分段的基于光纖的核料位測(cè)量?jī)x的制作方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】
【背景技術(shù)】
[0001]在許多工業(yè)環(huán)境中，有必要探測(cè)在存儲(chǔ)箱或存儲(chǔ)器內(nèi)產(chǎn)品的料位(level)。料位傳感器通常附連到存儲(chǔ)箱或存儲(chǔ)容器上并且和電連接至位于控制間或其他中心位置處的遠(yuǎn)程測(cè)量?jī)x，在控制間或其他中心位置處技術(shù)員或控制系統(tǒng)可以監(jiān)測(cè)容存儲(chǔ)器的狀態(tài)以進(jìn)行適合的過(guò)程控制。
[0002]人們已經(jīng)開(kāi)發(fā)了用于料位感測(cè)的各種技術(shù)。這些技術(shù)包括各種使用浮球或墜重的接觸感測(cè)技術(shù)以及各種諸如反映來(lái)自各器內(nèi)廣品表面的電磁福射或超聲福射以確定廣品高度的非接觸技術(shù)。
[0003]在一些應(yīng)用中，將傳感器遠(yuǎn)離產(chǎn)品尤其重要。例如，在將要感測(cè)鋼或礦石的熱熔物的料位的鑄造廠里，將料位傳感器和所述熱熔物保持安全距離尤其重要。在這些應(yīng)用中，要使用核料位感測(cè)測(cè)量?jī)x。
[0004]在核料位感測(cè)測(cè)量?jī)x內(nèi)，核輻射的輻射源位于將要進(jìn)行料位感測(cè)的容器的一側(cè)上。核輻射探測(cè)器置于所述容器的相反側(cè)上。從輻射源發(fā)射的輻射為寬的一般而言垂直分散的光束形狀，所述光束指向所述容器的內(nèi)部。容器內(nèi)的產(chǎn)品充分地吸收與其撞擊的輻射。但是，如果容器沒(méi)有裝滿(mǎn)產(chǎn)品，來(lái)自輻射源的輻射光束的一些部分穿過(guò)容器并且從與輻射源相對(duì)的容器一側(cè)逸出，然后輻照所述輻射探測(cè)器。因?yàn)槿萜鲀?nèi)的產(chǎn)品充分吸收了與其撞擊的輻射，由此減少穿過(guò)容器的輻射光束量，激發(fā)所述輻射探測(cè)器的輻射量與容器內(nèi)的產(chǎn)品數(shù)量成反比。因而，由所述輻射探測(cè)器探測(cè)到的輻射量與最大和最小值相比較以生成容器內(nèi)產(chǎn)品量的度量。
[0005]圖1示出典型現(xiàn)有技術(shù)的核料位感測(cè)測(cè)量?jī)x，其中所述核探測(cè)器基于閃爍晶體。當(dāng)暴露于來(lái)自輻射源S的核輻射下時(shí)，細(xì)長(zhǎng)的閃爍晶體14產(chǎn)生光線的光子。生成的光子數(shù)和撞擊在晶體上的輻射量相關(guān)。為了探測(cè)穿過(guò)容器的輻射，所述閃爍晶體14置于容器的與輻射源相對(duì)的一側(cè)上，所述晶體的長(zhǎng)度通常垂直取向。用作光探測(cè)器的光電倍增管12和所述晶體的末端耦合并且探測(cè)從所述閃爍晶體發(fā)射的光線光子，然后從其生成被電子器件10放大的信號(hào)，所述電子器件10生成指示撞擊到所述晶體上的輻射量的輸出，由此指示容器內(nèi)的產(chǎn)品料位。這種傳感器在美國(guó)專(zhuān)利3，884，288,4, 481，595,4, 651，800,4, 735，253、4，739，819 和 5，564，487 中有所論述。
[0006]美國(guó)專(zhuān)利6，198，103中公開(kāi)了對(duì)傳統(tǒng)核測(cè)量?jī)x的改進(jìn)，該專(zhuān)利由本申請(qǐng)的受讓人申請(qǐng)。參見(jiàn)附圖2A和2B，美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)6，198，103公開(kāi)了核料位感測(cè)測(cè)量?jī)x，所述核料位感測(cè)測(cè)量?jī)x利用一個(gè)或更多閃爍光纖束作為輻射探測(cè)器，代替閃爍晶體。在附圖2A的變型中，光纖直接和光電倍增管12耦合，但在附圖2B的變型中，光纖通過(guò)光導(dǎo)18和PMT 12耦合，所述光導(dǎo)18允許PMT和放大電子器件10與所述光纖束16遠(yuǎn)距離放置。
[0007]和使用閃爍晶體的已知測(cè)量?jī)x相比，利用閃爍光纖導(dǎo)致成本、性能、使用簡(jiǎn)易性、尺寸以及敏感性配置的大幅度改善。具體的，和閃爍晶體相比，閃爍光纖很輕，能夠卷繞運(yùn)輸并且容易剪切到希望的長(zhǎng)度。閃爍光纖可以輕易地彎曲以和特定容器的曲率匹配，但是晶體很硬并且難以適應(yīng)生產(chǎn)。并且，閃爍光纖比晶體有更好的內(nèi)部反射特性，這就意味著光纖閃爍傳感器可比晶體閃爍傳感器以更少損失做得更長(zhǎng)。最后，一個(gè)或更多光纖束比對(duì)應(yīng)的晶體實(shí)質(zhì)上有更少的熱容量，這就意味著光纖束更易冷卻。
[0008]遺憾的是，在以較長(zhǎng)的長(zhǎng)度生產(chǎn)時(shí)，晶體和光纖都會(huì)顯示出光強(qiáng)度損失。圖3示出根據(jù)來(lái)自穿過(guò)媒介的閃光源的行程距離的光強(qiáng)度的衰減，并且媒介的“衰減長(zhǎng)度”L(i/e)的定義為，在所述光強(qiáng)度減少到其初始強(qiáng)度的Ι/e前，光線能夠通過(guò)媒介傳輸?shù)木嚯x。光纖束通常有2.5米的“衰減長(zhǎng)度”。從附圖3的光強(qiáng)度相對(duì)于行程距離的曲線可看出，光損失在比衰減長(zhǎng)度更長(zhǎng)的距離上相對(duì)嚴(yán)重并且是它非線性的。但是，光纖束和晶體在商業(yè)上以較長(zhǎng)的長(zhǎng)度使用，晶體達(dá)到10英尺，光纖束達(dá)到12英尺或更長(zhǎng)。因?yàn)樯a(chǎn)更長(zhǎng)尺寸的棒很困難，所以晶體實(shí)際上限制到大約10英尺。光纖在實(shí)踐上不受到生產(chǎn)約束的限制，但是受到用于制造光纖的聚苯乙烯媒介衰減長(zhǎng)度的約束。
[0009]面臨閃爍晶體的限制長(zhǎng)度問(wèn)題的工程師制造了利用多個(gè)晶體以感測(cè)料位的串行設(shè)備。圖4顯示了典型現(xiàn)有技術(shù)的這種布置，其中多個(gè)閃爍晶體14以串行的方式鄰近于容器相對(duì)于光源S定位，每個(gè)晶體激發(fā)光電倍增管12，所述光電倍增管12和電子放大器10耦合。然后各個(gè)放大器的輸出和求和電子器件20耦合。每個(gè)晶體的長(zhǎng)度比其衰減長(zhǎng)度要小，但串行定位的晶體的總體長(zhǎng)度Lt實(shí)質(zhì)上可比衰減長(zhǎng)度大。
[0010]圖5顯示所述晶體14的可替代的串行布置，所述串行布置已經(jīng)在人們希望移動(dòng)光電倍增管12遠(yuǎn)離所述晶體14的安裝中使用；在這個(gè)實(shí)施例中，光導(dǎo)18將自每個(gè)晶體14的光線耦合到每個(gè)PMT 12。如附圖4所示，所述晶體大致切割到比衰減長(zhǎng)度小的長(zhǎng)度，但是其總體長(zhǎng)度Lt可顯著更長(zhǎng)。
[0011]遺憾的是，由于PMT 12和電子器件10的重復(fù)和要求使用求和電子器件20，附圖4和5所示的方案受到高復(fù)雜度和高成本的困擾，致使這種形式的測(cè)量?jī)x在很多環(huán)境下與單個(gè)光纖束相比不具競(jìng)爭(zhēng)力；但是，正如已經(jīng)提到的，光纖束會(huì)遭遇較長(zhǎng)長(zhǎng)度的衰減損失。
[0012]由此可見(jiàn)，有必要改進(jìn)閃爍核料位感測(cè)測(cè)量?jī)x以解決現(xiàn)有產(chǎn)品的缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]根據(jù)本發(fā)明，上述需求得以解決，本發(fā)明提供了新的和改進(jìn)的核測(cè)量?jī)x，所述核測(cè)量?jī)x不受閃爍體的衰減長(zhǎng)度限制還能免除過(guò)高復(fù)雜度或過(guò)高成本的困擾。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的原理，核料位感測(cè)測(cè)量?jī)x利用多個(gè)閃爍體，所述閃爍體以串行的方式鄰近于容器中的產(chǎn)品、相對(duì)于核輻射源定位，并且利用光導(dǎo)將來(lái)自那些閃爍體的光線耦合至共同的光傳感器，這樣所述共同的光傳感器探測(cè)在兩個(gè)以上閃爍體內(nèi)產(chǎn)生的光線。在閃爍體內(nèi)產(chǎn)生的光子數(shù)由此通過(guò)單個(gè)的共同光傳感器測(cè)量，產(chǎn)生容器內(nèi)的輻射吸收產(chǎn)品的料位的度量，而降低了如在現(xiàn)有技術(shù)中使用多個(gè)閃爍體的多個(gè)光電倍增管和放大電子器件的成本和復(fù)雜程度。
[0015]如具體實(shí)施例描述的，所述閃爍體包括閃爍光纖束(例如在I英寸直徑的束中的300根光纖)或閃爍晶體。在兩個(gè)例子中，每個(gè)閃爍體可能限制為衰減長(zhǎng)度以下，例如長(zhǎng)度小于約4英尺。所述光傳感器可為光電倍增管，或在高輻射應(yīng)用中，所述光傳感器可為光電二極管陣列。
[0016]參見(jiàn)附圖和【附圖說(shuō)明】，本發(fā)明的目的和優(yōu)勢(shì)進(jìn)一步顯現(xiàn)。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1示出現(xiàn)有技術(shù)使用閃爍晶體的核料位感測(cè)測(cè)量?jī)x；
[0018]圖2A示出現(xiàn)有技術(shù)使用閃爍光纖束的核料位感測(cè)測(cè)量?jī)x，以及圖2B示出使用光導(dǎo)的這種測(cè)量?jī)x的可替代變型；
[0019]圖3示出根據(jù)光源的距離的穿過(guò)媒介的光強(qiáng)度的衰減，以及“衰減長(zhǎng)度”L(i/e)的定義;
[0020]圖4示出現(xiàn)有技術(shù)使用多個(gè)以串行方式布置的閃爍晶體的核料位感測(cè)測(cè)量?jī)x；
[0021]圖5示出現(xiàn)有技術(shù)使用多個(gè)以串行方式布置的閃爍晶體以及用于將來(lái)自晶體的光子傳送到遠(yuǎn)程PMT和電子器件的光導(dǎo)的核料位感測(cè)測(cè)量?jī)x；以及
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