WO2022078577A1 - Strahlungsquelle, radiometrische messanordnung mit einer strahlungsquelle und verfahren zum betreiben der messanordnung - Google Patents

Strahlungsquelle, radiometrische messanordnung mit einer strahlungsquelle und verfahren zum betreiben der messanordnung Download PDF

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WO2022078577A1
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Jürgen Haas
Matthias Harter
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Vega Grieshaber Kg
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    • G01N2223/308—Accessories, mechanical or electrical features support of radiation source

Definitions

  • Radiometric measuring arrangement with a radiation source and method for operating the measuring arrangement
  • the present invention relates to radiometric filling level measurement, radiometric density measurement, radiometric limit level measurement and radiometric mass flow measurement.
  • the invention relates to a radiation source for a radiometric measuring arrangement, a radiometric measuring arrangement with such a radiation source and a method for operating the radiometric measuring arrangement.
  • radiometric measuring methods are that the components required for the measurement, namely the radiation source and the detection device, can be arranged outside of a container and therefore neither the process conditions inside the container nor the properties of the filling material affect the applicability of this measuring method.
  • the detection device is designed as a scintillator with a downstream photomultiplier as a photosensitive element.
  • the gamma radiation impinging on the scintillator material excites it by impact processes, the scintillator material returning to its initial state while emitting light returns.
  • the intensity of the incoming radiation and thus, for example, a fill level inside the container can be inferred .
  • the number of light pulses determined is representative of the radiation intensity received and thus also of the density of the filling material or the filling level. The fewer light pulses detected by the measuring electronics, the higher the density of the filling material, the filling level, or the mass flow.
  • the detection unit can also have an avanlanche photodiode (APD) or a silicon photomultiplier (SiPM) as the photosensitive element.
  • APD avanlanche photodiode
  • SiPM silicon photomultiplier
  • a Geiger-Müller counter can be provided. These signals are then evaluated by an evaluation circuit in order to determine the fill level, limit level, density or mass flow.
  • Radioactive sources for radiometric measuring arrangements are known from the prior art.
  • Such radiation sources usually contain a radioactive source, typically a gamma emitter, which emits radioactive radiation in the direction of a radiometric measuring device through suitable diaphragms in a geometrically strictly limited area.
  • a radioactive source typically a gamma emitter
  • a suitable selection of materials in a housing of the radiation source which is designed as a radiation protection container, so that radioactive radiation only emerges from the radiation source in a directed manner.
  • Such source containments are commonly used to contain radioactive sources safely both during the periods in which they are used for a given application and during periods in between. Safe means in particular that the emission of radioactive radiation is reduced to an acceptable level in every direction when the source is not being used, and then, when the source is being used, occurs in a strictly defined radiation geometry and in all others, not this one Radiation geometry corresponding directions is reduced to an acceptable level. Accordingly, such radiation protection containers regularly have a receptacle for the - usually encapsulated - radioactive source and - possibly in Periods in which the radioactive source is not used, closable aperture, which defines the radiation geometry.
  • the radiation sources are designed to be switchable. This means that an outlet opening of the radiation protection container of the radiation source is opened or closed by suitable arrangements such as screens or closures, e.g. slides. When the exit opening is open, radioactive radiation escapes in a directed manner through the diaphragm and when the exit opening is closed, the exit of radioactive radiation is prevented.
  • a radiation source according to the invention for a radiometric measuring arrangement with a radioactive source arranged in a radiation protection container, wherein the radiation source has a shutter that can be closed by means of a closure and wherein the closure can be actuated by means of an actuator, is characterized in that the radiation source has at least one radio module for activating the actuator having.
  • a radio module for activating the actuator significantly reduces the amount of cabling required when installing the radiation source, since additional Lines for controlling the radiation source can be omitted.
  • a switchable radiation source means that the radiation dose used can be significantly reduced, since the radiation source can be deactivated at times when no measurement is being carried out.
  • a switchable radiation source is to be understood as a radiation source with a radiation protection container and at least one outlet opening, with suitable arrangements such as screens or closures, e.g. slides, allowing the outlet opening of the radiation protection container of the radiation source to be opened or closed automatically.
  • the exit opening is open, radioactive radiation escapes in a directed manner through the diaphragm and when the exit opening is closed, the exit of radioactive radiation is prevented.
  • the radiation source is also referred to as activated or switched on when the exit opening is open and as deactivated or switched off when the exit opening is closed.
  • activated/deactivated or switched on/switched off do not necessarily apply to the entire radiation source, but in the case of radiation sources with a number of exit openings can also only apply to one exit opening currently being considered.
  • a suitable slide can also be used to switch between two or more outlet openings during operation.
  • the radiation source has an energy source for supplying at least the radio module and the actuator with energy.
  • An energy self-sufficient operation of the radiation source is advantageously made possible by such an energy source. In this way, the installation effort can be reduced even further when using a radiation source developed in this way, since no additional lines are required for an energy supply either.
  • the energy source preferably has at least one energy store.
  • An energy storage device ensures an independent energy supply.
  • the energy store can, for example, be designed as a battery, accumulator or capacitor.
  • the energy storage can for this example. Fixed in the Radiation protection container must be installed.
  • the energy store can be exchangeably arranged in the radiation source, for example in a battery compartment integrated in the radiation protection container.
  • the energy source can additionally or alternatively have an energy harvesting unit.
  • the radiation source can be partially or completely supplied with energy by such an energy harvesting unit.
  • the operating time of the energy store of the radiation source can be significantly extended or even made independent of it.
  • the energy store is only designed as an energy buffer store in which excess energy from the energy harvesting unit is temporarily stored. If more energy is required at a time than is provided by the energy harvesting unit, or if no energy is temporarily available from the energy harvesting unit, the energy temporarily stored in the energy store can be used to operate the radiation source, i.e. in particular the radio module and of the actuator can be used.
  • the energy harvesting unit can be designed as a photovoltaic cell.
  • a photovoltaic cell converts radiant energy, and in particular light, into electrical energy.
  • radiation sources installed outdoors can be supplied with energy at times when the sun is shining. By temporarily storing the energy obtained in this way, operation can also be ensured at night.
  • the radio module is designed as a short-range radio module.
  • Short-range radio modules are radio modules with a range of a few centimeters up to a few meters.
  • ZigBee, ZWave, Bluetooth, Bluetooth LE and W-Lan are examples of short-range radio technologies.
  • the radiation source can have a radio module, which is designed as a mobile radio module, in particular as a narrowband radio module.
  • Mobile radio modules transmit, for example, in the GSM, GPRS, UMTS or LTE band.
  • a narrowband radio module can be used in the so-called Low Power Wide Area Network (LPWAN) be operated.
  • LPWAN Low Power Wide Area Network
  • Exemplary technologies are LoRa and LoRa-WAN, Sigfox, NB-IOT and LTE-M.
  • the actuator can also be designed as an electromechanical actuator.
  • electromechanical actuators are electromotive actuators, for example actuators, and electromagnetic actuators, for example actuator magnets.
  • the radiation source can also be designed as a wireless unit.
  • a cable-free design of the radiation source ensures that the radiation source can be installed without installation effort for the wiring.
  • the design with a radio module and its own energy source can provide a radiation source that can be flexibly installed.
  • the invention is also a radiometric measuring arrangement with a radiation source and a detection device, wherein the radiation source is designed according to the above description and the detection device has a radio module for controlling the radiation source.
  • a radiometric measuring arrangement designed in this way can thus be installed flexibly and without cabling effort between the radiation source and the detection device.
  • a method according to the invention for operating the radiometric measuring device has the following steps:
  • the detection device cannot be operated continuously, but can be switched on cyclically again and again for a short measurement.
  • the radiation source is only activated when a measurement actually takes place.
  • Figure 1 shows an embodiment of a radiometric measurement arrangement with a radiation source according to the present application
  • FIG. 2 shows an enlarged basic sketch of a radiation source as can be used in the radiometric measuring arrangement according to FIG.
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of a radiometric measuring arrangement 100 with a radiation source 1 according to the present application.
  • the radiometric measuring arrangement 100 is arranged on a container 70 partially filled with a filling material 71 .
  • the radiation source 1 is arranged on one side of the container 70, with a detection device 30 for detecting the radioactive radiation emitted by the radiation source 1 after it has passed through the filling material 71 in the container 70 being arranged diametrically opposite it.
  • FIG. 1 symbolically shows a beam path 72 starting from the radiation source 1 through the filling material 71 located in the container 70 to the detection device 30 .
  • the beam path 72 is only drawn in to illustrate the measuring principle and is intended to make it clear that starting from a radiation protection container 3 of the radiation source 1 arranged radioactive Source 5 radioactive radiation passes through the container walls and the filling material 71 to the detection device 30 .
  • radioactive radiation passes through the container walls and the filling material 71 to the detection device 30 .
  • more or less of the radioactive radiation emanating from the radiation source 1 reaches the detection device 30, so that a filling level, limit level or density measurement can be carried out in this way, for example.
  • the detection device 30 has a detector 32 for detecting the radioactive radiation, and electronics connected downstream of the detector 32 for further processing of the measurement signals obtained in this way.
  • the detection device 30 also has a radio module 34, by means of which a radio signal can be sent and received via an antenna 35, which is shown symbolically.
  • the radio module 34 can be designed, for example, for wireless transmission of the measured values to a higher-level unit and, in the present exemplary embodiment, also for communication with the radiation source 1 .
  • the radiation source 1 has a radio module 13 which, via an antenna 14 shown symbolically, is also designed to transmit and receive radio signals.
  • the radiation source 1 has a radioactive source 5 arranged in a radiation protection container 3, which emits radioactive radiation in the direction of the detection device 30 by means of a diaphragm 9 in a geometrically strictly limited area.
  • the aperture 9 can be opened and closed by a closure 7, not shown in detail in Figure 1, which can be actuated by an actuator 11, so that when the aperture is open, radioactive radiation is emitted in the direction of the detection device 30 and, when the aperture is closed, radioactive radiation escapes into all directions is prevented.
  • the radio module 13 which is connected to a controller 19 in the present exemplary embodiment, makes it possible to activate and deactivate the radiation source 1.
  • the radiation source 1 also has an energy source 15 which, in the exemplary embodiment illustrated in FIG. Both the controller 19 and the radio module 13 as well as the actuator 11 for actuating the closure 7 can be supplied with energy by means of the battery.
  • FIG. 2 shows an enlarged schematic representation of a radiation source 1 as can be used in the radiometric measuring arrangement 100 according to FIG.
  • the radioactive source 5 is shown symbolically inside the radiation protection container 3 .
  • the radioactive source 5 is almost completely surrounded by the radiation protection container 3, with only a screen 9 used in the radiation protection container 3 forming an opening for the emission of radioactive radiation in a defined direction.
  • a closure 7 is arranged inside the radiation protection container 3, which in the present exemplary embodiment is implemented as a U-shaped element which, driven by the actuator 11, can be moved in a circular line around the radioactive source 5, so that the closure 7 in the aperture 9 provided opening completely overlaps and thus prevents leakage of radioactive radiation.
  • the energy source 15 is connected to an energy harvesting unit 17 designed as a solar cell, which largely covers the energy consumption of the electrical modules arranged in the radiation source 1 when the sun is shining, so that the battery of the energy source 15 is only used to temporarily store energy harvested by means of the solar cell Energy and for powering electrical modules at times when the solar cell 17 does not provide energy is formed.
  • an energy harvesting unit 17 designed as a solar cell, which largely covers the energy consumption of the electrical modules arranged in the radiation source 1 when the sun is shining, so that the battery of the energy source 15 is only used to temporarily store energy harvested by means of the solar cell Energy and for powering electrical modules at times when the solar cell 17 does not provide energy is formed.
  • the present configuration makes it possible for the radiation source 1 to be switched on by a radio signal shortly before a measurement is to take place and to be switched off again immediately after the measurement has been completed. What is achieved in this way is that a radiation dose acting on the filling material 71 and the environment over time is minimized. This will in particular potential radiation exposure for personnel working in the area of the detection device is minimized.
  • the radiation source 1 can, for example, be activated and deactivated directly by the detection device 30 via radio. In addition or as an alternative, both the detection device 30 and the radiation source 1 can be activated and deactivated by a higher-level unit whenever it requests a measurement.
  • An accumulator permanently installed in the radiation protection container can, for example, be inductively charged from the outside or temporarily store electrical energy generated via the solar cell when there is sufficient solar radiation. Alternatively, other energy harvesting systems can also be used.
  • the radio module can be designed, for example, as a short-range radio module or as a narrow-band radio module.
  • Bluetooth and WLAN are examples of short-range radio technologies
  • narrow-band radio technologies are, for example, SigFox Lora-WAN, NB-IOC or LTE-M.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Strahlungsquelle (1) für eine radiometrische Messanordnung (100) mit einer in einem Strahlenschutzbehälter (2) angeordneten radioaktiven Quelle, wobei die Strahlenquelle eine mittels eines Verschlusses ver- schließbare Blende (9) aufweist und wobei der Verschluss (7) mittels eines Aktors (11) betätigbar ist, indem die Strahlungsquelle (1) wenigstens ein Funkmodul (13) zur Aktivierung des Aktors (11) aufweist.

Description

Strahlungsquelle, radiometrische Messanordnung mit einer Strahlungsquelle und Verfahren zum Betreiben der Messanordnung
Die vorliegende Erfindung betrifft die radiometrische Füllstandmessung, die radiometrische Dichtemessung, die radiometrische Grenzstandmessung und die radiometrische Massenstrommessung. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Strahlungsquelle für eine radiometrische Messanordnung, eine radiometrische Messanordnung mit einer solchen Strahlungsquelle und ein Verfahren zum Betreiben der radiometrischen Messanordnung.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Verfahren zur radiometrischen Bestimmung einer Messgröße, insbesondere zur radiometrischen Bestimmung von Füllstand, Grenzstand, Massenstrom und/oder Dichte bekannt, wobei zur Messung eine Strahlungsquelle und eine Erfassungseinrichtung an gegenüberliegenden Seiten eines zu überwachenden Behälters oder Bereichs angeordnet werden. Von einer in der Strahlungsquelle angeordneten radioaktiven Quelle wird Gammastrahlung durch den Behälter in Richtung der Erfassungseinrichtung ausgesendet. Die Gammastrahlung wird auf ihrem Weg durch das Füllgut je nach Füllstand und Dichte des Füllgutes mehr oder weniger absorbiert. Auf Basis der von der Erfassungseinrichtung detektierten Strahlung kann dann ein Rückschluss auf den Füllstand, Grenzstand, Massenstrom, die Dichte oder ein Dichteprofil eines zwischen der Strahlenquelle und der Erfassungseinrichtung befindlichen Füllgutes gezogen werden.
Ein besonderer Vorteil radiometrischer Messverfahren ist, dass die für die Messung notwendigen Komponenten, nämlich die Strahlungsquelle und die Erfassungseinrichtung, außerhalb eines Behälters anordenbar sind und damit weder die Prozessbedingungen innerhalb des Behälters noch die Eigenschaften des Füllgutes Auswirkungen auf die Einsetzbarkeit dieser Messmethode haben.
Bei den aus dem Stand der Technik bekannten radiometrischen Messanordnungen ist es bekannt, dass die Erfassungseinrichtung als Szintillator mit einem nachgeschalteten Photomultiplier als photosensitives Element ausgestaltet ist. Die auf das Szintillatormaterial treffende Gammastrahlung regt dieses durch Stoßprozesse an, wobei das Szintillatormaterial unter Abgabe von Licht in seinen Ausgangszustand zurückkehrt. Durch eine Messung der Lichtmenge bzw. der Anzahl der vom Szintillator erzeugten Lichtpulse pro Zeit (Zählrate), die beispielsweise über den Photomultiplier und eine nachgeschaltete Messelektronik erfolgt, kann dann auf die Intensität der eintreffenden Strahlung und somit beispielsweise auf einen Füllstand innerhalb des Behälters geschlossen werden. Die Zahl der ermittelten Lichtpulse ist repräsentativ für die empfangene Strahlungsstärke und damit auch für die Dichte des Füllguts bzw. den Füllstand. Je weniger Lichtpulse von der Messelektronik ermittelt werden, desto höher ist die Dichte des Füllguts, der Füllstand, oder Massenstrom.
Alternativ zu einem Photomultiplier kann die Erfassungseinheit auch eine Avanlan- che-Photodiode (APD) oder einen Silizium-Photomultiplier (SiPM) als photosensitives Element aufweisen. Alternativ kann ein Geiger-Müller-Zähler vorgesehen sein. Diese Signale werden dann von einer Auswerteschaltung ausgewertet, um den Füllstand, den Grenzstand, die Dichte oder den Massenstrom zu bestimmen.
Aus dem Stand der Technik sind Strahlenquellen für radiometrische Messanordnungen bekannt. Solche Strahlenquellen enthalten in der Regel eine radioaktive Quelle, typischerweise einen gamma-Strahler, der durch geeignete Blenden in einem geometrisch streng begrenzten Bereich radioaktive Strahlung in Richtung eines radiometrischen Messgeräts aussendet. Andere Richtungen sind idealerweise durch eine geeignete Auswahl von Materialien in einem Gehäuse der Strahlenquelle, das als Strahlenschutzbehälter ausgebildet ist, abgeschirmt, sodass radioaktive Strahlung nur gerichtet aus der Strahlenquelle austritt.
Solche Strahlenschutzbehälter werden üblicherweise verwendet, um radioaktive Quellen sowohl in Zeiträumen, in denen sie für eine gegebene Anwendung verwendet werden als auch in dazwischenliegenden Zeiträumen sicher zu verwahren. Sicher bedeutet dabei insbesondere, dass der Austritt radioaktiver Strahlung dann, wenn die Quelle nicht verwendet wird, in jeder Richtung auf ein vertretbares Maß reduziert ist und dann, wenn die Quelle verwendet wird, in einer streng definierten Abstrahlgeometrie erfolgt und in allen anderen, nicht dieser Abstrahlgeometrie entsprechenden Richtungen auf ein vertretbares Maß reduziert ist. Dementsprechend weisen derartige Strahlenschutzbehälter regelmäßig eine Aufnahme für die - üblicherweise verkapselte - radioaktive Quelle und eine - gegebenenfalls in Zeiträumen, in denen die radioaktive Quelle nicht verwendet wird, verschließbare - Blende auf, welche die Abstrahlgeometrie definiert.
Es ist bereits bekannt, dass die Strahlungsquellen schaltbar ausgestaltet sind. D.h. dass durch geeignete Anordnungen, wie Blenden oder Verschlüsse, bspw. Schieber, eine Austrittsöffnung des Strahlenschutzbehälters der Strahlungsquelle geöffnet oder verschlossen wird. Bei geöffneter Austrittsöffnung tritt durch die Blende gerichtet radioaktive Strahlung aus und bei geschlossener Austrittsöffnung wird der Austritt radioaktiver Strahlung verhindert.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Strahlungsquelle für eine radiometrische Messeinrichtung, eine radiometrische Messanordnung mit einer solchen Strahlungsquelle sowie ein Verfahren zum Betreiben einer radiometrischen Messanordnung anzugeben, bei dem ein Installationsaufwand reduziert und idealerweise die eingesetzte Strahlungsdosis reduziert wird.
Diese Aufgabe wird durch eine Strahlungsquelle mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, eine radiometrische Messanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 sowie ein Verfahren zum Betreiben einer radiometrischen Messanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Varianten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Die in den Unteransprüchen einzeln aufgeführten Merkmale können in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander als auch mit den in der nachfolgenden Beschreibung näher erläuterten Merkmale kombiniert werden und andere vorteilhafte Ausführungsvarianten der Erfindung darstellen.
Eine erfindungsgemäße Strahlungsquelle für eine radiometrische Messanordnung mit einer in einem Strahlenschutzbehälter angeordneten radioaktiven Quelle wobei die Strahlenquelle eine mittels eines Verschlusses verschließbare Blende aufweist und wobei der Verschluss mittels eines Aktors betätigbar ist, zeichnet sich dadurch aus, dass die Strahlungsquelle wenigstens ein Funkmodul zur Aktivierung des Aktors aufweist.
Durch ein Funkmodul zur Aktivierung des Aktors wird ein Verkabelungsaufwand bei der Installation der Strahlungsquelle deutlich reduziert, da zusätzliche Leitungen zur Steuerung der Strahlungsquelle entfallen können. Ferner wird durch eine schaltbare Strahlungsquelle erreicht, dass die verwendete Strahlungsdosis deutlich reduziert werden kann, da die Strahlungsquelle in Zeiten, in denen keine Messung durchgeführt wird, deaktiviert sein kann.
Unter einer schaltbaren Strahlungsquelle soll gemäß der vorliegenden Anmeldung eine Strahlungsquelle mit einem Strahlenschutzbehälter und wenigstens einer Austrittsöffnung verstanden werden, wobei durch geeignete Anordnungen, wie Blenden oder Verschlüsse, bspw. Schieber, die Austrittsöffnung des Strahlenschutzbehälters der Strahlungsquelle automatisiert geöffnet oder verschlossen werden kann. Bei geöffneter Austrittsöffnung tritt durch die Blende gerichtet radioaktive Strahlung aus und bei geschlossener Austrittsöffnung wird der Austritt radioaktiver Strahlung verhindert. Dementsprechend wird die Strahlungsquelle bei geöffneter Austrittsöffnung auch als aktiviert oder eingeschaltet und bei geschlossener Austrittsöffnung als deaktiviert oder ausgeschaltet bezeichnet.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Begriffe aktiviert/deaktiviert bzw. eingeschal- tet/ausgeschaltet nicht zwingend auf die gesamte Strahlungsquelle zutreffen, sondern bei Strahlungsquellen mit mehreren Austrittsöffnungen auch nur auf eine aktuell betrachtete Austrittsöffnung zutreffen können. Bspw. kann mittels eines geeigneten Schiebers auch im Betrieb zwischen zwei oder mehreren Austrittsöffnungen umgeschaltet werden.
In einer Weiterbildung weist die Strahlungsquelle eine Energiequelle zur Versorgung wenigstens des Funkmoduls und des Aktors mit Energie auf.
Durch eine solche Energiequelle wird vorteilhafterweise ein energieautarker Betrieb der Strahlungsquelle ermöglicht. Auf diese Weise kann der Installationsaufwand beim Einsatz einer so weitergebildeten Strahlungsquelle noch weiter reduziert werden, da auch für eine Energieversorgung keine zusätzlichen Leitungen benötigt werden.
Die Energiequelle weist vorzugsweise wenigstens einen Energiespeicher auf.
Durch einen Energiespeicher wird eine unabhängige Energieversorgung gewährleistet. Der Energiespeicher kann bspw. als Batterie, Akkumulator oder Kondensator ausgebildet sein. Der Energiespeicher kann hierfür bspw. fest in dem Strahlenschutzbehälter verbaut sein. Alternativ kann der Energiespeicher wechselbar in der Strahlungsquelle angeordnet sein, bspw. in einem in den Strahlenschutzbehälter integrierten Batteriefach.
In einer Ausgestaltung kann die Energiequelle zusätzlich oder alternativ eine Energy- Harvesting- Einheit aufweisen.
Durch eine derartige Energy-Harvesting-Einheit kann die Strahlungsquelle teilweise oder vollständig mit Energie versorgt werden. Hierdurch kann eine Betriebsdauer des Energiespeichers der Strahlungsquelle deutlich verlängert oder sogar davon unabhängig gemacht werden. Im Idealfall ist der Energiespeicher lediglich als Energiezwischenspeicher ausgebildet, in dem überschüssige Energie aus der Energy-Harvesting-Einheit zwischengespeichert wird. Wird zu einem Zeitpunkt mehr Energie benötigt, als von der Energy-Harvesting-Einheit bereitgestellt wird, oder ist zeitweise keine Energie von der Energy-Harvesting-Einheit verfügbar, so kann die im Energiespeicher zwischengespeicherte Energie zum Betrieb der Strahlungsquelle, d.h. insbesondere des Funkmoduls und des Aktors verwendet werden.
In einer Ausgestaltungsform kann die Energy-Harvesting-Einheit als photovoltai- sche Zelle ausgebildet sein. Durch eine photovoltaische Zelle wird Strahlungsenergie und insbesondere Licht in elektrische Energie umgewandelt. Durch die Ausgestaltung der Energy-Harvesting-Einheit mit einer photovoltaischen Zelle kann bei im Freien installierten Strahlungsquellen erreicht werden, dass diese zu Zeiten, an denen die Sonne scheint, mit Energie versorgt werden. Durch eine Zwischenspeicherung der so gewonnenen Energie kann ein Betrieb auch nachts sichergestellt werden.
In einer Ausgestaltung ist das Funkmodul als Nahbereichfunkmodul ausgebildet. Unter Nahbereichfunkmodulen werden Funkmodule mit einer Reichweiter von einigen Zentimetern bis hin zu einigen Metern verstanden.
Beispielhaft für Technologien des Nahbereichfunks seien ZigBee, ZWave, Bluetooth, Bluetooth LE und W-Lan genannt.
Zusätzlich oder alternativ kann die Strahlungsquelle ein Funkmodul aufweisen, das als Mobilfunkmodul, insbesondere als Schmalband-Funkmodul ausgebildet ist. Mobilfunkmodule funken bspw. im GSM, GPRS, UMTS oder LTE Band. Ein Schmalband-Funkmodul kann im sogenannten Low Power Wide Area Network (LPWAN) betreiben werden. LPWAN zeichnet sich dadurch aus, dass das Netzwerk bei niedrigen Frequenzen mit extrem schmaler Bandbreite, typischerweise kleiner 1MHz betrieben wird. Beispielhafte Technologien sind LoRa und LoRa-WAN, Sigfox, NB- IOT und LTE-M.
Der Aktor kann ferner als elektromechanischer Aktor ausgebildet sein. Beispiele für elektromechanische Aktoren sind elektromotorische Aktoren, bspw. Stellantriebe, und elektromagnetische Aktoren, bspw. Stellmagnete.
Die Strahlungsquelle kann ferner als kabellose Einheit ausgebildet sein. Durch eine kabellose Ausgestaltung der Strahlungsquelle ist sichergestellt, dass die Strahlungsquelle ohne Installationsaufwand für die Verkabelung installiert werden kann. Insgesamt kann damit durch die Ausgestaltung mit einem Funkmodul und mit eigener Energiequelle eine Strahlungsquelle bereitgestellt werden, die flexibel installiert werden kann.
Erfindungsgemäß ist außerdem eine radiometrische Messanordnung mit einer Strahlungsquelle und eine Erfassungseinrichtung, wobei die Strahlungsquelle gemäß der obigen Beschreibung ausgebildet ist und die Erfassungseinrichtung ein Funkmodul zur Steuerung der Strahlungsquelle aufweist.
Eine so ausgebildete radiometrische Messanordnung kann damit flexibel und ohne Verkabelungsaufwand zwischen der Strahlungsquelle und der Erfassungseinrichtung installiert werden.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben der radiometrischen Messeinrichtung weist folgende Schritte auf:
- Aktivieren der Erfassungseinrichtung,
- Aussenden eines Funksignals durch die Erfassungseinrichtung zur Aktivierung der Strahlungsquelle,
- Durchführen einer Messung,
- Aussenden eines Funksignals durch die Erfassungseinrichtung zur Deaktivierung der Strahlungsquelle,
- Deaktivieren der Erfassungseinrichtung. Auf diese Weise ist es möglich, die radiometrische Messeinrichtung mit reduziertem Aufwand zu installieren und energiesparend und mit einer reduzierten radioaktiven Dosisleistung, die auf das Produkt einwirkt, zu betreiben. Auf diese Weise kann die Erfassungseinrichtung nicht im Dauerbetrieb betrieben werden, sondern immer wieder zyklisch für eine kurze Messung angeschaltet werden. Mit der Aktivierung der Erfassungseinrichtung wird die Strahlungsquelle nur dann aktiviert, wenn tatsächlich eine Messung stattfindet.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren eingehend erläutert. Es zeigen:
Figur 1 ein Ausführungsbeispiel einer radiometrischen Messanordnung mit einer Strahlungsquelle gemäß der vorliegenden Anmeldung und
Figur 2 eine vergrößerte Prinzipskizze einer Strahlungsquelle, wie sie in der radiometrischen Messanordnung gemäß Figur 1 zum Einsatz kommen kann.
In den Figuren bezeichnen - soweit nicht anders angegeben - gleiche Bezugszeichen gleiche oder einander entsprechende Komponenten mit gleicher Funktion.
Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer radiometrischen Messanordnung 100 mit einer Strahlungsquelle 1 gemäß der vorliegenden Anmeldung.
Die Radiometrische Messanordnung 100 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel an einem mit einem Füllgut 71 teilweise gefüllten Behälter 70 angeordnet. Auf einer Seite des Behälters 70 ist die Strahlungsquelle 1 angeordnet, wobei ihr diametral gegenüberliegend eine Erfassungseinrichtung 30 zur Erfassung der von der Strahlungsquelle 1 ausgesendeten radioaktiven Strahlung nach ihrem Durchtritt durch das Füllgut 71 in dem Behälter 70, angeordnet ist.
In Figur 1 ist symbolisch ein Strahlengang 72 ausgehend von der Strahlungsquelle 1 durch das in dem Behälter 70 befindliche Füllgut 71 hin zu der Erfassungseinrichtung 30 dargestellt. Der Strahlengang 72 ist nur zur Veranschaulichung des Messprinzips eingezeichnet und soll verdeutlichen, dass ausgehend von einer in einem Strahlenschutzbehälter 3 der Strahlungsquelle 1 angeordneten radioaktiven Quelle 5 radioaktive Strahlung durch die Behälterwandungen und das Füllgut 71 hindurch zu der Erfassungseinrichtung 30 gelangt. Abhängig von dem in dem Behälter 70 befindlichen Füllgut 71, insbesondere abhängig von dessen Dichte, gelangt mehr oder weniger der von der Strahlungsquelle 1 ausgehenden radioaktiven Strahlung zu der Erfassungseinrichtung 30, sodass auf diese Weise beispielsweise eine Füllstand-, Grenzstand- oder Dichtemessung erfolgen kann.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die Erfassungseinrichtung 30 einen Detektor 32 zur Detektion der radioaktiven Strahlung, sowie eine dem Detektor 32 nachgeschaltete Elektronik zur Weiterverarbeitung der so gewonnenen Messsignale auf. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die Erfassungseinrichtung 30 ferner ein Funkmodul 34 auf, mittels dessen über eine symbolische dargestellte Antenne 35 Funksignal gesendet und empfangen werden können. Das Funkmodul 34 kann beispielsweise zur drahtlosen Übermittlung der Messwerte an eine übergeordnete Einheit und im vorliegenden Ausführungsbeispiel auch zur Kommunikation mit der Strahlungsquelle 1 geeignet ausgebildet sein.
Die Strahlungsquelle 1 weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Funkmodul 13 auf, das über eine symbolisch dargestellt Antenne 14 ebenfalls dazu ausgebildet ist, Funksignal zu senden und zu empfangen.
Die Strahlungsquelle 1 weist eine in einem Strahlenschutzbehälter 3 angeordnete radioaktive Quelle 5 auf, die mittels einer Blende 9 in einem geometrisch streng begrenzten Bereich radioaktive Strahlung in Richtung der Erfassungseinrichtung 30 aussendet. Die Blende 9 kann durch einen in Figur 1 nicht näher dargestellten Verschluss 7, der durch einen Aktor 11 betätigbar ist, geöffnet und verschlossen werden, sodass bei geöffneter Blende radioaktive Strahlung in Richtung der Erfassungseinrichtung 30 abgegeben und bei verschlossener Blende ein Austreten radioaktiver Strahlung in alle Richtungen verhindert wird.
Durch das Funkmodul 13, das im vorliegenden Ausführungsbeispiel mit einer Steuerung 19 verbunden ist, ist es damit möglich die Strahlungsquelle 1 zu aktivieren und zu deaktivieren. Das bedeutet, dass durch entsprechende Funksignale der Aktor 11 dazu veranlasst wird, den Verschluss 7 derart zu betätigen, dass diese die Blende 9 verschließt und damit die Strahlungsquelle 1 deaktiviert, oder die Blende 9 öffnet und damit die Strahlungsquelle 1 aktiviert. Die Strahlungsquelle 1 weist ferner eine Energiequelle 15 auf, die in dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel als in ein Gehäuse der Strahlungsquelle 1 integrierte Batterie ausgebildet ist. Mittels der Batterie können sowohl die Steuerung 19 und das Funkmodul 13 als auch der Aktor 11 zur Betätigung des Verschlusses 7 mit Energie versorgt werden.
Figur 2 zeigt eine vergrößerte schematische Darstellung einer Strahlungsquelle 1, wie sie in der radiometrischen Messanordnung 100 gemäß Figur 1 zum Einsatz kommen kann.
In der in Figur 2 gezeigten Ausgestaltung der Strahlungsquelle 1 ist im Inneren des Strahlenschutzbehälters 3 die radioaktive Quelle 5 symbolhaft dargestellt. Die radioaktive Quelle 5 ist von dem Strahlenschutzbehälter 3 annähernd vollständig umgeben, wobei lediglich eine in den Strahlenschutzbehälter 3 eingesetzte Blende 9 eine Öffnung zur Abgabe radioaktiver Strahlung in eine definierte Richtung bildet. Im Inneren des Strahlenschutzbehälters 3 ist ein Verschluss 7 angeordnet, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel als U-förmig ausgebildetes Element realisiert ist, das durch den Aktor 11 angetrieben in einer Kreislinie um die radioaktive Quelle 5 bewegt werden kann, sodass der Verschlusses 7 die in der Blende 9 vorgesehen Öffnung vollständig überlappt und damit einen Austritt radioaktiver Strahlung verhindert.
Die Energiequelle 15 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel mit einer als Solarzelle ausgebildeten Energy-Harvesting-Einheit 17 verbunden, die einen Energieverbrauch der in der Strahlungsquelle 1 angeordneten elektrischen Module bei Sonnenschein weitestgehend abdeckt, sodass die Batterie der Energiequelle 15 lediglich zur Zwischenspeicherung von mittels der Solarzelle gewonnene Energie sowie zur Energieversorgung elektrischen Module zu Zeiten, in denen die Solarzelle 17 keine Energie liefert, ausgebildet ist.
Durch die vorliegende Ausgestaltung wird es ermöglicht, dass die Strahlungsquelle 1 durch ein Funksignal kurz bevor eine Messung stattfinden soll eingeschaltet wird und nach Abschluss der Messung unmittelbar wieder ausgeschaltet werden kann. Auf diese Weise wird erreicht, dass eine über die Zeit auf das Füllgut 71 und die Umgebung einwirkende Strahlendosis minimiert wird. Dadurch wird insbesondere eine potentielle Strahlenbelastung für Personal, das sich im Bereich der Erfassungseinrichtung tätig ist, minimiert.
Die Strahlungsquelle 1 kann beispielsweise unmittelbar von der Erfassungseinrichtung 30 via Funk aktiviert und deaktiviert werden. Zusätzlich oder alternativ können sowohl die Erfassungseinrichtung 30 als auch die Strahlungsquelle 1 von einer übergeordneten Einheit, jeweils wenn diese eine Messung anfordert, aktiviert und deaktiviert werden. Ein in dem Strahlenschutzbehälter fest verbauter Akkumulator kann beispielsweise von außen induktiv geladen werden oder bei ausreichender Sonneneinstrahlung über die Solarzelle erzeugte elektrische Energie Zwischenspeichern. Alternativ können auch andere Energy-Harvesting-Systeme eingesetzt werden.
Das Funkmodul kann beispielsweise als Nahbereichfunkmodul oder als Schmalband-Funkmodul ausgebildet sein. Beispielhaft für Nahbereichfunktechniken seien Bluetooth und WLAN genannt, Schmalbandfunktechnologien sind beispielsweise SigFox Lora-WAN, NB-IOC oder LTE-M.
Bezugszeichen
Strahlungsquelle
Strahlenschutzbehälter
Radioaktive Quelle
Verschluss
Blende
Aktor
Funkmodul
Antenne
Energiequelle
Solarzelle/ Energy- Harvesting- Einheit
Steuerung
Erfassungseinrichtung
Detektor
Funkmodul
Antenne
Behälter
Füllgut
Strahlengang
Radiometrische Messanordnung

Claims

Patentansprüche Strahlungsquelle (1) für eine radiometrische Messanordnung (100) mit einer in einem Strahlenschutzbehälter (2) angeordneten radioaktiven Quelle wobei die Strahlenquelle eine mittels eines Verschlusses verschließbare Blende (9) aufweist und wobei der Verschluss (7) mittels eines Aktors (11) betätigbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle (1) wenigstens ein Funkmodul (13) zur Aktivierung des Aktors (11) aufweist. Strahlungsquelle (1) gemäß Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle (1) eine Energiequelle zur Versorgung wenigstens des Funkmoduls (13) und des Aktors (11) mit Energie aufweist. Strahlungsquelle (1) gemäß Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiequelle wenigstens einen Energiespeicher aufweist. Strahlungsquelle (1) gemäß einem der Patentansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiequelle eine Energy-Harvesting-Einheit aufweist. Strahlungsquelle (1) gemäß Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Energy-Harvesting-Einheit als Solarzelle ausgebildet ist. Strahlungsquelle (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Funkmodul (13) als Nahbereichfunkmodul ausgebildet ist. Strahlungsquelle (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Funkmodul (13) als Mobilfunkmodul, insbesondere Schmalband- Funkmodul, ausgebildet ist. Strahlungsquelle (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (11) als elektromechanischer Aktor (11) ausgebildet ist. Strahlungsquelle (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle (1) als kabellose Einheit ausgebildet ist. Radiometrische Messanordnung (100) mit einer Strahlungsquelle (1) und eine Erfassungseinrichtung dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle (1) gemäß einem der vorhergehenden Patentansprüche ausgebildet ist und die Erfassungseinrichtung ein Funkmodul (13) zur Steuerung der Strahlungsquelle (1) aufweist. erfahren zum Betreiben einer radiometrischen Messeinrichtung gemäß Anspruch 9, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
- Aktivieren der Erfassungseinrichtung,
- Aussenden eines Funksignals durch die Erfassungseinrichtung zur Aktivierung der Strahlungsquelle (1),
- Durchführen einer Messung
- Aussenden eines Funksignals durch die Erfassungseinrichtung zur Deaktivierung der Strahlungsquelle (1),
- Deaktivieren der Erfassungseinrichtung.
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