９の一例を示す回路図であり、感温
素子であるサーミスタＲTと抵抗Ｒ1及びＲ2を用いた例
である。図２において、発光ダイオード１７は、抵抗Ｒ
1及びＲ2を介して、電源Ｅに接続される。そして、サー
ミスタＲTが抵抗Ｒ2に並列に接続される。この温度補償
回路により、発光ダイオード１７からの発光量は、温度
変化の影響が抑制される。

【００２２】図３は、温度補償回路１９の他の例を示す
回路図であり、トランジスタＴrを用いた例である。図
３において、発光ダイオード１７は、トランジスタＴ
r、抵抗ＲEを介して電源Ｅに接続される。そして、トラ
ンジスタＴrのベースは、抵抗ＲEに接続される。トラン
ジスタＴrのベース、エミッタ間電圧ＶBEは、負の温度
特性があり、発光ダイオード１７を流れる電流ＩFがベ
ース電圧をＶBとすると次式（２）で表わされる。

【００２３】ＩF＝（ＶB−ＶBE）／ＲE −−− （２）上式（２）において、電圧ＶBとＶBEとの比を変える
と、電流ＩFが温度によって変化する割合を自由に調整
でき、温度補償が可能となる。なお、測温抵抗や熱電対
を利用して周囲温度検出を行い、検出した温度に応じ
て、電流ＩFが変化するようにして、温度補償を行うよ
うに構成することもできる。

【００２４】発光ダイオード１７の応答時間は０．０５
〜０．１μｓと短く、数ＭＨｚの高周波で十分応答する
ため、プラシン光と同程度の光パルスが作れ、かつ容易
にパルス数やパルスの形が変えられる。さらに、発光ダ
イオード１７の発光強度は、ライトパルサ９の１０００
倍以上もあるため、発光ダイオード１７からの光は、プ
ラシン５の外壁を通して間接的に入射できる等の利点も
ある。発光ダイオード１７の波長は、光電子増倍管６の
感度が良好な４００〜６００ｎｍ(青色〜緑色)を使用す
ることが好ましい。図４は、発光ダイオード１７と光電
子増倍管６とを組合せ、これらのステップ応答を測定し
た結果を示すものである。図４の（ｂ）は、発光ダイオ
ード１７に流れる電流波形ＩDを示し、図４の（ａ）
は、光電子増倍管６の出力信号波形Ｓoを示す。

【００２５】図４に示す結果から、発光ダイオード１７
の応答時間τ1は、上述のように短いが、発光ダイオー
ド１７と光電子増倍管６との組合せ応答時間τは、電流
の立ち上り時間も含めて、０．５μｓ程度であった。ま
た、発光ダイオード１７からの光はＡ0で示す直流成分
とＢ0で示す幅の交流ランダム光から成る。この交流ラ
ンダム光は、ガンマ線がプラシン５に入射して発光する
プラシン光と同様なパルス波高となるため、レベル計測
の誤差発生の原因となる。本発明の一実施例では、上記
誤差を最小限にするため、発光ダイオード１７への供給
電流を、図５の（ｂ）に示すようなパルス状電流ＩDと
して、交流ランダム光の影響を回避している。図５の
（ａ）は、光電子増倍管６の出力信号を示す。図５に示
すような信号にすると発光ダイオード信号もレベル信号
と同等のパルス光信号として取扱うことができる。図５
において、Ｂ1は発光ダイオード１７に流れる電流のピ
ーク値を示し、ｔ1は励起時間、ｔ2は停止時間を示す。
したがって、発光ダイオード１７の励起周波数ｆは次式
（３）で与えられる。ｆ＝１／（ｔ1＋ｔ2）（Ｈｚ） −−− （３）図６及び図７は、発光ダイオード１７を励起するパルス
電流と周波数を２０ｋＨｚ一定とし、時間ｔ1とｔ2との
比を変え、プラシン５を通して、光電子増倍管６に発光
ダイオード光を入射し、光電子増倍管６からの出力信号
を波高分析した結果を示すものである。横軸はパルスの
高さ（ＰH）、縦軸はパルスの数（Ｎ）を示す。実線は
発光ダイオード信号Ｌ1及びＬ2であり、点線はプラシン
５にコバルトのガンマ線を照射したプラシン光の信号Ｓ
Pを示す。図６と図７の違いはパルスの幅ｔ1が、図６で
はｔ1＝２０μｓ、図７ではｔ1＝２μｓの例である。図
６から判るように、パルス幅が大きい場合は斜線で示す
交流ランダム信号が大きく、かつ、コバルトのガンマ線
レベル信号ＳPとほぼ同程度のパルス高さであるため、
測定精度が劣化してしまう。また、高圧電源１５を安定
に制御するための基準パルスの高さとシャープさが悪い
ため、コバルト照射によるプラシン光との分離が不正確
となり、十分安定した高圧電源の制御ができない。

【００２６】一方、パルス幅が小さい図７の場合は、斜
線で示す交流ランダム信号が非常に少なく、かつ基準パ
ルスの高さも高く、パルス高さ分布がシャープであるた
め、プラシン光のパルス高さにより、高くなり、両信号
が完全に分離できることが理解できる。しかしながら、
パルス幅を小さくすればするほど良い訳ではなく、発光
ダイオード１７の励起電流のパルス幅が１μｓ以下とな
ると、応答時間が０．５μｓとなるため、十分な発光が
得られない。したがって、パルス幅としては、１〜１０
μｓが最適である。通常、レベル計ではガンマ線信号の
パルス数のゼロ点とスパン点との差スパンは数１０ｋｃ
ｐｓ〜数１００ｋｃｐｓに選ばれるが、レベルの異常を
検出する目的で使用するレベルスイッチでは数ｋｃｐｓ
のスパンで使用することもある。このため、発光ダイオ
ード１７の励起周波数は、ガンマ線信号のパルス数の１
０％以下にしないとレベル信号のうち、レベルに無関係
の固定分信号が増加し、測定精度の劣化要因となる。ま
た、周波数が小さくなりすぎると、耐ノイズ性が悪くな
り、ガンマ線信号のパルス数の０．５％以下になると、
ＨＶ制御回路１６の最小調整電圧が大きくなり実用でき
ない。したがって、発光ダイオード１７の励起周波数
は、ガンマ線信号のパルス数の０．５％〜１０％に選定
される。なお、２１はプリント基板であり、このプリン
ト基板２１にパルス発振器１８や増幅器１０、演算回路
１２、１３等が配置される。

【００２７】以上のように、本発明の一実施例によれ
ば、基準光発生素子として、発光ダイオード１７を使用
し、この発光ダイオード１７の発光量の周囲温度変化を
補償する温度補償回路１９を配置した。これにより、周
囲温度変化の影響が少なく、管理が容易なガンマ線計測
装置を実現することができる。また、基準光発生素子と
して、放射線源を使用した場合には、図１０に示すパル
ス数Ｎαのように、統計ノイズが発生する。この統計ノ
イズのために、パルス数Ｎαは、変動幅σ＝ｋ／Ｎ^0.5
だけ変動してしまう。ただし、Ｎはパルス数、ｋは定数
である。通常、パルス数Ｎが１０００ｃｐｓでは、変動
幅σは、約１％であり、Ｎが１００ｃｐｓでは、２．５
％〜３．０％となる。

【００２８】これに対して、本発明の一実施例のよう
に、基準光発光素子として発光ダイオード１７を使用す
る場合には、この発光ダイオード１７の発光パルス数を
図１０に示すパルス数ＮLのように、一定とすることが
できる。したがって、基準光の検出が短時間で正確に実
行することができ、制御応答性が速いガンマ計測装置を
実行することができる。

【００２９】さらに、発光ダイオード１７の発生パルス
波高を調整することができるので、測定対象の変更に伴
うガンマ線源の変更に、対応することができる。つま
り、ガンマ線源がコバルト⁶⁰Ｃo（一点鎖線）のエネル
ギーは、１．１７又は１．３３ＭｅＶであり、セシュウ
ム¹³⁷Ｃs（破線）のエネルギーは、０．６６ＭｅＶと両
線源のエネルギーには、約２倍の差がある。したがっ
て、パルス数とパルス波高との関係は、図１１に示すよ
うになる。ただし、コバルト⁶⁰Ｃoは、一点鎖線で示
し、セシュウム¹³⁷Ｃsは、破線で示してある。そして、
発光ダイオード１７の発生パルス信号Ｌが、図１１に示
したようなパルス波高位置と調整すれば、コバルト⁶⁰Ｃ
oを線源とした場合には、線源によるパルス信号と発光
ダイオード１７からのパルス信号とを容易に判別でき
る。

【００３０】パルス信号Ｌが図１１に示す波高位置の場
合には、線源がコバルト⁶⁰Ｃoであっても、セシュウム
¹³⁷Ｃsであっても、線源によるパルス信号と発光ダイオ
ード１７からのパルス信号とを容易に判別できる。しか
しながら、線源がセシュウム¹³⁷Ｃsの場合には、増幅器
１０のダイナミックレンジの使用効率が低いものとなっ
てしまう。そこで、本発明においては、発光ダイオード
１７の励起電流を調整する事ができるで、励起電流を約
１／２とし、増幅器１０のゲインを約２倍とすれば、信
号Ｌの波高位置を図１１の左方向にシフトさせ、増幅器
１０のダイナミックレンジ使用効率を向上することがで
きる。

【００３１】図１２は、本発明の他の実施例の概略構成
図であり、防爆構造としたガンマ線計測装置の例であ
る。図１２において、検出器７は、プラシン５を収納す
る検出部ケース２２を有しており、プラシン５の上部に
は固定のためと、プラシン５の熱膨張を吸収する目的で
スペーサ２３が取り付けてある。プラシン５の下部は、
検出部ケース２２のフランジ２４で固定される。検出部
ケース２２の下側には光信号増幅部２５があり、この光
信号増幅部２５は、増幅部ケース２６と光電子増倍管６
とを取付るベース２７で囲まれている。ベース２７には
光が通過する２つのガラス製の光通路があり、プラシン
光と発光ダイオード光がプラシン５からガラスを通して
光電子増倍管６に入射するガラス２８と発光ダイオード
光が光信号増幅部２５側から検出部ケース２２へ入るた
めのガラス２９がある。発光ダイオード光は効率的にプ
ラシン５へ入射できるように反射板３０が、検出部ケー
ス２２の内側に取付けてある。

【００３２】増幅部ケース２６の下側には外部と電気信
号を送受信したり、電源が供給されるための端子台３１
がある。３２は端子箱カバーであり、増幅部ケース２６
にねじ止めされる。３３ネジ穴であり、このネジ穴３３
には、外部から導入される電線を保護するパイプが取付
けられる。以上説明した、増幅部ケース２６、ベース２
７、ガラス２８、ガラス２９、端子箱カバー３２は、可
燃物雰囲気中でも使用できるように防爆構造となってい
る。ガラス２８は、ガラス押え３４でベース２７に固定
され、ガラス２８と光電子増倍管６の受光面とが密着す
るように、光電子増倍管ホルダ３５とスプリング３６と
で、光電子増倍管６が、ガラス２８に常に押えつけられ
ている。

【００３３】なお、プラシン５、ガラス２８、光電子増
倍管６の境界面には光の透過性を良くするため、蒸気圧
の低いシリコン油やグリースが塗布される。また、ガラ
ス２９は、発光ダイオードホルダ３７でベース２７に固
定される。また、ガラス２９には、ベース２７で固定さ
れた発光ダイオードホルダ３７が接近して配置されてい
る。また、ガラス２９には発光ダイオード１７の光量を
調節する目的で絞りを付けたり、曇りを付けたりできる
手段を配置することもできる。

【００３４】光電子増倍管６は、高圧電源１５から高電
圧が供給され、動作される。また、高圧電源１５は、プ
リント基板２１上のＨＶ制御回路１６からの信号で動作
される。発光ダイオード１７は、プリント基板２１上の
パルス発振器１８と温度補償回路１９（図１０には示さ
ず）からパルス信号が供給され発光する。検出部ケース
２２と増幅部ケース２６はネジ３８で接続される。この
図１２の例では、防爆構造となっているため、発光ダイ
オード１７は増幅部ケース２６側に設置しているが、防
爆構造が不要な場合は直接検出部ケース２２に発光ダイ
オード１７を設置することもある。

【００３５】また、ガンマ線検出装置は屋外に取付られ
ることが多いため、内部に雨水や塵埃が侵入しないよう
に、Ｏリング３９でシール構造となっている。さらに、
検出部ケース２２内には、シリカゲル等の乾燥剤４０や
脱酸素剤（たとえば鉄粉などの物質）が入っており、
プラシン５表面の露結による、光の入射、反射性能の変
化が生じないようになっている。また、脱酸素剤によ
り、酸素によるプラシン５の黄変による透光性の劣化を
防止し、経時変化を抑制することができる。酸素による
劣化は周囲温度により異なり、３０度Ｃでは−２％／
年、５０度Ｃでは−５％／年にも達する。この図１２の
例においても、図１の例と同様な効果を得ることができ
る。なお、図１２の例は、ガンマ線レベル計の場合であ
るが、プラシン５の長さを５０〜３００ｍｍと短くする
ことにより、そのままの構造で密度計やレベルスイッチ
として利用できる。

【００３６】図１３は、本発明のさらに他の実施例の要
部概略構成図である。この図１３の例においては、図１
の例における演算器１４の動作を変換器４１内蔵のＭＰ
Ｕ４２により実行させるように構成されている。つま
り、コンパレータ１３の出力信号がＭＰＵ４２に供給さ
れ、このＭＰＵ４２により、ＨＶ制御のための演算が実
行される。そして、ＭＰＵ４２により演算された結果を
示す信号が、ＨＶ制御回路１６に供給される。ＨＶ制御
回路１６は、供給された信号に従って高圧電源１５を制
御し、光電子増倍管６への供給電圧をコントロールす
る。また、演算器１２からの出力信号はＭＰＵ４２を介
して出力回路４３に供給される。そして、この出力回路
４３の出力信号は、上位の制御系システム等に供給され
る。

【００３７】この図１３の例においても、図１の例と同
様な効果を得ることができる。なお、この図１３の例に
おいては、図１及び図１２の例と比較すると、外部への
接続ケーブルが２対増加するが、検出装置側の演算器１
４が省略されるため、プリント基板２１を大幅に小形化
できる。さらに、変換器４１に供給される発光ダイオー
ド信号から、増幅器１０等に動作異常が発生した場合に
はこれを検知することができる。

【００３８】ところで、ガンマ線計測装置は、可燃性雰
囲気中や、高温状態の所、粉塵中等人間が近ずけない所
に設置する場合が多い。このため、ガンマ線計測装置の
周囲状態を検知することが必要となる。周囲状態の１つ
としては、周囲温度がある。図１４は、本発明のさらに
他の実施例の概略構成図であり、周囲温度状態をも検知
する例である。この図１４の例と図１の例との異なる点
は、発光ダイオード１７Ａと、フリップフロップ回路
（パルス信号分割手段）１８Ａと、増幅器１９Ａと、コ
ンパレータ１１Ａと、演算器１２Ａとが追加されている
ところであり、その他の構成は、同様となっている。図
１４において、パルス発振器１８から発生されるパルス
信号は、フリップフロップ回路１８Ａに供給され、パル
スの発生タイミングが交互となった２種類のパルス信号
が形成される。そして、一方のパルス信号は、温度補償
回路１９を介して発光ダイオード１７に供給される。ま
た、フリップフロップ回路１８Ａからの他方のパルス信
号は、増幅器１９Ａに供給され、増幅された後に、発光
ダイオード１７Ａに供給される。発光ダイオード１７Ａ
は、周囲温度検出用であり、発光ダイオード１７の近辺
に配置されている。発光ダイオード１７Ａは、温度補償
されていないので、発光量は周囲温度により変化する。

【００３９】光電子増倍管６からの信号は、増幅器１０
を介して、時定数回路２０、コンパレータ１１及びコン
パレータ１１Ａに供給される。発光ダイオード１７Ａに
よる信号は、コンパレータ１１Ａにより選別され、演算
器１２Ａに供給される。そして、この演算器１２Ａによ
り、周囲温度が演算される。そして、周囲温度に対応し
た信号が演算器１２Ａから変換器に供給される。この図
１４の例においても、図１の例と同様な効果が得られる
他、周囲温度の検出も行うことができる。

【００４０】図１５は、本発明のさらに他の実施例の概
略構成図であり、図１４の例と同様に、周囲温度状態を
も検知する例である。この図１５の例と図１４の例との
異なる点は、増幅器１９Ａが省略されているところと、
発光ダイオード１７の発光波長（例えば青）と異なる発
光波長（例えば赤）の発光ダイオード１７Ｂが配置され
ているところである。発光ダイオードの発光波長が異な
ると、光電子増倍管６のゲインが異なってくる。これに
よって、発光ダイオード１７と１７Ｂとの発光光量が異
なることと等価となる。この図１５の例においては、増
幅器１９Ａを省略して、図１４の例と同様な効果が得ら
れる。

【００４１】なお、図１５の例において、発光ダイオー
ド１７Ｂに換えて、同一波高レベルのパルス信号を供給
しても発光光量が、ダイオード１７とは異なる発光ダイ
オードを使用することもできる。また、発光ダイオード
１７及び１７Ｂは、発光光量が互いに異なる２つの発光
素子を有する発光手段とすることもできる。また、図示
した例においては、基準光発生手段を発光ダイオードと
したが、発光パルス波高、発光パルス幅、発光パルス数
が調整可能な発光素子であれば発光ダイオード以外のも
のでもよい。

【００４２】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているため、以下のような効果がある。ガンマ線源と、
棒状プラスチックシンチレータと、光信号を受信する光
電気変換手段とを有し、この光電気変換手段の出力パル
ス信号のパルス計数率により、被測定物のレベルや密度
などの変化を計測するガンマ線計測装置において、出力
パルス幅が調整可能なパルス信号発生手段と、パルス信
号発生手段からのパルス信号に基づいて、ガンマ線源か
ら発生されるパルス信号のパルス幅とは異なるパルス幅
の光パルス信号を発生する基準光発生手段と、基準光発
生手段から発生される光パルス信号の発光量が周囲温度
の変化に関係なくほぼ一定量とさせる温度補償手段と、
光電気変換手段を介して供給される基準光発生手段から
のパルス数が、所定の値となるように、光電気変換手段
への供給電圧を変化させる電圧制御手段と、を備える。
これにより、周囲温度変化の影響及び統計ノイズが少な
く、管理が容易で、測定精度が向上されたガンマ線計測
装置を実現することができる。さらに、パルス幅がガン
マ線源と基準光発生手段とは、互いに異なっているの
で、パルス信号の分離が容易で、ガンマ線源のダイナミ
ックレンジを広く取ることができる。したがって、多種
類のガンマ線源に対応可能なガンマ線計測装置が実現さ
れる。

【００４３】また、ガンマ線源と、棒状プラスチックシ
ンチレータと、光信号を受信する光電気変換手段とを有
し、光電気変換手段の出力パルス信号のパルス計数率に
より、被測定物のレベルや密度などの変化を計測するガ
ンマ線計測装置において、出力パルス信号の波高レベル
が調整可能なパルス信号発生手段と、パルス信号発生手
段からのパルス信号に基づいて、ガンマ線源から発生さ
れるパルス信号の波高レベルとは異なる波高レベルの光
パルス信号を発生する基準光発生手段と、基準光発生手
段から発生される光パルス信号の発光量が周囲温度の変
化に関係なくほぼ一定量とさせる温度補償手段と、光電
気変換手段を介して供給される、基準光発生手段からの
パルス信号のパルス数が所定の値となるように、光電気
変換手段への供給電圧を変化させる電圧制御手段と、を
備える。これにより、周囲温度変化の影響及び統計ノイ
ズが少なく、管理が容易で、測定精度が向上されたガン
マ線計測装置を実現することができる。さらに、出力パ
ルス信号の波高レベル、つまり、基準光発生手段が発生
する光パルス信号の波高レベルが調整可能となっている
ので、ガンマ線源のと基準光発生手段とは、互いに異な
っているので、パルス信号の分離が容易で、ガンマ線源
のダイナミックレンジを広く取ることができる。したが
って、多種類のガンマ線源に対応可能なガンマ線計測装
置が実現される。

【００４４】また、ガンマ線源と、棒状プラスチックシ
ンチレータと、光信号を受信する光電気変換手段とを有
し、この光電気変換手段の出力パルス信号のパルス計数
率により、被測定物のレベルや密度などの変化を計測す
るガンマ線計測装置において、出力パルス数が一定した
パルス信号発生手段と、所定のパルス数の光パルス信号
を発生する基準光発生手段と、基準光発生手段から発生
される光パルス信号の発光量が周囲温度の変化に関係な
くほぼ一定量とさせる温度補償手段と、光電気変換手段
を介して供給される、上記基準光発生手段からのパルス
信号のパルス数が所定の値となるように、上記光電気変
換手段への供給電圧を変化させる電圧制御手段と、を備
える。これにより、周囲温度変化の影響及び統計ノイズ
が少なく、管理が容易で、測定精度が向上されたガンマ
線計測装置を実現することができる。さらに、基準光発
生手段は、光パルス信号の発生数が一定であるので、基
準光発生手段からの光パルス信号に基づく、電圧制御を
短時間で実行することができ、測定速度が向上されたガ
ンマ線計測装置が実現される。

【００４５】また、温度補償された基準光発生手段の他
に、周囲温度の変化によって発生光量が変化する光発生
手段を配置する構成によれば、周囲温度の検出も可能な
ガンマ線計測装置を実現する事ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の概略構成図である。

【図２】温度補償回路の一例の回路図である。

【図３】温度補償回路の他の例の回路図である。

【図４】発光ダイオードへの供給電流と光電子増倍管の
出力信号との関係を示す図である。

【図５】発光ダイオードへの供給パルス信号と光電子増
倍管の出力信号との関係を示す図である。

【図６】発光ダイオードへの供給パルス信号のパルス幅
が２０μｓの場合の、パルス数とパルス高さとの関係を
示す図である。

【図７】発光ダイオードへの供給パルス信号のパルス幅
が２μｓの場合の、パルス数とパルス高さとの関係を示
す図である。

【図８】時定数回路へ供給される信号のパルス数とパル
ス高さとの関係を示す図である。

【図９】時定数回路から出力される信号のパルス数とパ
ルス高さとの関係を示す図である。

【図１０】α線源の統計ノイズを説明するための図であ
る。

【図１１】発光ダイオードの発光パルス高さが調整可能
であることを説明するための図である。

【図１２】本発明の他の実施例の概略構成図である。

【図１３】本発明のさらに他の実施例の要部概略構成図
である。

【図１４】本発明のさらに他の実施例の概略構成図であ
る。

【図１５】本発明のさらに他の実施例の概略構成図であ
る。

【図１６】従来のガンマ線計測装置の一例の概略構成図
である。

【図１７】図１６の例における光電子増倍管からの信号
のパルス数とパルス波高との関係を示す図である。

【符号の説明】

１容器２液体３線源容器４ガンマ線源５プラスチックシンチレータ６光電子増倍管７検出器８ライトガイド９ライトパルサ１０、１９Ａ増幅器１１、１１Ａ、１３コンパレータ１２、１２Ａ、１４演算器１５高圧電源１６ＨＶ制御回路１７、１７Ａ、１７Ｂ発光ダイオード１８パルス発振器１８Ａフリップフロップ回路１９温度補償回路２０時定数回路４１変換器４２ＭＰＵ４３出力回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】測定容器の一方の側に配置されたガンマ
線源と、上記測定容器を間にして上記ガンマ線源と対向
する位置に配置された棒状プラスチックシンチレータ
と、この棒状プラスチックシンチレータの一端に直接又
はライトガイドを介して光信号を受信する光電気変換手
段とを有し、この光電気変換手段の出力パルス信号のパ
ルス計数率により、上記測定容器内の被測定物のレベル
や密度などの変化を計測するガンマ線計測装置におい
て、出力パルス幅が調整可能なパルス信号発生手段と、上記パルス信号発生手段からのパルス信号に基づいて、
ガンマ線源から発生されるパルス信号のパルス幅とは異
なるパルス幅の光パルス信号を発生する基準光発生手段
と、上記パルス信号発生手段から発生されるパルス信号の波
高を、周囲温度の変化に応じて変化させ、上記基準光発
生手段から発生される光パルス信号の発光量が周囲温度
の変化に関係なくほぼ一定量とさせる温度補償手段と、上記光電気変換手段を介して供給される上記基準光発生
手段からのパルス信号のパルス数が、所定の値となるよ
うに、上記光電気変換手段への供給電圧を変化させる電
圧制御手段と、を備えることを特徴とするガンマ線計測装置。
【請求項２】測定容器の一方の側に配置されたガンマ
線源と、上記測定容器を間にして上記ガンマ線源と対向
する位置に配置された棒状プラスチックシンチレータ
と、この棒状プラスチックシンチレータの一端に直接又
はライトガイドを介して光信号を受信する光電気変換手
段とを有し、この光電気変換手段の出力パルス信号のパ
ルス計数率により、上記測定容器内の被測定物のレベル
や密度などの変化を計測するガンマ線計測装置におい
て、出力パルス信号の波高レベルが調整可能なパルス信号発
生手段と、上記パルス信号発生手段からのパルス信号に基づいて、
ガンマ線源から発生されるパルス信号の波高レベルとは
異なる波高レベルの光パルス信号を発生する基準光発生
手段と、上記パルス信号発生手段から発生されるパルス信号の波
高を、周囲温度の変化に応じて変化させ、上記基準光発
生手段から発生される光パルス信号の発光量が周囲温度
の変化に関係なくほぼ一定量とさせる温度補償手段と、上記光電気変換手段を介して供給される、上記基準光発
生手段からのパルス信号のパルス数が所定の値となるよ
うに、上記光電気変換手段への供給電圧を変化させる電
圧制御手段と、を備えることを特徴とするガンマ線計測装置。
【請求項３】測定容器の一方の側に配置されたガンマ
線源と、上記測定容器を間にして上記ガンマ線源と対向
する位置に配置された棒状プラスチックシンチレータ
と、この棒状プラスチックシンチレータの一端に直接又
はライトガイドを介して光信号を受信する光電気変換手
段とを有し、この光電気変換手段の出力パルス信号のパ
ルス計数率により、上記測定容器内の被測定物のレベル
や密度などの変化を計測するガンマ線計測装置におい
て、出力パルス数が一定したパルス信号発生手段と、上記パルス信号発生手段からのパルス信号に基づいて、
所定のパルス数である光パルス信号を発生する基準光発
生手段と、上記パルス信号発生手段から発生されるパルス信号の波
高を、周囲温度の変化に応じて変化させ、上記基準光発
生手段から発生される光パルス信号の発光量が周囲温度
の変化に関係なくほぼ一定量とさせる温度補償手段と、上記光電気変換手段を介して供給される、上記基準光発
生手段からのパルス信号のパルス数が所定の値となるよ
うに、上記光電気変換手段への供給電圧を変化させる電
圧制御手段と、を備えることを特徴とするガンマ線計測装置。
【請求項４】請求項１、２、３のうちのいずれか一項
記載のガンマ線計測装置において、上記基準光発生手段
は、発光ダイオードであり、この発光ダイオードに供給
されるパルス信号のパルス幅が１〜１０μｓであること
を特徴とするガンマ線計測装置。
【請求項５】請求項１、２、３のうちのいずれか一項
記載のガンマ線計測装置において、上記基準光発生手段
は、発光ダイオードであり、この発光ダイオードの発光
波長が４００〜６００ｎｍであることを特徴とするガン
マ線計測装置。
【請求項６】請求項１、２、３のうちのいずれか一項
記載のガンマ線計測装置において、上記基準光発光手段
は、発光ダイオードであり、この発光ダイオードから上
記光電気変換手段を介して発生されるパルス信号の計数
率が、ガンマ線から上記光電気変換手段を介して発生さ
れるパルス信号の計数率の０．５％〜１０％であること
を特徴とするガンマ線計測装置。
【請求項７】請求項１、２、３のうちのいずれか一項
記載のガンマ線計測装置において、上記光電気変換手段
は光電子増倍管であることを特徴とするガンマ線計測装
置。
【請求項８】請求項１、２、３のうちのいずれか一項
記載のガンマ線計測装置において、上記光電気変換手段からの信号を増幅する増幅器と、上記増幅器からの出力信号から、ガンマ線源に基づく信
号を抽出する第１のコンパレータと、第１のコンパレータにより抽出された信号に基づいて、
被測定物のレベルや密度等を演算する第１の演算器と、上記増幅器からの出力信号から、ガンマ線源に基づく信
号と基準光発生手段に基づく信号とを分離する時定数回
路と、上記時定数回路からの出力信号から、基準光発生手段に
基づく信号を抽出する第２のコンパレータと、第２のコンパレータにより抽出された信号のパルス数と
所定数とを比較し、上記パルス数と所定数との差を演算
する第２の演算器と、上記光電気変換手段へ高電圧を供給する高圧電源と、をさらに備え、上記電圧制御手段は、第２の演算器の出
力信号に従って、高圧電源の出力電圧を変化させること
を特徴とするガンマ線計測装置。
【請求項９】請求項８記載のガンマ線計測装置におい
て、ＭＶを制御信号、ＰＢを比例帯、Ｐinを第２のコン
パレータの出力信号のパルス数、Ｐrを基準光発生手段
から全発生パルス数、ＰＳをＰinとＰrとの基準比率、
Ｔiを積分時間とすると、第２の演算器は、ＭＶ＝（１
／ＰＢ）（ＰＳ−（Ｐin／Ｐr））／（Ｔi＋１）で示さ
れるＰＩ制御演算を実行し、制御信号ＭＶを上記電圧制
御手段に供給することを特徴とするガンマ線計測装置。
【請求項１０】請求項１、２、３のうちのいずれか一
項記載のガンマ線計測装置において、基準光発生手段
は、発光ダイオードであり、この発光ダイオードは１つ
のパッケージ内に２個の発光ダイオード素子を内蔵した
ことを特徴とするガンマ線計測装置。
【請求項１１】請求項１０記載のガンマ線計測装置に
おいて、２個の発光ダイオード素子は、発光波長が互い
に異なることを特徴とするガンマ線計測装置。
【請求項１２】請求項１１記載のガンマ線計測装置に
おいて、上記パルス信号発生手段の出力パルス信号か
ら、パルス信号の発生タイミングが交互となった２種類
のパルス信号を発生させるパルス信号分割手段をさらに
備え、上記２個の発光ダイオード素子は、上記２種類の
パルス信号が供給され、実質的に交互に発光することを
特徴とするガンマ線計測装置。
【請求項１３】請求項１２記載のガンマ線計測装置に
おいて、上記２種類のパルス信号のうちの一つは、上記
温度補償手段を介して、発光波長の短い発光ダイオード
素子へ供給され、上記２種類のパルス信号のうちの他の
一つは、上記温度補償手段を介さず、発光波長の長い発
光ダイオード素子へ供給されることを特徴とするガンマ
線計測装置。
【請求項１４】請求項９記載のガンマ線計測装置にお
いて、比Ｐin／Ｐrは、０．０２≦Ｐin／Ｐr≦０．２で
あり、０．８≦Ｐin／Ｐr≦０．９８であることを特徴
とするガンマ線計測装置。
【請求項１５】請求項１、２、３のうちいずれか一項
記載のガンマ線計測装置において、少なくとも、光電気
変換手段と、パルス信号発生手段と、温度補償手段と、
電圧制御手段と、基準光発生手段とは、耐圧防爆構造の
ケースに収容されることを特徴とするガンマ線計測装
置。
【請求項１６】請求項１５記載のガンマ線計測装置に
おいて、上記耐圧防爆構造のケースは、プラスチックシ
ンチレータと結合され、この結合面には２ヶ所の独立し
た光通路が形成されていることを特徴とするガンマ線計
測装置。
【請求項１７】請求項１６記載のガンマ線計測装置に
おいて、プラスチックシンチレータは、検出部ケースに
収容され、この検出部ケースには、脱酸素剤又は乾燥
剤、又は脱酸素剤及び乾燥剤を収納したことを特徴とす
るガンマ線計測装置。
【請求項１８】請求項１、２、３のうちのいずれか一
項記載のガンマ線計測装置において、上記温度補償手段
は、サーミスタを有することを特徴とするガンマ線計測
装置。
【請求項１９】請求項１、２、３のうちのいずれか一
項記載のガンマ線計測装置において、上記温度補償手段
は、ベースとエミッタとの間の電圧値が負の温度特性が
あるトランジスタを有することを特徴とするガンマ線計
測装置。
【請求項２０】請求項８記載のガンマ線計測装置にお
いて、時定数回路と第２のコンパレータとの間に、基準
光発生手段に供給されるパルス信号と同期した検波器を
接続したことを特徴とするガンマ線計測装置。
【請求項２１】請求項１６記載のガンマ線計測装置に
おいて、プラスチックシンチレータの近傍には、反射板
が配置され、基準光発生手段から発生される光パルス信
号は、上記２つの光通路のうちの一つを通過して、上記
反射板に入射され、この反射板によって反射されてプラ
スチックシンチレータに入射されることを特徴とするガ
ンマ線計測装置。