放射性測(cè)量的密度分布測(cè)量系統(tǒng)和方法及應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分的放射性測(cè)量的密度分布測(cè)量系統(tǒng)及一種根據(jù)權(quán)利要求13的用于放射性測(cè)量地測(cè)定密度分布的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由現(xiàn)有技術(shù)已知不同的用于測(cè)定密度分布的放射性測(cè)量的測(cè)量系統(tǒng)。這些測(cè)量系統(tǒng)被用于例如無(wú)接觸地測(cè)定在一個(gè)容器或罐內(nèi)不同填充物的通過它們的密度表明特性的層狀分布。
[0003]對(duì)此的一種示例性的應(yīng)用是在石油開采時(shí)探測(cè)不同的層。在石油開采時(shí)例如獲得砂子、水和原油并且將它們收集在一個(gè)罐內(nèi)，其中，砂子會(huì)沉淀，而石油和水分離到不同層中。為進(jìn)一步處理，就必需將這些層彼此分離并且將砂子和水從石油中分離出，這例如可以通過排出罐下方區(qū)域中的容納物來實(shí)現(xiàn)。對(duì)于該過程起決定作用的是，根據(jù)可行性僅將水和砂子排出并且通過這種方式不浪費(fèi)石油。
[0004]因?yàn)檫@些物料的密度各不相同，所以在此使用對(duì)應(yīng)的密度測(cè)量系統(tǒng)和密度測(cè)量方法。
[0005]在此放射性的密度測(cè)量的特點(diǎn)尤其是，可以不依賴于罐內(nèi)的工藝條件并且不依賴于要測(cè)量的填充物的具體的化學(xué)成分進(jìn)行測(cè)量。尤其是可能的腐蝕特性在此不起作用，因?yàn)楸夭豢缮俚臏y(cè)量裝置可以被設(shè)置在罐外部。
[0006]所依據(jù)的測(cè)量原理充分利用伽馬量子在不同介質(zhì)中的與密度相關(guān)的吸收作用。對(duì)此，由一個(gè)或多個(gè)輻射源射出的伽馬量子朝向測(cè)量裝置的方向穿過要測(cè)量的填充物，以便探測(cè)到達(dá)該測(cè)量裝置的輻射強(qiáng)度。相關(guān)于處于輻射源與測(cè)量裝置之間的填充物的密度，或多或少的伽馬量子被該填充物吸收，使得在測(cè)量裝置的位置處的輻射強(qiáng)度構(gòu)成填充物密度的尺度。
[0007]在此，通常借助所謂的閃爍計(jì)數(shù)器進(jìn)行輻射強(qiáng)度的探測(cè)，該閃爍計(jì)數(shù)器主要包括用于將伽馬射線轉(zhuǎn)換成光脈沖的閃爍探測(cè)器和在下游連接的、用于由光脈沖生成電脈沖的光電倍增器。在下游連接的測(cè)量電子裝置內(nèi)對(duì)所述電脈沖進(jìn)一步處理，例如放大和計(jì)數(shù)。所測(cè)定的脈沖的數(shù)量就代表輻射強(qiáng)度并且因而也代表填充物的密度。測(cè)定的脈沖越少，則填充物的密度越大。
[0008]在由現(xiàn)有技術(shù)已知的方法中，在罐的下部區(qū)域內(nèi)用唯——個(gè)的測(cè)量裝置對(duì)在最小物料高度的范圍內(nèi)的密度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，該最小物料高度不能低于在水與石油之間的分離層。如果例如附加地應(yīng)該對(duì)例如水或砂子的最大物料高度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，則相應(yīng)地需要另外的測(cè)量裝置，這些另外的測(cè)量裝置被設(shè)置在相應(yīng)的物料高度上。
[0009]為測(cè)定由填充物構(gòu)成的多層結(jié)構(gòu)的成分或者為測(cè)定密度分布，要設(shè)置多得多的測(cè)量裝置。
[0010]一種對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)如圖5所示。
[0011]圖5示出了一種根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的放射性測(cè)量的密度分布測(cè)量系統(tǒng)1，其中，在罐100的內(nèi)部設(shè)置多個(gè)、在此為六個(gè)放射性的輻射源3。這些輻射源3被設(shè)置在矛狀件4上并且如此定向，使得各輻射源的輻射錐體31限定一個(gè)豎直的輻射平面，在該輻射平面上設(shè)置有與輻射源3的數(shù)量相對(duì)應(yīng)的數(shù)量的探測(cè)單元或者說測(cè)量裝置5。如由圖5可得，與所設(shè)置的六個(gè)輻射源3相對(duì)應(yīng)地水平錯(cuò)開地設(shè)置按照各輻射源3豎直分布的六個(gè)測(cè)量裝置5。
[0012]通過將測(cè)量裝置5與輻射源3在水平方向上相配，可進(jìn)行在各個(gè)物料高度h上的密度測(cè)量并且因而測(cè)定處于罐內(nèi)的填充物99的密度分布。
[0013]在由現(xiàn)有技術(shù)已知的另一種方法中，相應(yīng)的輻射源和與該輻射源相配的測(cè)量裝置豎直地沿著填充物或者在填充物內(nèi)部運(yùn)動(dòng)并且因而測(cè)定密度分布。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]本發(fā)明的任務(wù)在于，簡(jiǎn)化密度分布的測(cè)定。
[0015]該任務(wù)通過具有權(quán)利要求1的特征的放射性測(cè)量的密度分布測(cè)量系統(tǒng)和根據(jù)權(quán)利要求13的用于放射性測(cè)量地測(cè)定密度分布的測(cè)量方法解決。各有利的擴(kuò)展方案是各從屬權(quán)利要求的主題。
[0016]按本發(fā)明的放射性測(cè)量的密度分布測(cè)量系統(tǒng)用于測(cè)定處于容器中的填充物的密度分布，該放射性測(cè)量的密度分布測(cè)量系統(tǒng)具有至少一個(gè)輻射源和一個(gè)用于探測(cè)放射性輻射的探測(cè)單元，該探測(cè)單元具有用于產(chǎn)生由輻射誘導(dǎo)的閃光的閃爍探測(cè)器、用于根據(jù)閃光來產(chǎn)生電信號(hào)的光敏元件和用于處理電信號(hào)的測(cè)量電子裝置，其中，閃爍探測(cè)器構(gòu)造為長(zhǎng)形的并且優(yōu)選沿預(yù)期的密度變化的方向設(shè)置。在此也可以給閃爍探測(cè)器配設(shè)也優(yōu)選在預(yù)期的密度變化的方向上彼此錯(cuò)開設(shè)置的多個(gè)、尤其是至少兩個(gè)輻射源。
[0017]在常見的例如測(cè)定處于容器內(nèi)的填充物的密度分布的測(cè)量情況下，預(yù)期的密度變化的方向通常是豎直方向。但也可設(shè)想其他應(yīng)用情況，在這些應(yīng)用情況中例如根據(jù)處理實(shí)現(xiàn)沿水平方向的或沿其他任意方向的密度變化。
[0018]按本發(fā)明的測(cè)量系統(tǒng)允許借助唯一一個(gè)測(cè)量裝置測(cè)定位于容器內(nèi)的填充物的密度分布。對(duì)此起決定作用的是這種認(rèn)知，即在長(zhǎng)形的閃爍探測(cè)器中產(chǎn)生的閃光在其在該閃爍探測(cè)器中傳播時(shí)會(huì)受到衰減。由于閃光的數(shù)量代表填充物的密度，所以可根據(jù)閃光的亮度推斷出在閃爍探測(cè)器內(nèi)部的發(fā)生位置并且因而例如推斷出對(duì)應(yīng)的物料高度。
[0019]為了測(cè)定根據(jù)需要而相應(yīng)地精細(xì)劃分的密度分布，可以給閃爍探測(cè)器配設(shè)例如2至10個(gè)輻射源。當(dāng)給閃爍探測(cè)器配設(shè)4至6個(gè)輻射源時(shí)，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于許多應(yīng)用情況都足夠的劃分。
[0020]如上所述，輻射源優(yōu)選沿著預(yù)期的密度變化的方向尤其是豎直分布地被設(shè)置，例如相應(yīng)于需要密度信息的物料高度。
[0021]當(dāng)閃爍探測(cè)器具有長(zhǎng)形的柔性柱狀體的形狀時(shí)，實(shí)現(xiàn)可適應(yīng)于許多應(yīng)用目的的并且可在多方面應(yīng)用的系統(tǒng)。通過這種方式，閃爍探測(cè)器可以適應(yīng)不同的容器形狀并且節(jié)省空間地被設(shè)置。
[0022]當(dāng)各輻射源與閃爍探測(cè)器設(shè)置在同一平面中時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)利于測(cè)量的布置。
[0023]例如可以通過在各個(gè)脈沖所產(chǎn)生的幅值方面對(duì)在測(cè)量電子裝置中測(cè)定的電信號(hào)的評(píng)價(jià)來實(shí)現(xiàn)密度分布的確定。測(cè)量電子裝置對(duì)此優(yōu)選具有幅值測(cè)量裝置，該幅值測(cè)量裝置至少用于測(cè)定各個(gè)脈沖的最大幅值。優(yōu)選所述幅值測(cè)量裝置如此設(shè)計(jì)，使得各個(gè)脈沖的幅值變化被測(cè)定。
[0024]在此可以借助用于測(cè)定幅值分布的裝置來進(jìn)行密度分布的測(cè)定，其中，密度分布例如可以借助所測(cè)定的幅值分布與參考幅值分布的比較來實(shí)現(xiàn)。
[0025]為了能夠進(jìn)行該比較，當(dāng)測(cè)量電子裝置具有用于存儲(chǔ)參考幅值分布和/或所測(cè)定的幅值分布的存儲(chǔ)器時(shí)是非常有意義的。例如可以借助比較裝置進(jìn)行比較。
[0026]但本發(fā)明并不排除的是，也可以在給測(cè)量系統(tǒng)配設(shè)的測(cè)量計(jì)算器中進(jìn)行相應(yīng)的比較，該測(cè)量計(jì)算器通常具有較高的計(jì)算能力以便執(zhí)行所需的比較運(yùn)算和/或也許需要的測(cè)量值修正。
[0027]在目前可用的閃爍探測(cè)器材料中，閃爍探測(cè)器的長(zhǎng)度可以達(dá)到10m。因?yàn)樵陂W爍探測(cè)器的自由端上產(chǎn)生的光脈沖由于衰減的原因不再能夠在測(cè)量電子裝置中被探測(cè)，所以由于高衰減閃爍探測(cè)器的更長(zhǎng)的長(zhǎng)度目前不可用。
[0028]因此，優(yōu)選長(zhǎng)度為Im至10m，其中，長(zhǎng)度也可以為2m至8m。
[0029]作為優(yōu)選的閃爍探測(cè)器材料，在本發(fā)明中使用有機(jī)聚合物，優(yōu)選具有2mm直徑的纖維的形式的聚苯乙烯，因?yàn)檫@些材料與其它可獲得的材料相比具有良好的閃爍特性和光導(dǎo)特性以及對(duì)于例如不同的容器形狀的良好適應(yīng)性。
[0030]輻射源和閃爍探測(cè)器優(yōu)選與預(yù)期的密度變化方向設(shè)置在同一平面上。在此輻射源優(yōu)選如此設(shè)計(jì)，使得這些輻射源具有主輻射方向，該主輻射方向朝向閃爍探測(cè)器的方向并垂直于所預(yù)期的密度變化的方向。在此由輻射源所產(chǎn)生的輻射錐體的對(duì)稱軸應(yīng)被認(rèn)為是主輻射方向。
[0031]通過這種方式例如可以在預(yù)期的在豎直方向上的密度變化的情況下通過輻射源的主輻射方向的水平定向?qū)崿F(xiàn)很好地測(cè)定密度分布。
[0032]在此輻射源優(yōu)選如此被設(shè)置和設(shè)計(jì)，使得各輻射源的輻射錐體沒有重疊。通過這種方式可以實(shí)現(xiàn)在閃爍探測(cè)器上的各區(qū)段與各個(gè)輻射源的相配，這又簡(jiǎn)化了密度分布的測(cè)定。
[0033]但不排除的是，各個(gè)輻射源的輻射錐體也可以有重疊。
[0034]通過重疊的輻射錐體實(shí)現(xiàn)的更大的脈沖率，使得在相同輻射源時(shí)可以使測(cè)量更精確和/或更快。或者可以縮減輻射源。輻射角甚至可以張開至如此程度，使得每個(gè)輻射體都到達(dá)閃爍探測(cè)器的全部延伸尺寸上。
[0035]在此各輻射源優(yōu)選具有這樣的輻射角，使得輻射源的輻射錐體在閃爍探測(cè)器的位置上具有在該閃爍探測(cè)器的縱向上為4cm至40cm的直徑。通過這種方式能夠?qū)崿F(xiàn)與要進(jìn)行密度測(cè)定的測(cè)量高度的足夠相配。所用的輻射源通常具有5°至40°的輻射角。有代表性地在輻射源與閃爍探測(cè)器之間距離為50cm時(shí)由此可以實(shí)現(xiàn):一個(gè)具有約為2cm至16cm厚度的層在密度測(cè)定時(shí)基于一個(gè)福射源。
[0036]一種用于放射性測(cè)量地測(cè)定密度分布的典型的測(cè)量方法優(yōu)選是借助如已述的測(cè)量系統(tǒng)來實(shí)施，其中，所測(cè)定的電信號(hào)的幅值分布被確定并且根據(jù)幅值分布推斷出填充物的密度分布。如上所述，在放射性的測(cè)量方法中通常伽馬量子被輻射源朝向閃爍探測(cè)器的方向射出，該閃爍探測(cè)器將到達(dá)該處的伽馬量子轉(zhuǎn)換成與輻射強(qiáng)度相對(duì)應(yīng)數(shù)量的光脈沖。這些光脈沖隨后在測(cè)量電子裝置中被進(jìn)一步處理，其中，可以通過將到達(dá)的光脈沖量化以及對(duì)這些光脈沖在其幅值和幅值分布方面的考察來推斷出設(shè)置在輻射源與閃爍探測(cè)器之間的填充物的作為測(cè)量基礎(chǔ)的密度分布。
[0037]因?yàn)椴粌H在閃爍探測(cè)器內(nèi)光脈沖的產(chǎn)生、對(duì)在閃爍探測(cè)器內(nèi)部的光脈沖起作用的衰減而且例如在光電倍增器內(nèi)由光脈沖到電信號(hào)的轉(zhuǎn)換都是受到統(tǒng)計(jì)波動(dòng)的過程，所以在信號(hào)分析時(shí)優(yōu)選考慮這些過程。對(duì)此優(yōu)選對(duì)幅值分布進(jìn)行統(tǒng)計(jì)修正，其中尤其是要考慮上述的三個(gè)因素。
[0038]如果將所測(cè)定的幅值分布與參考幅值分布進(jìn)行比較并且根據(jù)該比較結(jié)果推斷出密度分布，則可以實(shí)現(xiàn)所述方法的一種特別簡(jiǎn)單的方案。
[0039]根據(jù)本發(fā)明使用一種放射性測(cè)量的測(cè)量系統(tǒng)，用于測(cè)定處于容器中的填充物的密度分布，該放射性測(cè)量的測(cè)量系統(tǒng)具有至少一個(gè)輻射源和一個(gè)用于探測(cè)放射性的輻射的探測(cè)單元，該探測(cè)單元具有用于產(chǎn)生由輻射誘導(dǎo)的閃光的閃爍探測(cè)器、用于根據(jù)閃光來產(chǎn)生電信號(hào)的光敏元件和用于處理電信號(hào)的測(cè)量電子裝置，閃爍探測(cè)器構(gòu)造為長(zhǎng)形的。
【附圖說明】
[0040]下面參考各附圖詳細(xì)解釋本發(fā)明。其中:
[0041]圖1是根據(jù)本申請(qǐng)的放射性測(cè)量的密度分布測(cè)量系統(tǒng)的簡(jiǎn)化框圖；
[0042]圖2是放射性測(cè)量的密度分布測(cè)量系統(tǒng)的一種實(shí)施例；
[0043]圖3是圖2的局部放大圖；
[0044]圖4是有代表性的幅值分