放射性测量的密度分布测量系统和方法及应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的放射性测量的密度分布测量系统及一种根据权利要求13的用于放射性测量地测定密度分布的方法。
【背景技术】
[0002]由现有技术已知不同的用于测定密度分布的放射性测量的测量系统。这些测量系统被用于例如无接触地测定在一个容器或罐内不同填充物的通过它们的密度表明特性的层状分布。
[0003]对此的一种示例性的应用是在石油开采时探测不同的层。在石油开采时例如获得砂子、水和原油并且将它们收集在一个罐内，其中，砂子会沉淀，而石油和水分离到不同层中。为进一步处理，就必需将这些层彼此分离并且将砂子和水从石油中分离出，这例如可以通过排出罐下方区域中的容纳物来实现。对于该过程起决定作用的是，根据可行性仅将水和砂子排出并且通过这种方式不浪费石油。
[0004]因为这些物料的密度各不相同，所以在此使用对应的密度测量系统和密度测量方法。
[0005]在此放射性的密度测量的特点尤其是，可以不依赖于罐内的工艺条件并且不依赖于要测量的填充物的具体的化学成分进行测量。尤其是可能的腐蚀特性在此不起作用，因为必不可少的测量装置可以被设置在罐外部。
[0006]所依据的测量原理充分利用伽马量子在不同介质中的与密度相关的吸收作用。对此，由一个或多个辐射源射出的伽马量子朝向测量装置的方向穿过要测量的填充物，以便探测到达该测量装置的辐射强度。相关于处于辐射源与测量装置之间的填充物的密度，或多或少的伽马量子被该填充物吸收，使得在测量装置的位置处的辐射强度构成填充物密度的尺度。
[0007]在此，通常借助所谓的闪烁计数器进行辐射强度的探测，该闪烁计数器主要包括用于将伽马射线转换成光脉冲的闪烁探测器和在下游连接的、用于由光脉冲生成电脉冲的光电倍增器。在下游连接的测量电子装置内对所述电脉冲进一步处理，例如放大和计数。所测定的脉冲的数量就代表辐射强度并且因而也代表填充物的密度。测定的脉冲越少，则填充物的密度越大。
[0008]在由现有技术已知的方法中，在罐的下部区域内用唯——个的测量装置对在最小物料高度的范围内的密度进行监测，该最小物料高度不能低于在水与石油之间的分离层。如果例如附加地应该对例如水或砂子的最大物料高度进行监测，则相应地需要另外的测量装置，这些另外的测量装置被设置在相应的物料高度上。
[0009]为测定由填充物构成的多层结构的成分或者为测定密度分布，要设置多得多的测量装置。
[0010]一种对应的系统如图5所示。
[0011]图5示出了一种根据现有技术的放射性测量的密度分布测量系统1，其中，在罐100的内部设置多个、在此为六个放射性的辐射源3。这些辐射源3被设置在矛状件4上并且如此定向，使得各辐射源的辐射锥体31限定一个竖直的辐射平面，在该辐射平面上设置有与辐射源3的数量相对应的数量的探测单元或者说测量装置5。如由图5可得，与所设置的六个辐射源3相对应地水平错开地设置按照各辐射源3竖直分布的六个测量装置5。
[0012]通过将测量装置5与辐射源3在水平方向上相配，可进行在各个物料高度h上的密度测量并且因而测定处于罐内的填充物99的密度分布。
[0013]在由现有技术已知的另一种方法中，相应的辐射源和与该辐射源相配的测量装置竖直地沿着填充物或者在填充物内部运动并且因而测定密度分布。
【发明内容】
[0014]本发明的任务在于，简化密度分布的测定。
[0015]该任务通过具有权利要求1的特征的放射性测量的密度分布测量系统和根据权利要求13的用于放射性测量地测定密度分布的测量方法解决。各有利的扩展方案是各从属权利要求的主题。
[0016]按本发明的放射性测量的密度分布测量系统用于测定处于容器中的填充物的密度分布，该放射性测量的密度分布测量系统具有至少一个辐射源和一个用于探测放射性辐射的探测单元，该探测单元具有用于产生由辐射诱导的闪光的闪烁探测器、用于根据闪光来产生电信号的光敏元件和用于处理电信号的测量电子装置，其中，闪烁探测器构造为长形的并且优选沿预期的密度变化的方向设置。在此也可以给闪烁探测器配设也优选在预期的密度变化的方向上彼此错开设置的多个、尤其是至少两个辐射源。
[0017]在常见的例如测定处于容器内的填充物的密度分布的测量情况下，预期的密度变化的方向通常是竖直方向。但也可设想其他应用情况，在这些应用情况中例如根据处理实现沿水平方向的或沿其他任意方向的密度变化。
[0018]按本发明的测量系统允许借助唯一一个测量装置测定位于容器内的填充物的密度分布。对此起决定作用的是这种认知，即在长形的闪烁探测器中产生的闪光在其在该闪烁探测器中传播时会受到衰减。由于闪光的数量代表填充物的密度，所以可根据闪光的亮度推断出在闪烁探测器内部的发生位置并且因而例如推断出对应的物料高度。
[0019]为了测定根据需要而相应地精细划分的密度分布，可以给闪烁探测器配设例如2至10个辐射源。当给闪烁探测器配设4至6个辐射源时，就可以实现对于许多应用情况都足够的划分。
[0020]如上所述，辐射源优选沿着预期的密度变化的方向尤其是竖直分布地被设置，例如相应于需要密度信息的物料高度。
[0021]当闪烁探测器具有长形的柔性柱状体的形状时，实现可适应于许多应用目的的并且可在多方面应用的系统。通过这种方式，闪烁探测器可以适应不同的容器形状并且节省空间地被设置。
[0022]当各辐射源与闪烁探测器设置在同一平面中时，可以实现利于测量的布置。
[0023]例如可以通过在各个脉冲所产生的幅值方面对在测量电子装置中测定的电信号的评价来实现密度分布的确定。测量电子装置对此优选具有幅值测量装置，该幅值测量装置至少用于测定各个脉冲的最大幅值。优选所述幅值测量装置如此设计，使得各个脉冲的幅值变化被测定。
[0024]在此可以借助用于测定幅值分布的装置来进行密度分布的测定，其中，密度分布例如可以借助所测定的幅值分布与参考幅值分布的比较来实现。
[0025]为了能够进行该比较，当测量电子装置具有用于存储参考幅值分布和/或所测定的幅值分布的存储器时是非常有意义的。例如可以借助比较装置进行比较。
[0026]但本发明并不排除的是，也可以在给测量系统配设的测量计算器中进行相应的比较，该测量计算器通常具有较高的计算能力以便执行所需的比较运算和/或也许需要的测量值修正。
[0027]在目前可用的闪烁探测器材料中，闪烁探测器的长度可以达到10m。因为在闪烁探测器的自由端上产生的光脉冲由于衰减的原因不再能够在测量电子装置中被探测，所以由于高衰减闪烁探测器的更长的长度目前不可用。
[0028]因此，优选长度为Im至10m，其中，长度也可以为2m至8m。
[0029]作为优选的闪烁探测器材料，在本发明中使用有机聚合物，优选具有2mm直径的纤维的形式的聚苯乙烯，因为这些材料与其它可获得的材料相比具有良好的闪烁特性和光导特性以及对于例如不同的容器形状的良好适应性。
[0030]辐射源和闪烁探测器优选与预期的密度变化方向设置在同一平面上。在此辐射源优选如此设计，使得这些辐射源具有主辐射方向，该主辐射方向朝向闪烁探测器的方向并垂直于所预期的密度变化的方向。在此由辐射源所产生的辐射锥体的对称轴应被认为是主辐射方向。
[0031]通过这种方式例如可以在预期的在竖直方向上的密度变化的情况下通过辐射源的主辐射方向的水平定向实现很好地测定密度分布。
[0032]在此辐射源优选如此被设置和设计，使得各辐射源的辐射锥体没有重叠。通过这种方式可以实现在闪烁探测器上的各区段与各个辐射源的相配，这又简化了密度分布的测定。
[0033]但不排除的是，各个辐射源的辐射锥体也可以有重叠。
[0034]通过重叠的辐射锥体实现的更大的脉冲率，使得在相同辐射源时可以使测量更精确和/或更快。或者可以缩减辐射源。辐射角甚至可以张开至如此程度，使得每个辐射体都到达闪烁探测器的全部延伸尺寸上。
[0035]在此各辐射源优选具有这样的辐射角，使得辐射源的辐射锥体在闪烁探测器的位置上具有在该闪烁探测器的纵向上为4cm至40cm的直径。通过这种方式能够实现与要进行密度测定的测量高度的足够相配。所用的辐射源通常具有5°至40°的辐射角。有代表性地在辐射源与闪烁探测器之间距离为50cm时由此可以实现:一个具有约为2cm至16cm厚度的层在密度测定时基于一个福射源。
[0036]一种用于放射性测量地测定密度分布的典型的测量方法优选是借助如已述的测量系统来实施，其中，所测定的电信号的幅值分布被确定并且根据幅值分布推断出填充物的密度分布。如上所述，在放射性的测量方法中通常伽马量子被辐射源朝向闪烁探测器的方向射出，该闪烁探测器将到达该处的伽马量子转换成与辐射强度相对应数量的光脉冲。这些光脉冲随后在测量电子装置中被进一步处理，其中，可以通过将到达的光脉冲量化以及对这些光脉冲在其幅值和幅值分布方面的考察来推断出设置在辐射源与闪烁探测器之间的填充物的作为测量基础的密度分布。
[0037]因为不仅在闪烁探测器内光脉冲的产生、对在闪烁探测器内部的光脉冲起作用的衰减而且例如在光电倍增器内由光脉冲到电信号的转换都是受到统计波动的过程，所以在信号分析时优选考虑这些过程。对此优选对幅值分布进行统计修正，其中尤其是要考虑上述的三个因素。
[0038]如果将所测定的幅值分布与参考幅值分布进行比较并且根据该比较结果推断出密度分布，则可以实现所述方法的一种特别简单的方案。
[0039]根据本发明使用一种放射性测量的测量系统，用于测定处于容器中的填充物的密度分布，该放射性测量的测量系统具有至少一个辐射源和一个用于探测放射性的辐射的探测单元，该探测单元具有用于产生由辐射诱导的闪光的闪烁探测器、用于根据闪光来产生电信号的光敏元件和用于处理电信号的测量电子装置，闪烁探测器构造为长形的。
【附图说明】
[0040]下面参考各附图详细解释本发明。其中:
[0041]图1是根据本申请的放射性测量的密度分布测量系统的简化框图；
[0042]图2是放射性测量的密度分布测量系统的一种实施例；
[0043]图3是图2的局部放大图；
[0044]图4是有代表性的幅值分