專(zhuān)利名稱：輻射度量的水平或密度測(cè)量的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及輻射度量的水平或密度測(cè)量。本發(fā)明具體地涉及一種用于確定介質(zhì)的水平或者密度的輻射度量的水平測(cè)量系統(tǒng)和/或輻射度量的密度測(cè)量系統(tǒng)，也涉及一種用于輻射度量地確定介質(zhì)的水平(也就是極限水平測(cè)量)或者密度的方法或者用于關(guān)于傳送帶或者螺旋輸送機(jī)的吞吐量測(cè)量的方法。
背景技術(shù)：
在當(dāng)今的輻射度量的測(cè)量系統(tǒng)中使用所謂的光電倍增器，該光電倍增器檢測(cè)由閃爍體產(chǎn)生的閃光并且將由閃爍體產(chǎn)生的閃光轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。這種光電倍增器可能需要復(fù)雜的電壓產(chǎn)生。此外，所需要的空間可能比較大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開(kāi)了一種根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求的特征所述的用于確定介質(zhì)的水平或者密度的輻射度量的水平或密度測(cè)量系統(tǒng)，以及用于輻射度量地確定介質(zhì)的水平或者密度的方法。在從屬權(quán)利要求中公開(kāi)了本發(fā)明的附加改進(jìn)方案。 所描述的實(shí)施例同樣地應(yīng)用于測(cè)量系統(tǒng)和方法。換言之，也可在方法中實(shí)施以下關(guān)于測(cè)量系統(tǒng)所描述的特征，反之亦然。 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，公開(kāi)了一種用于確定罐中介質(zhì)的水平或者密度的、輻射度量的水平測(cè)量系統(tǒng)和/或密度測(cè)量系統(tǒng)，其中該測(cè)量系統(tǒng)的特征在于包括轉(zhuǎn)換器、光電二極管和評(píng)估單元。轉(zhuǎn)換器用于將透過(guò)介質(zhì)的電離第一輻射至少部分轉(zhuǎn)換成電磁第二輻射。光電二極管用于將第二輻射至少部分轉(zhuǎn)換成電信號(hào)(例如電壓信號(hào))，并且評(píng)估單元用于分別基于多個(gè)所產(chǎn)生的電壓脈沖或者電壓信號(hào)來(lái)確定介質(zhì)的水平或者密度。
換言之，由轉(zhuǎn)換器輸出的電磁信號(hào)(第二輻射)至少部分地被光電二極管檢測(cè)。光電二極管將這些電磁信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓信號(hào)，這些電壓信號(hào)然后可以被計(jì)數(shù)。在計(jì)數(shù)之前，可以計(jì)算彼此對(duì)應(yīng)的信號(hào)(即，基于相同事件的信號(hào))的總和。 可看到利用光電二極管的優(yōu)勢(shì)在于它們小并且可以便宜地制造并且容易地控制它們。若干個(gè)光電二極管的組合可使得可能抑制光電二極管的消隱脈沖并且增加系統(tǒng)的靈敏度。 電離輻射的至少部分轉(zhuǎn)換意味著不需要轉(zhuǎn)換由放射性源發(fā)出并且通過(guò)罐的全部輻射。只要轉(zhuǎn)換該輻射的一小部分就足夠。這類(lèi)似地應(yīng)用于由光電二極管進(jìn)行的輻射轉(zhuǎn)換，因?yàn)楣怆姸O管或者光電二極管陣列可能也未檢測(cè)出由轉(zhuǎn)換器發(fā)出的全部輻射(例如，因?yàn)樵撦椛涞牟糠滞ㄟ^(guò)了光電二極管)。 根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，光電二極管是雪崩光電二極管(APD)。 使用了基于半導(dǎo)體的光電二極管而不是例如基于管技術(shù)的光電倍增器。與光電倍
增器相比，這些光電二極管較小并且較容易控制。因?yàn)檠┍拦怆姸O管具有非常高的靈敏
度，因此它們是有利的。 根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，以將入射的電離輻射轉(zhuǎn)換成閃光的閃爍體或者閃爍計(jì) 數(shù)器的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換器。 根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，測(cè)量系統(tǒng)的特征還在于包括將光電二極管的電壓脈沖 轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的比較器。 根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，評(píng)估單元被設(shè)計(jì)用于對(duì)電壓脈沖或者來(lái)源于比較器的 數(shù)字信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)。 根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，測(cè)量系統(tǒng)的特征在于包括用于計(jì)算同時(shí)生成的數(shù)字信 號(hào)(即，基于閃爍體中相同的事件并且因此彼此對(duì)應(yīng)的信號(hào))的總和的求和裝置。求和裝 置然后輸出相應(yīng)的和信號(hào)。在該情況中，評(píng)估單元用于僅對(duì)具有預(yù)定最小數(shù)量的數(shù)字信號(hào) 的和信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)。其余的和信號(hào)未被進(jìn)行計(jì)數(shù)而是被丟棄。 這可使得可能阻止錯(cuò)誤測(cè)量消極地影響最終結(jié)果。事實(shí)上，僅考慮了同時(shí)生成并 且因此由若干個(gè)閃光引起的信號(hào)，其中所述若干個(gè)閃光是在閃爍體中由相同的事件(例如 由相同的Y量子)產(chǎn)生的。例如由于光電二極管的固有熱噪聲而產(chǎn)生的消隱脈沖來(lái)源于 不同的事件并且因此不同時(shí)發(fā)生。由此可有效地抑制這些脈沖。 根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，求和裝置被設(shè)計(jì)用于計(jì)算同時(shí)生成的電壓脈沖的總和 并且用于輸出相應(yīng)的和信號(hào)，其中評(píng)估單元被設(shè)計(jì)成用于僅對(duì)具有預(yù)定的最小脈沖強(qiáng)度的 和信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)。其余的和信號(hào)被再次丟棄。 根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，公開(kāi)了一種用于輻射度量地確定介質(zhì)的水平或者密度 的方法，其中將透過(guò)介質(zhì)的電離第一輻射至少部分轉(zhuǎn)換成電磁第二輻射(例如光)。借助于 光電二極管將該第二輻射至少部分轉(zhuǎn)換成電壓脈沖。隨后基于所產(chǎn)生的電壓脈沖的檢測(cè)到 的數(shù)量來(lái)確定介質(zhì)的水平或者密度。 在確定水平或者密度之前，可以將所產(chǎn)生的電壓脈沖轉(zhuǎn)換成隨后對(duì)其進(jìn)行計(jì)數(shù)的 數(shù)字信號(hào)。 特別地，會(huì)有可能以上述方式計(jì)算同時(shí)生成的數(shù)字信號(hào)或者電壓脈沖的總和。如 果相應(yīng)的和信號(hào)滿足最低要求，則其僅用于確定所測(cè)量的值?？商峁﹥H允許足夠強(qiáng)的信號(hào) 通過(guò)的濾波器，以便判定是否滿足最低要求。如果計(jì)算數(shù)字信號(hào)的總和，則最低要求包括和 信號(hào)具有某個(gè)最小數(shù)量的、彼此相加的數(shù)字信號(hào)。如果計(jì)算電壓脈沖的總和，則最低要求包 括所得到的總脈沖具有最小脈沖強(qiáng)度或者最小幅值，即包括足夠數(shù)量的單個(gè)脈沖。
以下參考附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。


圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的測(cè)量系統(tǒng)的視圖。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的測(cè)量系統(tǒng)的視圖。
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的測(cè)量系統(tǒng)的視圖。
5
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的方法的流程圖。
圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的測(cè)量系統(tǒng)的視圖。
具體實(shí)施例方式
圖中的視圖是示意性的而不是真實(shí)的比例。 在以下的附圖描述中，對(duì)于相同或者相似的元件使用相同的參考符號(hào)。
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的測(cè)量系統(tǒng)的視圖。測(cè)量系統(tǒng)100的特征在
于包括放射性源106、閃爍計(jì)數(shù)器或者閃爍體的形式的轉(zhuǎn)換器101、若干個(gè)光電二極管102、
113、 114、求和裝置105、比較器104以及微處理器或者評(píng)估單元103。例如，可以以計(jì)算機(jī)的形式實(shí)現(xiàn)評(píng)估單元103。 放射性源包括例如Y輻射體。由源106產(chǎn)生的放射性輻射或者電離輻射109朝
著容器或者罐107的方向發(fā)出。容器107包括例如液體、固體或者氣體形式的產(chǎn)品108。在
透過(guò)容器107期間，電離輻射109被削弱到取決于產(chǎn)品108的水平或者密度的程度。在容
器的另一側(cè)出現(xiàn)的(剩余)輻射110在閃爍計(jì)數(shù)器IOI上入射。 應(yīng)注意的是，放射性源106也可包括a輻射體或者|3輻射體。 在閃爍體101上入射的電離輻射或者電離粒子產(chǎn)生閃光111、112。 Y量子可以同
時(shí)產(chǎn)生幾百到幾千個(gè)同時(shí)發(fā)射并且最終登記為事件的光子。這些閃光(或者事件)被光電
二極管102、113、114記錄并且轉(zhuǎn)換成彼此相關(guān)的相應(yīng)電壓脈沖。 由閃光111、112生成的兩個(gè)電壓脈沖在求和裝置105中被計(jì)算總和并且在比較器104中被轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，其中如果數(shù)字信號(hào)是由最小數(shù)量的單個(gè)電壓脈沖引起的，則該數(shù)字信號(hào)隨后用于通過(guò)評(píng)估單元103確定介質(zhì)的水平或者密度。 圖2示出了這種測(cè)量系統(tǒng)100的另一實(shí)施例，其中使用在若干個(gè)方向上發(fā)出輻射的輻射源106，以使得該輻射透過(guò)容器107的大部分，而不是使用(根據(jù)圖1的)有方向的放射性輻射體106。 由閃爍體101產(chǎn)生的閃光至少部分地被可兩維地實(shí)現(xiàn)的二極管陣列102、 113、
114、 201至204獲取，并且被轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓脈沖。所有的電壓脈沖隨后在比較器104中被數(shù)字化。相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)然后在裝置105中被計(jì)算總和并且以和信號(hào)的形式發(fā)送到評(píng)估單元103。 圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的測(cè)量系統(tǒng)。該測(cè)量系統(tǒng)包括電源單元301、處理器或者微控制器(評(píng)估單元)103、閃爍體101、一個(gè)或者多個(gè)光電二極管102、信號(hào)放大器302、比較器104以及電流輸出或者現(xiàn)場(chǎng)總線接口 303。
也可提供電壓倍增。 閃爍體101將輻射源的放射性Y輻射轉(zhuǎn)換成閃光，該閃光又由光電二極管轉(zhuǎn)換成電壓脈沖。下游的信號(hào)放大器放大了這些電壓脈沖。比較器(例如每個(gè)二極管一個(gè)比較器)然后將電壓脈沖轉(zhuǎn)換成由處理器103計(jì)數(shù)的數(shù)字脈沖。電離輻射在容器中被吸收或者削弱到取決于處理值(即罐中的水平或者罐中的密度條件)的程度。這引起了脈沖頻率變化。 處理器103根據(jù)脈沖頻率確定物理處理值。由于半導(dǎo)體部件受到固有噪聲影響，因此會(huì)出現(xiàn)無(wú)意的脈沖或者所謂的消隱噪聲(特別是伴隨雪崩光電二極管)。半導(dǎo)體二極管的有源表面小于光電倍增器的有源表面。 然而，如果以平行方式(作為陣列)使用若干個(gè)光電二極管，則可改進(jìn)測(cè)量結(jié)果。
這增加了有源表面的尺寸并且同時(shí)抑制了固有噪聲，因?yàn)槿舾蓚€(gè)二極管的固有噪聲不是相
干的。然而，如果測(cè)量脈沖是由相同的電離事件引起的，則它們非常相干。 如果現(xiàn)在計(jì)算二極管的輸出脈沖的總和，則相干測(cè)量脈沖導(dǎo)致比非相干噪聲信號(hào)
更高的輸出脈沖。這會(huì)使得可能將基于電離事件的測(cè)量信號(hào)與基于噪聲的測(cè)量信號(hào)分開(kāi)。 也可能在通過(guò)似然性檢查(例如"三分之二判定")將噪聲信號(hào)與測(cè)量脈沖分開(kāi)之
前，將二極管的輸出脈沖初始地轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。 圖4示出了方法的流程圖，其中在步驟401中將電離輻射轉(zhuǎn)換成電磁輻射。在步 驟402中，隨后借助光電二極管將電磁輻射轉(zhuǎn)換成電壓脈沖。然后在步驟403中評(píng)價(jià)所得 到的信號(hào)是否由電離事件或者噪聲引起。在步驟404中，被識(shí)別為有效測(cè)量信號(hào)的信號(hào)用 于確定介質(zhì)的水平或者密度。 圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的測(cè)量系統(tǒng)，其中使用輻射源106而不是 (根據(jù)圖1的)有方向的放射性輻射體，該輻射源106在若干個(gè)方向上發(fā)射輻射，以使得輻 射透過(guò)容器107的大部分。若干個(gè)光電二極管102、113、114耦合到面上(即在上側(cè)和/或 下側(cè))的閃爍體IOI。它們可通過(guò)光波導(dǎo)502、503、504連接到閃爍體。光波導(dǎo)分開(kāi)所產(chǎn)生 的閃光，以使得每個(gè)光電二極管接收并且可以檢測(cè)其一部分。 因此，測(cè)量在閃爍體中產(chǎn)生的光強(qiáng)度，而不是進(jìn)行垂直分辨率測(cè)量?？梢曰趯?duì)應(yīng)
于事件(閃光)的數(shù)量的、所測(cè)量的強(qiáng)度來(lái)確定容器中介質(zhì)的水平或者密度。 光波導(dǎo)可包括塑料、玻璃或者閃爍體材料。任何能夠引導(dǎo)第二電磁輻射(例如光)
的其他材料適合于該目的。針對(duì)該目的甚至可考慮光電二極管到閃爍體的直接耦合或者氣隙。 —個(gè)或者多個(gè)比較器104檢測(cè)光電二極管的信號(hào)并且產(chǎn)生電壓脈沖。優(yōu)選的是每 個(gè)光電二極管利用至少一個(gè)比較器。如果最小數(shù)量的比較器已經(jīng)同時(shí)傳遞了信號(hào)并且事件 因此是由測(cè)量信號(hào)而不是光電二極管的噪聲信號(hào)引起的，則求和裝置105可以計(jì)算比較器 的電壓脈沖的總和并且將信息發(fā)送到評(píng)估單元103。 作為補(bǔ)充，應(yīng)注意的是，"包括"以及"其特征在于"不排除其他元件或者步驟，并且 "一"或者"一個(gè)"不排除復(fù)數(shù)。此外應(yīng)注意的是，參照以上實(shí)施例之一描述的特征或者步驟 也可以結(jié)合其他上述實(shí)施例的其他特征或步驟來(lái)使用。不應(yīng)以限制性的意義來(lái)理解權(quán)利要 求中的參考符號(hào)。
權(quán)利要求
一種用于確定介質(zhì)的水平或者密度的輻射度量的水平或密度測(cè)量系統(tǒng)，其中所述測(cè)量系統(tǒng)(100)包括轉(zhuǎn)換器(101)，用于將透過(guò)所述介質(zhì)的電離第一輻射至少部分轉(zhuǎn)換成電磁第二輻射；光電二極管(102)，用于將所述第二輻射至少部分轉(zhuǎn)換成電壓脈沖；以及評(píng)估單元(103)，用于基于多個(gè)所產(chǎn)生的電壓脈沖來(lái)確定所述介質(zhì)的水平或者密度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量系統(tǒng)，其中所述光電二極管是雪崩光電二極管。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的測(cè)量系統(tǒng)，其中所述測(cè)量系統(tǒng)包括以陣列形式布置的多個(gè)光電二極管。
4. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的測(cè)量系統(tǒng)，其中以閃爍體的形式實(shí)現(xiàn)所述轉(zhuǎn)換器(101)。
5. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的測(cè)量系統(tǒng)，還包括用于將所述電壓脈沖轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的比較器(104)。
6. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的測(cè)量系統(tǒng)，其中所述評(píng)估單元(103)被設(shè)計(jì)用于對(duì)來(lái)源于所述比較器的數(shù)字信號(hào)或者所述電壓脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3至6中之一所述的測(cè)量系統(tǒng)，還包括求和裝置(105)，用于計(jì)算對(duì)應(yīng)于同時(shí)生成的電壓脈沖的數(shù)字信號(hào)的總和并且用于輸出相應(yīng)的和信號(hào)；其中所述評(píng)估單元(103)被設(shè)計(jì)為如果所述和信號(hào)包括預(yù)定的最小數(shù)量的數(shù)字信號(hào)，則考慮所述和信號(hào)；其中如果所述和信號(hào)不包括預(yù)定數(shù)量的數(shù)字信號(hào)，則丟棄所述和信號(hào)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1至6中之一所述的測(cè)量系統(tǒng)，還包括求和裝置(105)，用于計(jì)算同時(shí)生成的電壓脈沖的總和并且用于輸出相應(yīng)的和信號(hào)；其中所述評(píng)估單元(103)被設(shè)計(jì)為如果所述和信號(hào)具有預(yù)定的最小脈沖強(qiáng)度，則考慮所述和信號(hào)；其中如果所述和信號(hào)不具有預(yù)定的最小脈沖強(qiáng)度，則丟棄所述和信號(hào)。
9. 一種用于輻射度量地確定介質(zhì)的水平或者密度的方法，其中所述方法包括以下步驟將透過(guò)所述介質(zhì)的電離第一輻射至少部分轉(zhuǎn)換成電磁第二輻射；借助于光電二極管將所述第二輻射至少部分轉(zhuǎn)換成電壓脈沖；以及基于多個(gè)所產(chǎn)生的電壓脈沖確定所述介質(zhì)的水平或者密度。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，還包括以下步驟將所述電壓脈沖轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9或者10所述的方法，還包括以下步驟對(duì)所述數(shù)字信號(hào)或者所述電壓脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10或者11所述的方法，還包括以下步驟計(jì)算同時(shí)生成的數(shù)字信號(hào)的總和并且輸出相應(yīng)的和信號(hào)；其中僅對(duì)具有預(yù)定的最小數(shù)量的數(shù)字信號(hào)的和信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)；以及丟棄其余的和信號(hào)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求9至11所述的方法，還包括以下步驟計(jì)算同時(shí)生成的電壓脈沖的總和并且輸出相應(yīng)的和信號(hào)； 其中僅對(duì)具有預(yù)定的最小脈沖強(qiáng)度的和信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)；以及 丟棄其余的和信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于確定介質(zhì)的水平或者密度的輻射度量的水平或密度測(cè)量系統(tǒng)，以及一種用于輻射度量地確定介質(zhì)的水平或者密度的方法。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，通過(guò)借助光電二極管陣列檢測(cè)由閃爍體產(chǎn)生的閃光來(lái)輻射度量地測(cè)量罐中介質(zhì)的水平或者密度。計(jì)算相應(yīng)的電壓脈沖的總和，并且在將這些電壓脈沖用于確定介質(zhì)的水平或者密度之前，對(duì)這些電壓脈沖的關(guān)聯(lián)性進(jìn)行分析。
文檔編號(hào)G01F23/284GK101750132SQ200910253639
公開(kāi)日2010年6月23日 申請(qǐng)日期2009年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月8日
發(fā)明者溫弗里德·勞爾, 約瑟夫·費(fèi)倫巴赫 申請(qǐng)人:Vega格里沙貝兩合公司