专利名称：连续核物位监测方法及实现该方法的装置的制作方法
技术领域：
本发明属于放射性连续物位检测技术领域。
背景技术：
物位检测技术在实际的工业生产过程中具有重要的作用，通过对物位的精准测量，可保证生产过程的最优化控制。目前在生产家实践中的物位产品种类较多，按测量形式可分为接触式测量和非接触式测量。核物位监测装置由于其非接触进行无损测量，无需改变所安装罐体20的固有形状，特别适应于恶劣环境下的物位监测，具有工作可靠，测量准确，维护方便的优点，在实际工作中具有非常广泛的应用。 目前国内外利用射线吸收原理的连续核物位监测仪表，一般是采用三种形式线源和线探测器的结构；线源和点探测器的结构；点源和线探测器的结构。但在应用中有三个致命缺点①、价格比较昂贵、抗干扰能力差，可靠性低、由于核仪表需生产厂家安装调试，给安装、调试及日后维修带来不便，也增加了费用。该项目的研制成功可替代国外产品，并大幅度降低仪表的价格，方便国内用户的使用和维护。
发明内容
本发明为了解决现有连续核物位监测仪表测量过程中存在的测量效率低、成本高、测量准确性差的问题，并且克服了现有同类技术的技术偏见，设计了一种连续核物位监测方法及实现该方法的装置。本发明所述的连续核物位监测方法为在被检测罐体的一侧设置两个探测器，所述两个探测器沿垂直方向排列，位于上面的为上探测器，位于下面的为下探测器；在被检测罐体的另一侧设置一个辐射源，用于发射射线；所述两个探测器用于接收辐射源发射的射线；所述辐射源和探测器同步沿垂直方向做一维直线运动；所述两个探测器采集的信号有三种组合状态，所述三种组合状态分别为状态一上探测器接收到辐射源的信号强度大于阈值，而下探测器接收到辐射源的信号强度小于阈值，所述物位的位置位于上探测器和下探测器之间，则判定物位是两个探测器中间的位置；状态二 上探测器和下探测器所接收到辐射源的信号强度均大于阈值，则判定辐射源在物位的上方；状态三上探测器和下探测器所接收到辐射源的信号强度均小于阈值，则判定辐射源在物位的下方；根据所述三种组合状态调整辐射源和探测器的高度，进而实现被检测罐体内的物位的监测。上述根据所述三种组合状态调整辐射源和探测器的高度，进而实现被检测罐体内的物位的监测的方法为在状态二，控制辐射源和探测器向下运动，直到所述两个探测器采集的信号为状态一;在状态三，控制辐射源和探测器向上运动，直到所述两个探测器采集的信号为状态一;在状态一，保持辐射源和探测器位置不变，将两个探测器的中间位置作为物位。上述辐射源发出的放射信号为Y射线。本发明所述的连续核物位监测装置包括辐射源、两个探测器、升降机构、升降机构驱动单元和信号处理单元，所述升降机构用于带动辐射源和两个探测器同步升起或者下降，所述两个探测器沿垂直方向排列，升级机构驱动单元用于驱动升级机构运动，信号处理单元接收双管探测器发出的信号，并对所述信号进行处理进而生成升级机构驱动单元的驱动信号，所述信号处理单元将该驱动信号发送给升级机构驱动单元。 上述双管探测器的两个射线接收管沿垂直方向排列。在实际应用时，将辐射源和双管探测器对称设置在被测罐体的两侧，并且使二者的连线为水平线，辐射源发射的放射线信号入射至被测罐体，双管探测器在被测罐体的另一侧接收该放射线信号，参见图I所示，信号处理单元根据接收到的信号判断辐射源和双管探测器连线与罐体内部物位的关系，并根据所述关系输出驱动信号，控制升级机构带动辐射源和双管探测器升起或下降，知道所述连线与被测罐体内部物位相重合。所述连线是指辐射源发射信号的位置与双管探测器的两个管中间的位置的连线。本发明的工作原理为辐射源发出射线，穿过被测罐体和内部介质后，被放置在罐体另一侧的双管探测器接收，当射线射入罐体内后，遇到罐内的介质时，所述射线被介质吸收，双管探测器接收不到射线，这表明，双管探测器中未接收到射线信号的管位置低于物位高度；而当射线射入罐体内部后，没有遇到罐内的介质，所述射线被另一侧的双管探测器接收到，这表明，双管探测器中接收到射线信号的管位置高于物位高度；当所述双管单侧器的两个管中位于上面的管接收到射线信号、而位于下面的接收不到射线信号时，表明物位刚好在两个管的中间位置。根据上述原理，可以合理设置双管探测器中的两个管之间的距离，进而设定检测精度。本发明所述的连续核物位监测装置的逻辑判断原理为Y射线经准直后，穿过被测容器和介质，经介质吸收后被双管闪烁探测器接收。探测器所接收到信号的计数率与被测容器内介质的位置相关。当探测器内的介质位置变化后，可得到探测器中双管所测量得到的数据，其逻辑关系有三种可能性I、两个探测器17都接收到射线，或接收到的射线强度大于阈值；2、上探测器接收到射线，或接收到的射线强度大于阈值；下探测器没有接收到射线，或接收到的射线强度小于阈值；3、上下探测器都没接收到射线，或接收到的射线强度小于阈值。在实际工作中需同时测量穿过容器的同一束Y射线的有无或者大小，若当两个探测器中的一个探测器所接收到的射线强度小，另一个探测器所接收的射线强度大时，则料面高度位于两个探测器之间。若两探测器接收到的射线强度相同，则说明该处不是料位界面，则控制放射源和两个探测器移动，直至找到料面，并跟踪已达到连续测量料位的目的。本发明的优点由I.采用两个探测器进行采集信号的设计，通过处理器逻辑判断，控制两个探测器也放射源移动，以定点的测量方式实现物位连续测量，在测量过程中误差的大小取决于探测器的结构，相对误差归零，对大量程测量具有较高的精度，提高了系统的稳定性与测量精确度。2.物位检测部件在罐体外部，克服了现有将物位检测部件放置在罐体内部的惯用技术思想,将物位测量部件放置在被测罐体外侧。本发明的物位测量部件不与罐体内部件相接触，并且也无需在罐体内部设计安装物位测量部件的结构，即不破坏罐体内部结构、不占用罐体内部体积。本发明的物位测量方法及装置对被测设备结构不产生任何改变，对原有功能也不产生任何影响。本发明所述的装置便于安装、调试和维护。3.该项目是利用Y射线非接触(穿透)测量方式，因而特别适用于毒性、易燃易·爆、高温、高压恶劣环境下容器中的物位测量。4.利用核物理测量原理进行设计，采用射线准直方式测量，减少散射误差影响；采用非接触连续测量方式，在测量精度不受环境条件变化影响的情况下，稳定可靠，维护量小。5、以点源作为发射极，双管探测器进行接收的形式，电机随动跟踪的测量方法，提高系统的反应时间和料位变化跟踪的速度。本发明为适应核物位监测仪表发展趋势，设计的适用于具有较大流速液体场所的顶端物位测量。该装置利用核物理测量原理为基础，采用点源作为发射源、双探测器的信号采集方式，根据双管闪烁探测器的信号获得物位信息，并控制电机随动实时跟踪的测量形式，以定点物位的测量形式实现连续测量的要求，对大量程测量具有较高的精度。本发明尤其适用于作为恶劣环境下的连续物位检测，特别适用于毒性、易燃易爆、高温、高压恶劣环境下的连续物位测量。
图I是本发明所述的连续核物位监测方法的原理示意图。图2是本发明所述的连续核物位监测装置的俯视图。图3是本发明所述的连续核物位监测装置的侧视图。
具体实施例方式具体实施方式
一、本实施方式所述的连续核物位监测方法为在被检测罐体20的一侧设置两个探测器，所述两个探测器沿垂直方向排列，位于上面的为上探测器，位于下面的为下探测器；在被检测罐体20的另一侧设置一个辐射源，用于发射射线；所述两个探测器用于接收辐射源发射的射线；所述辐射源和探测器同步沿垂直方向做一维直线运动；所述两个探测器采集的信号有三种组合状态，所述三种组合状态分别为状态一上探测器接收到辐射源的信号强度大于阈值，而下探测器接收到辐射源的信号强度小于阈值，所述物位的位置位于上探测器和下探测器之间，则判定物位是两个探测器中间的位置；状态二 上探测器和下探测器所接收到辐射源的信号强度均大于阈值，则判定辐射源在物位的上方；状态三上探测器和下探测器所接收到辐射源的信号强度均小于阈值，则判定辐射源在物位的下方；根据所述三种组合状态调整辐射源和探测器的高度，进而实现被检测罐体内的物位的监测。本实施方式所述的连续核物位监测方法的原理是根据罐内介质对射线的吸收原理进行研制而成的，其吸收规律符合比尔定律，即Y射线束穿过吸收物质后，其射线强度将按指数规律进行衰减，可表述为如下函数I=I0e_udp (I) I0和I分别为Y射线被物质吸收前后的强度；μ为质量吸收系数，单位为cm2/g ；d为厚度,单位为cm ； P为密度,单位为g/cm3。针对容器内固有介质，式I可简化为I=I0e_ut (2)t为质量厚度，单位为g/cm2。针对定点物位测量情况，当容器内介质的物位达到物位计安装高度时，探测装置接收到的射线强度将发生变化，以I1 (物料满时的射线强度)、I2 (物料空时的射线强度)表示，根据式2可得I1=ItliTut1,I2=Ic^u t2，当容器内有吸收介质时，即t = > O时有1/1(! = exp ( — μ < 1，当容器内无吸收介质时，即t = t2 = O时有I2/I0 = exp ( — μ t2) = I,因此，依据探测器接收到射线的强度不同设定一个相应的阈值，测量得到的射线强度与阈值相比较，进行判断，确定物位的变化情况，以实现定点料位测量。
具体实施方式
二、本实施方式是对具体实施方式
一所述的连续核物位监测方法的进一步限定，本实施方式中，根据所述三种组合状态调整辐射源和探测器的高度，进而实现被检测罐体内的物位的监测的方法为在状态二，控制辐射源和探测器向下运动，直到所述两个探测器采集的信号为状态一;在状态三，控制辐射源和探测器向上运动，直到所述两个探测器采集的信号为状态一;在状态一，保持辐射源和探测器位置不变，将两个探测器的中间位置作为物位。
具体实施方式
三、本实施方式是对具体实施方式
一所述的连续核物位监测方法的进一步限定，本实施方式中，所述辐射源发出的放射信号为Y射线。
具体实施方式
四、本实施方式是对具体实施方式
一所述的连续核物位监测方法的进一步限定，本实施方式中，所述辐射源发出的是137Cs Y点射线。
具体实施方式
五、本实施方式是对具体实施方式
四所述的连续核物位监测方法的进一步限定，本实施方式中，所述辐射源发出的射线能量661Kev，强度2 X IO9Bq0上述辐射源可以采用密封137Cs Y射线点源，外形尺寸<i)8mmX9mm，射线能量661Kev，强度2X IO9Bq,半衰期31年；辐射源容器是用铅制成的带有一个可锁定的射线射出狭缝，通过这一狭缝，射线可射向探头。该种结构不但能够输出射线，还能够有效的起到防护作用，并且还便于辐射源安装。
具体实施方式
六、本实施方式是对具体实施方式
一所述的连续核物位监测方法的进一步限定，本实施方式所述的两个探测器17采用闪烁探测器实现。本实施方式采用的双管闪烁探测器由两只接收管组成，晶体采用塑料晶体，晶体尺寸<i)28mmX25mm，光电倍增管型号为CR110，光谱响应范围300 650nm ;最大响应波长420nm。
具体实施方式
七、本实施方式所述的连续核物位监测装置包括辐射源18、两个探 测器17、升降机构、升降机构驱动单元和信号处理单元，所述升降机构用于带动辐射源18和两个探测器17同步升起或者下降，所述两个探测器17沿垂直方向排列，升级机构驱动单元用于驱动升级机构运动，信号处理单元接收双管探测器17发出的信号，并对所述信号进行处理进而生成升级机构驱动单元的驱动信号，所述信号处理单元将该驱动信号发送给升级机构驱动单元。本实施方式所述的信号处理单元采用单片机实现。
具体实施方式
八、本实施方式是对具体实施方式
一所述的连续核物位监测装置的进一步限定，本实施方式所述的连续核物位监测装置还包括限位机构，所述限位机构用于限制辐射源的最高位置和最低位置，所述限位机构输出限位信号给信号处理单元。
具体实施方式
九、参见图2和3所示说明本实施方式。本实施方式是对具体实施方式
一所述的连续核物位监测装置的进一步限定，本实施方式中所述的升降机构采用一对钢丝绕轮2、传动轴10、减速器14和传动机构实现，所述升级机构驱动单元采用驱动电机15实现，所述驱动电机15的输出轴通过减速器14、传动机构驱动传动轴10转动，一对钢丝绕轮2分别固定在传动轴10的两端，一个钢丝绕轮2上缠绕的钢丝I的末端固定辐射源18，另一个钢丝绕轮2上缠绕的钢丝I的末端固定由两个探测器17。本实施方式所述的技术方案在实际应用时，如果探测器17的重量太小，导致无法使钢丝伸直时，可以才探测器17的下面增加一个吊锤17。或者将钢丝的末端固定在罐体物位最高点之上，然后在钢丝上的末端和固定的探测器17之间挂接一个吊锤17，参见图3所示，所述吊锤17用于拉伸钢丝I使其呈直线状。
具体实施方式
十、参见图2和3所示说明本实施方式。本实施方式是对具体实施方式
三所述的连续核物位监测装置的进一步限定，本实施方式中所述的传动轴的中间设置有螺纹段9，所述螺纹段9上设置有螺母8，与所述螺纹段9平行设置固定有光杆4，在该光杆4的两端分别设置有上限位传感器3和下限位传感器5，所述螺母8上固定连接有限位驱动棒7，该限位驱动棒7的末端与光杆4滑动连接，当限位驱动棒7的末端与下限位传感器5接触时，所述辐射源18位于最低位置，当限位驱动棒7的末端与上限位传感器3接触时，所述辐射源18位于最高位置，上限位传感器3的开关信号输出端和下限位传感器5的开关信号输出端分别与信号处理单元的两个限位信号输入端连接。
具体实施方式
i^一、本实施方式是对具体实施方式
一、二、三或四所述的连续核物位监测装置的进一步限定，本实施方式所述的辐射源18是Y射线辐射源。
具体实施方式
十二、本实施方式是对具体实施方式
一、二、三或四所述的连续核物位监测装置的进一步限定，本实施方式所述的辐射源18是密封137Cs Y射线点源。
具体实施方式
十三、本实施方式是对具体实施方式
一、二、三或四所述的连续核物位监测装置的进一步限定，本实施方式所述的辐射源18的射线能量661Kev，强度2 X IO9Bq0具体实施方式
十四、本实施方式是对具体实施方式
一、二、三或四所述的连续核物位监测装置的进一步限定，本实施方式所述的探测器17为光电倍增管。
具体实施方式
十五、本实施方式是对具体实施方式
一、二、三或四所述的连续核物位监测装置的进一步限定，本实施方式所述的两个探测器17采用双管的光电倍增管实现。
权利要求
1.连续核物位监测方法，其特征在于，所述监测方法为 在被检测罐体的ー侧设置两个探測器，所述两个探測器沿垂直方向排列，位于上面的为上探測器，位于下面的为下探測器；在被检测罐体的另ー侧设置ー个辐射源，用于发射射线；所述两个探測器用于接收辐射源发射的射线； 所述辐射源和探測器同步沿垂直方向做ー维直线运动； 所述两个探测器采集的信号有三种组合状态，所述三种组合状态分别为 状态ー上探測器接收到辐射源的信号強度大于阈值，而下探測器接收到辐射源的信号強度小于阈值，所述物位的位置位于上探測器和下探測器之间，则判定物位是两个探測器中间的位置； 状态ニ 上探測器和下探測器所接收到辐射源的信号強度均大于阈值，则判定辐射源在物位的上方； 状态三上探測器和下探測器所接收到辐射源的信号強度均小于阈值，则判定辐射源在物位的下方； 根据所述三种组合状态调整辐射源和探測器的高度，进而实现被检测罐体内的物位的监测。
2.根据权利要求I所述的连续核物位监测方法，其特征在于，根据所述三种组合状态调整辐射源和探測器的高度，进而实现被检测罐体内的物位的监测的方法为 在状态ニ，控制辐射源和探測器向下运动，直到所述两个探测器采集的信号为状态 在状态三，控制辐射源和探測器向上运动，直到所述两个探测器采集的信号为状态 在状态一，保持辐射源和探測器位置不变，将两个探測器的中间位置作为物位。
3.根据权利要求I所述的连续核物位监测方法，其特征在于，所述辐射源发出的放射信号为Y射线。
4.根据权利要求I所述的连续核物位监测装置，其特征在于，所述辐射源发出的是137Cs Y点射线。
5.根据权利要求4所述的连续核物位监测装置，其特征在于，所述辐射源发出的射线能量 661Kev，强度 2 X IO9Bq0
6.连续核物位监测装置，其特征在于，所述监测装置包括辐射源(18)、两个探測器(17)、升降机构、升降机构驱动単元和信号处理单元，所述升降机构用于带动辐射源(18)和两个探測器(17)同步升起或者下降，所述两个探測器(17)沿垂直方向排列，升级机构驱动単元用于驱动升级机构运动，信号处理单元接收双管探測器(17)发出的信号，并对所述信号进行处理进而生成升级机构驱动单元的驱动信号，所述信号处理单元将该驱动信号发送给升级机构驱动単元。
7.根据权利要求6所述的连续核物位监测装置，其特征在于，所述监测装置中还包括限位机构，所述限位机构用于限制辐射源的最高位置和最低位置，所述限位机构输出限位信号给信号处理单元。
8.根据权利要求6所述的连续核物位监测装置，其特征在于，所述升降机构采用ー对钢丝绕轮(2)、传动轴(10)、減速器(14)和传动机构实现，所述升级机构驱动单元采用驱动电机(15)实现，所述驱动电机(15)的输出轴通过减速器(14)、传动机构驱动传动轴(10)转动，一对钢丝绕轮(2)分别固定在传动轴(10)的两端，ー个钢丝绕轮(2)上缠绕的钢丝(I)的末端固定辐射源(18)，另ー个钢丝绕轮(2)上缠绕的钢丝(I)的末端固定由两个探測器(17)。
9.根据权利要求8所述的连续核物位监测装置，其特征在于，所传动轴的中间设置有螺纹段(9)，所述螺纹段(9)上设置有螺母(8)，与所述螺纹段(9)平行设置固定有光杆(4)，在该光杆(4)的两端分别设置有上限位传感器(3)和下限位传感器(5)，所述螺母(8)上固定连接有限位驱动棒(7)，该限位驱动棒(7)的末端与光杆(4)滑动连接，当限位驱动棒(7)的末端与下限位传感器(5)接触时，所述辐射源(18)位于最低位置，当限位驱动棒(7)的末端与上限位传感器(3)接触时，所述辐射源(18)位于最高位置，上限位传感器(3)的开关信号输出端和下限位传感器(5)的开关信号输出端分别与信号处理单元的两个限位信号输入端连接。
10.根据权利要求6所述的连续核物位监测装置，其特征在于，所述辐射源(18)是Y射线辐射源。
全文摘要
连续核物位监测方法及实现该方法的装置，属于放射性连续物位检测技术领域。本发明解决了现有技术中存在的测量效率低、成本高、测量准确性差的问题，并且克服了现有同类技术的技术偏见。本发明在被检测罐体的一侧设置一个辐射源，用于发射射线；在被检测罐体的另一侧设置接收该射线的两个探测器，所述两个探测器沿垂直方向排列，位于上面的为上探测器，位于下面的为下探测器；辐射源和探测器同步沿垂直方向做一维直线运动；根据两个探测器采集的信号的三种组合状态，调整辐射源和探测器的高度，进而实现被检测罐体内的物位的监测。本发明尤其适用于作为恶劣环境下的连续物位检测，特别适用于毒性、易燃易爆、高温、高压恶劣环境下的连续物位测量。
文档编号G01F23/288GK102798440SQ20121028838
公开日2012年11月28日 申请日期2012年8月14日 优先权日2012年8月14日
发明者李北城, 赵孝文, 万志伟, 吕玉萍, 吴珂, 潘志魁 申请人:黑龙江省中贝技术有限公司