JPH1114437A - γ放射及び仮想線形検出器配列を使用する充填レベル測定装置及び方法 - Google Patents

γ放射及び仮想線形検出器配列を使用する充填レベル測定装置及び方法

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JPH1114437A
JPH1114437A JP13250598A JP13250598A JPH1114437A JP H1114437 A JPH1114437 A JP H1114437A JP 13250598 A JP13250598 A JP 13250598A JP 13250598 A JP13250598 A JP 13250598A JP H1114437 A JPH1114437 A JP H1114437A
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gamma
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photodetector
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JP13250598A
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John Anthony Byatt
アントニー ビアット ジョン
Thomas Kleiner
クライナー トーマス
Daniel Matter
マッター ダニエル
Walter Ruegg
リューエッグ ヴァルター
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ABB RES Ltd
Original Assignee
ABB RES Ltd
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F23/00—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
    • G01F23/22—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water
    • G01F23/28—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring the variations of parameters of electromagnetic or acoustic waves applied directly to the liquid or fluent solid material
    • G01F23/284—Electromagnetic waves
    • G01F23/288—X-rays; Gamma rays or other forms of ionising radiation

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 特に油セパレータタンク内の充填レベルを測
定するのに適するγ線密度プロフィールセンサを提供す
る。 【解決手段】 垂直に配列された複数のγ放射器（２）
と、１つの導光性のシンチレータ(10)とを使用し、空間
的に分解した密度測定、特に油／水境界層(6c)の位置を
決定する。水(6a)と油(6b)の密度をγ吸収から決定し、
位置情報を各シンチレーションフラッシュ(11)の２つの
発散光成分の時間遅延から決定する。一端または両端に
光検出器と、一端または内側に反射体と、入力コリメー
タとを有するシンチレータの実施例と、較正方法、セン
サの較正に重要なシステムパラメータ、及びγ放射器間
のクロストークを減少させる方法とを開示する。後者の
方法は遮蔽、コンプトン散乱γ線のエネルギ弁別、及び
複数のシンチレータを有する配列に関する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、充填レベル表示の
分野に関する。これは、請求項１及び１０のプリアンブ
ルに記載の充填レベルを測定する方法及び装置に基づい
ている。
【０００２】
【従来の技術】従来から、いろいろな物理測定原理に基
づいて容器内の充填レベルを決定する多くの方法及び装
置が提唱されている。これらには、電気的（容量法また
は抵抗法）及び光学的方法、レーダ反射方法、超音波遅
延時間方法、及びγ吸収方法が含まれる。石油産業にお
ける沖合開発は、掘削または産出中に発生する異なる相
（砂、水、油、及びガス）を、それらの密度差によって
個々の相を別の相の上に横たわらせて分離する、いわゆ
るセパレータタンクの使用を含んでいる。この場合、タ
ンク上の２つの媒体のための吐出し弁の開閉を制御でき
るようにするために、水と油との間の分離相が位置して
いるレベルを確かめることが極めて重要である。これは
信頼できる充填レベルゲージを必要とする。もしこのよ
うな充填レベルゲージが作動しないか、または不具合で
あれば、例えば油が排水内に混入して、広範な環境破壊
及び出費をもたらしかねない。
【０００３】近年になって、海面下数百メートルの海床
上で動作させるのに適するセパレータタンクが開発され
た。抽出された油は、先ず汚染水、砂等から分離され、
これを行った後に限って、エネルギ消費を大幅に減らし
て海面にポンプされる。しかしながら、これらのセパレ
ータタンクに対する要求は極めて多い。これらは、外部
的には海床における水圧に、また内部的には典型的には
60 −180 バールの抽出された油の圧力、並びに 50 −
120 °Ｃの温度に耐えなければならない。充填レベルを
測定するシステムは、これらの苛酷な動作条件にも曝さ
れる。それにも拘わらず、動作的な障害及び早めの交換
は法外な費用を必要とするので、実質的に保守を必要と
せず、そして最大の信頼度をもって数年間継続して機能
の完全性を保証しなければならない。
【０００４】従って、少なくとも２つの冗長システムを
使用して充填レベルを測定する必要がある。本願の優先
権日付には未だ公開されていないドイツ特許出願（参照
番号19704975.3 ）が提唱しているこの問題に対する１
つの解決法は、容量性測定プローブであり、これは、油
と水との間の界面における誘電定数の急激な変化を検出
するものである。市販システムに対するこの出願の長所
は、なかんずく、この測定プローブが独立型であり、浮
遊容量によって接触することなく周囲媒体を測定し、そ
してこのようにして充填レベルを決定する。付加的な冗
長測定方法の例は、γ線吸収を通して密度を測定するこ
とである。γ源（セシウム、コバルト等）を有する機
器、及びγ検出器としてのシンチレータ（タリウムをド
ーピングしたＮａＩ（ＮａＩ：Ｔｌ）及びプラスチック
等）が市販されている。その核から、γ放射器は高エネ
ルギ光子またはγ線を放出し、これらが物質に吸収され
る。この吸収は走行する長さに指数的に依存し、吸収係
数は密度に比例する（少なくとも単色性γ線の場合）。
シンチレーション検出器においては、γ量子が可視スペ
クトルまたは近接スペクトル範囲に光子のシャワーを発
生させる。光子は光検出器（光電子増倍管、ＰＩＮフォ
トダイオード等）によって電気信号に変換される。シン
チレータの代替として、ガイガー・ミュラー管を使用す
ることもできる。充填レベルの測定の場合には、源とシ
ンチレーション検出器とを同期させてセパレータタンク
の対向する壁上を上下運動させ、タンクの内容の垂直密
度プロフィールを記録する。異なる媒体の界面の位置
は、密度の差に基づいて決定される。このシステムの一
つの欠点は、このメカニズムを検査し、保守する必要が
あるために、海面において低圧のセパレータタンクに対
してだけ適していることであり、この場合の動作信頼性
に関する極めて大きい要求を満たすことは殆ど困難であ
る。
【０００５】図１に示す従来の技術では、１対のγ放射
器及び検出器を垂直に間隔をおいて配列し、それらのγ
透過値から異なる吸収媒体の充填レベルを決定すること
によって運動部分がない密度プロフィールセンサを得て
いる。更に、一次元、または二次元空間分解能を有する
シンチレータ検出器が知られており、市販されている。
シンチレータは、例えばＮａＩ：Ｔｌを含むロッドの形
状で入手可能である。シンチレーションフラッシュから
発した光波はロッドの両端において検出され、それらの
強度またはパルス振幅の比（光路長に伴って指数的に減
少する）からγ光子吸収の位置が決定される。大量の平
行または交差配列のプラスチックファイバを使用する空
間分解シンチレータも作られている。また WO 85/04959
にも開示されているように、空間情報は、シンチレーシ
ョンフラッシュを光検出器へ送給するそのファイバ、ま
たはこれらのファイバを識別することによって容易に入
手することができる。
【０００６】
【発明の概要】従って、本発明の１つの目的は、良好な
垂直空間分解能、及び簡易化されていながら極めて頑丈
な構造を特徴とする充填レベルを測定するシステム及び
方法のための新規なγ線密度プロフィールセンサを提供
することである。この目的は、特許請求の範囲の請求項
１及び１０に記載の特色によって達成される。本発明の
本質は、１つのロッド状の導光性シンチレータ検出器を
複数のγ放射器の配列と対面させて取付け、シンチレー
タの一端、または両端に光検出器を使用して複数の源か
らのγ線を共同で検出することである。密度プロフィー
ルは、反対方向に伝播する光成分の遅延時間の差の関数
としてのシンチレーションフラッシュのカウントレート
から決定される。この場合の垂直空間分解能は、本質的
に、γ放射器とそれらの放出角または平行化の質との間
の距離によって与えられる。
【０００７】一実施例として、γ源及びシンチレータロ
ッドとして２つの垂直に整列された閉じた管を有し、油
生産産業におけるセパレータタンクに特に適する第１の
密度プロフィールセンサを説明する。別の実施例とし
て、一方または両方の側に端光検出器を有するシンチレ
ータロッドの変形を説明する。他の実施例として、γ源
間のクロストークを減少させるための本発明による測定
を説明する。本発明によるγ線密度プロフィールセンサ
の１つの長所は、複雑さを減少させたこと、及び干渉に
対する感性にある。主な長所は、従来のγ検出器に比し
て簡易であること、機械的に頑丈であること、及びシン
チレータロッドまたはシンチレータファイバに固有の信
頼度である。
【０００８】さらなる長所は、異なるγ放射器間のクロ
ストークを種々の測定によって打ち消すことができるの
で、充填レベルを充分な空間分解能で測定できることか
らなる。異なる、完全に独立した測定原理に基づいて電
気的容量測定に対する冗長代替になるような、そして実
質的に保守の必要性を排除した充填レベルを測定するた
めの同じような非接触・高感度の方法を提供することが
特に有利である。以下に添付図面を参照して本発明を詳
細に説明するが、この説明から本発明と、その多くの付
随する長所が容易に理解されよう。
【０００９】
【実施の形態】添付図面では、同一または対応部品に対
して同一の番号を使用している。図２に本発明のγ線密
度プロフィールセンサの第１の実施例の概要を示す。複
数の放射線源、即ちγ放射器２からのγ線５は出力コリ
メータ３によって平行化され、測定すべき媒体６を通過
し、そして所与のレスポンス確率をもってシンチレータ
１０内にシンチレーティング光フラッシュ１１を生じさ
せる。細長い導光器としてのシンチレータ１０の特定の
設計によって、シンチレーションフラッシュは２つの光
成分に分割され、シンチレータの両端へ伝播する。図３
に示すように、各光波は光検出器または光検出器アレイ
１４、１５によって受けられ、電気信号に変換され、そ
してライン９を通して測定用エレクトロニクス１６へ供
給される。いわゆる遅延一致測定( delayed coincidenc
e measurement ) では、関連光検出器信号対の精密な時
間差が測定用エレクトロニクス１６によって決定され
る。２つの光成分の時間遅延、即ち伝播時間差から、シ
ンチレーションフラッシュ１１の発生場所が決定され、
それから原因γ放射器２が識別される。
【００１０】各時間遅延、またはγ放射器位置毎に光パ
ルスの周波数も計数され、γ吸収が強い密度依存性を呈
することを利用して放射線が通過した媒体を決定するこ
とができる。例えば、水６ａ（ 1015 ｋｇ／ｍ3 ）と油
６ｂ（ 850ｋｇ／ｍ3 ）との間の密度の差を検出するこ
とができる。ガス及び砂の存在も、このようにして明ら
かにすることができる。従って、時間遅延に従って順序
付けられた連続する光検出器信号の対の周波数分布が、
セパレータタンク１７内の媒体の密度プロフィルを直接
表すことになる。この周波数分布を動的に決定すること
によって、比較的速く流れる媒体であってさえ瞬時密度
プロフィールを測定することができ、沈降プロセスを監
視することが可能になる。図４は、シンチレータ１０の
別の実施例の詳細図である。シンチレータ１０の下端に
は、光検出器１５の代わりに、例えば立体鏡または平面
鏡として設計することができる逆反射体１８が存在して
いる。シンチレーションフラッシュ１１から発した両光
線は、異なる経路を通ってシンチレータの上端の単一の
光検出器または光検出器アレイ１４へ供給される。始め
に下方へ伝播した波は、反射によってより強い減衰と、
より大きい伝播時間遅延とを受ける。これによって、空
間分解能を２倍にすることができる。更に、シンチレー
タ１０は、光検出器１５の一方と、関連する電気信号ラ
イン９とが省かれるために簡易化され、一方の側だけか
らアクセス可能な応用に設置するのに特に適するように
なる。
【００１１】図３に別の実施例を示す。シンチレータ１
０が２つのロッドからなる場合には、これらは両側に反
射させる層（図示してない）によって分離される。従っ
て、このように構成されているシンチレータ１０は上半
分と下半分とを有し、光は完全に独立的に伝播する。反
射層をシンチレータ１０の中間点とすることが好まし
い。シンチレータの半分内にシンチレーション事象が存
在する場合には、光パルスは図４による実施例のように
評価される。図４よりも優れている点は、同一の空間分
解能の場合、光路が半分になり、従って光減衰がかなり
少なくなることである。一般的に言えば、伝播時間測定
を使用して位置を決定する（光減衰を比較するのではな
く）方法は、シンチレータ１０内の光減衰の経時変化に
は殆ど不感であるので有利である。
【００１２】光エネルギγ光子の吸収は、光電効果、コ
ンプトン散乱、及び対生成に基づいている。光電効果で
は、γ光子は原子の電子雲によって完全に吸収され、好
ましくは強く跳ね返った電子を分離させる。さらなる衝
突により、電子はその運動エネルギを失うので全γエネ
ルギＥγが媒体内に渡される。電子の最強結合エネルギ
より上では、入射γエネルギの増加と共に光電効果の確
率は減少する。Ｅγ＝ 100ｋｅＶ乃至１ＭｅＶの範囲で
は、コンプトン効果が支配的である。γ光子と電子とが
衝突する場合には、散乱角θでγ光子が存続し、残留エ
ネルギはＥγ’（θ）になる。偏差角θが増加すると共
に、γ光子の相対残留エネルギＲ（θ）＝Ｅγ’（θ）
／Ｅγは次の式に従って減少する。 Ｒ（θ）＝〔１＋ε・（１− cosθ）〕-1 （１） 但し、ε＝Ｅγ／511 ｋｅＶであり、γエネルギと電子
の残余質量エネルギとの比である。
【００１３】更に、１ＭｅＶより上では、原子核または
電子の電界との相互作用によって、γ光子は電子／陽子
対に崩壊する。原子量が増加するにつれて、光電効果及
び対生成の確率が大幅に増加し、コンプトン効果の確率
は中庸になる。更に、吸収係数は原子の密度に比例す
る。材料に特定の密度にγ吸収が依存することを、γ線
密度センサの測定原理に使用する。原理的には、γエネ
ルギの消散の３つのプロセスの全てが、シンチレーショ
ン検出器における検出効果としての、及び例えば容器壁
４、２４における干渉効果としての役割を果たす。γ放
射器２の数、及びそれらの間隔は、所望の長さ及び空間
分解能で密度プロフィールを決定できるように選択する
ことが好ましい。一般的に言えば、γ放射器２は、互い
に上下になるように本質的に垂直に、そして好ましくは
等間隔に配列する。もし油／水境界層６ｃの位置が既知
であれば、空間分解能を局部的に改善するためにγ放射
器の間隔を小さく選択することができる。
【００１４】γ放射器２の放射性元素の選択に含まれる
要因は、特定的には、半減期、γエネルギ、及び活性度
である。良好に適している元素の例は、半減期が 30 年
であり、単色性γ線が 660ｋｅＶである 137Ｃｓであ
る。半減期が 5.3年で、 1.17ＭｅＶ及び 1.33 ＭｅＶ
でγ放出する 60 Ｃｏ、または他の放射性元素または混
合体も使用可能である。源の活性度、換言すれば毎秒放
出されるγ光子の数は、放射性物質の量及び崩壊確率に
依存する。活性度は、一方では、密度決定を正確且つ高
速に行うために、また他方では、それでも連続光検出器
信号の対を容易に弁別できるようにするために、シンチ
レーション検出器１３において毎秒充分なシンチレーシ
ョン事象が発生するよう充分に大きく選択される。この
場合、シンチレータ１０への経路上での平行化及びγ吸
収、及びシンチレーション検出器１３のレスポンス確率
を原因とする損失を斟酌すべきである。
【００１５】シンチレーション検出器１３の中で最も重
要な成分は、複数のγ放射器２からのγ線を検出しなけ
ればならないシンチレータ１０である。本発明によれ
ば、この目的のための細長い形状で光を導くシンチレー
タは、その両端を光検出器１４、１５に光学的に接続さ
れており、遅延一致測定のための一時的に分離された光
パルス、または電気的な光検出器信号を測定エレクトロ
ニクス１６へ送給する。シンチレーションプロセスにお
いては、γ光子が上述した相互作用プロセスを通してシ
ンチレータ１０を励起し、短いシンチレーション光フラ
ッシュ１１を放出させるが、その強度は与えられたエネ
ルギに比例する。シンチレータ１０は、特定的にはＮａ
Ｉ：Ｔｌを結晶質または多結晶質の形状の無機材料を、
または結晶質、液体、またはプラスチック上の形状の有
機材料を、または好ましくはドープされたガラスを含む
ことができる。所望のシンチレータ長及び空間分解能に
とって重要な設計パラメータは、２ｍまでの長さの入手
可能性及び機械的安定度、光学的減衰、及びシンチレー
ションの崩壊時間、即ち光パルス幅である。ＮａＩ：Ｔ
ｌを有するプラスチックの丸いロッド、または角形のロ
ッド、並びに光ファイバまたは光ファイバ束、特にプラ
スチックファイバまたはプラスチックファイバ束、また
はロッドとファイバとの組合わせが特に適している。
【００１６】プラスチックシンチレータロッドも、多分
光接合アダプタを用いて複数の部品から所望の長さに結
合することができる。導光器は、典型的には約 10 -2ｃ
ｍ-1の光減衰を有している。光損失を減少させるため
に、ロッドの横面に反射被膜を設けてもよい。 10 ｃｍ
の空間分解能を得るためには約１ｎｓの伝播時間の差を
検出できなければならず、そのためにはパルス幅をｎｓ
範囲またはそれより小さくする必要がある。これの適当
な例は、特定的には、プラスチックシンチレータと、対
応する高速光検出器または光検出器アレイ１４、１５で
あり、検出器表面を導光器の断面に整合させる。空間を
節約するために、ＰＩＮフォトダイオードが好ましい。
最後に、本発明による密度プロフィールセンサにとって
の最大及び最小光パルスレートを示すことができる。シ
ンチレータ長が２ｍである場合、伝播時間の最大差は 2
0 ｎｓである。約 0.1μｓの光信号対間の最小時間差
は、107 ｓ-1の最大パルスレートに対応する。シンチレ
ータ長が 20 ｃｍである場合には、この最大値は 108ｓ
-1である。一方、±１％の精度で密度プロフィールを測
定する場合には、γ放射器２当たり 104対の光信号を検
出する必要がある。
【００１７】10 ｓ当たり１つの密度プロフィール測定
の場合、これは〔 103ｓ-1の最小パルスレート〕×〔１
つのシンチレータ１０によって検出されるγ放射器２の
数〕を与える。100 ｓ当たり１つの密度プロフィール測
定でも充分であり得、この場合の最小パルスレートの下
限は 10 2 ｓ-1になる。従ってシンチレータ１０に向け
られたγ放射器２の合計活性度は、10 2ｓ-1− 108ｓ-1
の領域内の、特定的には 103ｓ-1−107 ｓ-1の範囲内の
光パルスレートを発生するように選択することが好まし
い。γ線密度プロフィールセンサの較正は２段階からな
る。測定エレクトロニクス１６、即ち伝播時間遅延を決
定するための２つの測定チャネルの同期度を監視するこ
とができ、もしそのようにすることが適切であると考え
るならば、動作中であっても、図２に示すようにシンチ
レータ１０に接近して取付けられている較正源１２を使
用して補正することができる。これは、測定エレクトロ
ニクス１６にドリフトを生ぜず、長期間にわったて安定
であることを保証する。適当な較正源１２は、パルス化
された光、またはシンチレータ１０の両方向に結合され
た光入力を有するシンチレーション源を含む。特定的に
は、 60 ｋｅＶのγエネルギと等価なアメリシウムのよ
うな弱いγまたはα放射器を使用することができる。
【００１８】２つの異なるγ放射器２の間のクロストー
クも、かなりな問題を提起する。主な干渉効果は、鋼壁
４におけるコンプトン散乱に起因するものである。照射
された部分が、等方性放出を伴う二次γ源になる。出力
コリメータ３からシンチレータ１０までの距離に依存し
て、偏向されたγ光子は任意の位置においてシンチレー
タ１０に衝突する恐れがあり、位置及び密度測定の正確
さを損なわせる。本発明が提唱する対応策は、遮蔽、入
力コリメータ１９、光パルスのエネルギ弁別、及び複数
のシンチレーション検出器１３を有する配列である。図
５は、開口を有する入力コリメータ１９の実施例を示
す。コリメータ３、１９は、典型的には、γ放射に対し
て極めて効率的な吸収材である鉛からなっている。入力
コリメータ１９の開口は、出力コリメータ３と対面して
いる。コリメータ３及び１０は好ましくは相互に平行で
あり、特定的には水平に配向され、各レベルにおいて共
通の接続ラインに沿って互いに向き合っている。コリメ
ータは、例えば丸、角、斜め等、どのような所望の形状
であることもできる。入力コリメータ１９において、ｂ
を総合幅、ｔを深さとする。
【００１９】シンチレータ１０は開口においてのみγ光
子を受けるから、深さｔが極めて小さくてもクロストー
クはかなり減少する。コリメータの深さｔが増加するに
つれて、散乱したγ光子に対する遮蔽の有効性を更に改
善することができる。多重散乱を無視すれば、もしコリ
メータ深さｔ＞ｂ・Ｌ／ａを選択すれば遮蔽は理想的で
ある（ここに、ａは同一のシンチレータ１０を向いてい
る２つの最も近い近隣γ源２間の距離であり、Ｌは出力
コリメータ３とシンチレータ１０との間の経路長であ
る）。クロストークを減少させる方法は、２つのγ放射
器２の間の媒体６内に、例えば鉛板のような水平遮蔽２
０を取付けることからなる。偏差θの大きい角度で散乱
したγ光子の検出は、シンチレーションフラッシュ１１
のエネルギを弁別することによっても防ぐことができ
る。シンチレーション事象の強度またはエネルギ分布
は、シンチレータ１０内の励起γエネルギ、及び光電効
果、コンプトン効果、及びもし適切であれば、対生成の
確率によって与えられる。最も輝くフラッシュは、一次
γ光子の光電効果によるものであり、それらの経路の沿
う干渉を受けず、いわゆるフォトピークを形成する。よ
り弱いフラッシュは、二次γ光子から、特定的には鋼壁
４から、及びシンチレータ内でコンプトン散乱を受けて
脱出した一次γ光子からもたらされたものである。
【００２０】従って、フォトピークより下のシンチレー
ションスペクトルを切捨てることによって、たとえカウ
ントレートを犠牲にしても、コンプトン散乱したγ光子
の検出を制限することができる。光学的な減衰のため
に、弁別しきい値は、本質的に光学伝播経路の指数減衰
関数として選択しなければならない。空間分解能は、弁
別しきい値及びγエネルギを増加させるにつれて増大す
る。異なるγ放出器２の散乱が重なり合うのを防ぐため
に、以下の関係を近似的に満足しなければならない。 ｜θ｜＜ tan-1〔ａ／（２・Ｌ）〕 （２） ここでも、ａは源分離であり、Ｌは経路長である。例え
は、フォトピークの５％下のしきい値、Ｅγ＝ 660ｋｅ
Ｖを選択しよう。式（１）のＲ（θ）＞ 95 ％とすると
｜θ｜＜ 16 °が得られ、式（２）の経路長をＬ≒ 30
ｃｍとすると空間分解能ａ≒ 17 ｃｍが得られる。
【００２１】エネルギ弁別と、小さい深さｔであっても
入力コリメータ１９とを組合わせることによって、測定
精度を更に改善することができる。小さい散乱角の場
合、 ｜θ｜＜ tan-1〔ａ−ｂ／２）／Ｌ〕 （３） 偏向したγ光子は入力コリメータ１９の開口間の遮蔽に
よって閉塞される。更に弁別しきい値は、近隣入力コリ
メータ１９内で散乱するγ光子の残留エネルギがそのし
きい値より下であるように設計すべきである。例えばフ
ォトピークの 10％下のしきい値、Ｅγ＝ 660ｋｅＶを
選択しよう。式（１）のＲ（θ）＞ 90 ％とすると｜θ
｜＜ 24 °が得られ、式（２）のｂ＝２ｃｍ、Ｌ≒ 30
ｃｍとすると空間分解能ａ≒ 14 ｃｍが得られる（式
（３）における出力コリメータ３の間隔ａに対するそれ
らの幅は無視する）。
【００２２】この構成では、入力コリメータ１９の幅ｂ
及び弁別しきい値は、散乱したγ光子に対するそれらの
遮蔽効果を互いに強化し合うように、互いに整合させて
ある。このようにすると、比較的高いカウントレートに
おいて、極めて小さいクロストークで高空間分解能を達
成することができる。実際には、クロストークは測定精
度に関しては満足できるものであるので、関係（２）ま
たは（３）は近似的に満足させるだけでよい。図６は、
図２の空間分解能を２倍にした、またはクロストークを
減少させたさらなる実施例を示している。この場合、密
度プロフィールセンサ１は、代替として、反対方向に向
けられた出力コリメータ３を有するγ放射器管２１と、
それぞれが細長いシンチレータ１０を有する２つのシン
チレータ管またはプローブ２２とからなっている。各シ
ンチレータ１０は、先行実施例の１つに関して前述した
ように光検出器１４、１５及び測定エレクトロニクス１
６に接続され、また較正、クロストーク低減、または空
間分解能の改善のための前述した手段を設けることがで
きる。特定的には、γ放射器管２１の周囲に複数のプロ
ーブ２２を環状に配列し、γ放射器２を交互にそれらに
向けることもできる。例えば、３つのプローブ２２を 1
20°間隔に配列することができる。
【００２３】図７は、セパレータタンク１７内にγ線密
度プロフィールセンサ１を取付ける１つの考え得る方法
を示している。典型的な寸法は、例えば、円筒形タンク
１７の直径は２−３ｍであり、長さは 10 ｍである。セ
ンサ１は、上述した実施例の１つによる少なくとも１つ
のガンマ放射器管２１及び少なくとも１つのプローブ２
２を備えている。図７には、管２１、２２の１つだけを
示してある。管２１、２２は、γ光子が源２からシンチ
レータ１０までの途上において少なくとも部分的にタン
ク１７内の媒体６を通過するように、セパレータタンク
１７に接続されている。管２１、２２は、通常の動作中
に油と水との間の境界層６ｃの位置を検出することがで
きるようなある深さまで伸びるように意図されている。
管２１、２２は、セパレータタンク１７の内部に突き出
ているか、または内部を完全に貫通している（図示して
ない）管ホールダ２４内に取付けることが好ましい。代
替として、管２１、２２はセパレータタンク１７の壁に
取付けることができ、または、これもまた図７には示し
てないが、セパレータタンク１７内の媒体６内に直接浸
漬させることもできる。管ホールダ２４の１つの長所
は、セパレータタンク１７が動作中であったとしても、
プローブ２２またはγ放射器管２１を交換できることで
ある。
【００２４】以上に、頑丈で、測定に鋭敏なγ線密度プ
ロフィールセンサ１を有する充填レベル測定システムを
説明した。離散した複数の源２からのγ線を検出するた
めにシンチレータ１０を使用したことにより、複雑さが
大幅に減少し、従ってより小型の構造が得られる。遮蔽
及びエネルギ弁別のための付加的な手段を用いることに
より、極めて高い空間分解能を達成することができる。
明らかに、以上の説明に鑑みて本発明に多くの変更及び
変化が可能である。従って、本発明は以上に説明した以
外に特許請求の範囲に記載した範囲内で実施できること
を理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】充填レベルを測定する従来技術によるシステム
を、γ放射器及び分離した検出器の線形配列と共に示す
断面図である。
【図２】充填レベルを測定する本発明によるシステム
を、γ放射器及び単一のシンチレータロッドの線形配列
と共に示す断面図である。
【図３】図２のシンチレータロッドを、その上及び下端
に取付けられた光検出器と共に示す断面図である。
【図４】逆反射体を有する図３による代替実施例による
シンチレータロッドの下端の断面図である。
【図５】入力コリメータを有する図２による代替実施例
によるシンチレータロッドの下端の断面図である。
【図６】充填レベルを測定する本発明によるシステム
を、γ放射器及び２つのシンチレータロッドの線形配列
と共に示す断面図である。
【図７】セパレータタンクの内側の充填レベルを測定す
るための本発明によるシステムの配列を示す図である。
【符号の説明】
１ γ線密度プロフィールセンサ（断面） ２ γ放射器 ３ 出力コリメータ ４ 鋼壁 ５ γ線 ６ 媒体 ６ａ 水 ６ｂ 油 ６ｃ 油／水境界層 ７ γ検出器 ８ γ検出器遮蔽 ９ 電気信号ライン １０ シンチレータ（ロッド、ファイバ、ファイバ束） １１ シンチレーション光フラッシュ １２ 較正源 １３ シンチレーション検出器 １４ 光検出器１ １５ 光検出器２ １６ 測定エレクトロニクス １７ セパレータタンク １８ 逆反射体 １９ 入力コリメータ ２０ 水平遮蔽 ２１ γ放射器管 ２２ シンチレータ管（プローブ） ２３ フレーム ａ γ放射器間距離 ｂ 入力コリメータ幅 ｔ 入力コリメータ深さ Ｌ 経路長
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ダニエル マッター スイス ツェーハー8953 ディーティコン ブレームガルトナーシュトラーセ 44 (72)発明者 ヴァルター リューエッグ スイス ツェーハー5304 エンディンゲン ゾンマットシュトラーセ ７

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 互いに上下になるように本質的に垂直に
    配列した複数のγ放射器（２）と少なくとも１つのγ検
    出器を備え、特にセパレータタンク（１７）内の充填レ
    ベルを測定するのに適するγ線密度プロフィールセンサ
    （１）であって、 ａ）上記細少なくとも１つのγ検出器（７）は、長い導
    光性のシンチレータ（１０）を有し、 ｂ）上記シンチレータ（１０）の一端または両端は、光
    検出器（１４、１５）と光学的に接続されており、且つ ｃ）測定エレクトロニクス（１６）が遅延一致測定手段
    を含んでいる、ことを特徴とするγ線密度プロフィール
    センサ。
  2. 【請求項２】 ａ）上記γ放射器（２）は、ある垂直軸
    に沿って等距離に配列され、 ｂ）上記シンチレータ（１０）は、ある平行な垂直軸に
    沿って伸びるロッド、または光ファイバ、または光ファ
    イバ束からなり、 ｃ）上記γ放射器（２）は出力コリメータ（３）を有
    し、上記各出力コリメータはシンチレータ（１０）の方
    向に、好ましくは水平に向けられている請求項１に記載
    のγ線密度プロフィールセンサ。
  3. 【請求項３】 ａ）逆反射体（１８）が、シンチレータ
    （１０）の一方の端に光学的に接続され、 ｂ）１つの光検出器（１４、１５）が、上記シンチレー
    タ（１０）の他方の端に光学的に接続されている、請求
    項１及び２の一方に記載のγ線密度プロフィールセン
    サ。
  4. 【請求項４】 ａ）上記シンチレータ（１０）は、好ま
    しくはその中間点に、両側に反射層を有し、 ｂ）上記シンチレータ（１０）は、その２つの各端にお
    いて１つの光検出器（１４、１５）に光学的に接続され
    ている請求項１及び２の一方に記載のγ線密度プロフィ
    ールセンサ。
  5. 【請求項５】 ａ）シンチレータ（１０）は、測定エレ
    クトロニクス（１６）を同期させるために、特定的には
    弱いγまたはα放射器である較正源（１２）を有し、 ｂ）上記測定エレクトロニクス（１６）は、各γ放射器
    （２）によって生じた光パルスレートを個々に較正する
    手段を備え、 ｃ）シンチレータ（１０）に向けられる上記γ放射器
    （２）の合計活性度は、102ｓ-1− 108ｓ-1の範囲、特
    定的には 103ｓ-1− 107ｓ-1の範囲の光パルスレートを
    発生する請求項１−４の１つに記載のγ線密度プロフィ
    ールセンサ。
  6. 【請求項６】 ａ）各シンチレータ（１０）は、複数の
    入力コリメータ（１９）を備え、 ｂ）上記入力コリメータ（１９）は、上記出力コリメー
    タ（３）の方向と整列されている請求項１−５の１つに
    記載のγ線密度プロフィールセンサ。
  7. 【請求項７】 ａ）上記測定エレクトロニクス（１６）
    は、上記光パルスをエネルギ弁別する手段を備え、 ｂ）弁別しきい値は、本質的に、光伝播経路の指数減衰
    関数である請求項１−６の１つに記載のγ線密度プロフ
    ィールセンサ。
  8. 【請求項８】 ａ）１つの管（２１）はγ放射器（２）
    を含み、少なくとも１つの他の管（２２）は少なくとも
    １つのシンチレータ（１０）を含み、 ｂ）上記管（２１、２２）は上記セパレータタンク（１
    ７）内に配置された管ホールダ（２４）内に取付けられ
    ているか、または、上記管（２１、２２）は上記セパレ
    ータタンク（１７）内の媒体（６）内に直接浸漬され、 ｃ）特定的には、水平遮蔽（２０）が上記γ放射器
    （２）の間の中間点において上記セパレータタンク（１
    ７）内に吊るされている請求項１−７の１つに記載のγ
    線密度プロフィールセンサ。
  9. 【請求項９】 ａ）上記γ放射器（２）は 137Ｃ及び／
    または 60 Ｃｏを含み、 ｂ）少なくとも１つのシンチレータ（１０）は、特定的
    にはＮａＩ：Ｔｌである無機材料を結晶質または多結晶
    質形状で、または有機材料を結晶質、液体、またはプラ
    スチック状形状で、または好ましくはドープされたガラ
    スを含み、 ｃ）特定的には、上記少なくとも１つのシンチレータ
    （１０）は互いに結合された複数の部分からなり、その
    横方向表面上に反射被膜を有するプラスチックロッドで
    あり、 ｄ）上記光検出器（１４、１５）は、ＰＩＮフォトダイ
    オードである請求項１−８の１つに記載のγ線密度プロ
    フィールセンサ。
  10. 【請求項１０】 先行請求項の１つに記載のγ線密度プ
    ロフィールセンサ（１）を使用して、セパレータタンク
    （１７）内の充填レベルを測定する方法であって、 ａ）シンチレータ（１０）内のシンチレーションフラッ
    シュを２つの成分に分割し、２つの光伝播経路を介して
    光検出器（１４、１５）へ送給するステップと、 ｂ）連続する光検出器信号の正確な時間測定を測定エレ
    クトロニクス（１６）において行い、上記光検出器信号
    の時間遅延から上記シンチレーションフラッシュの発生
    場所を決定し、そしてそれから原因γ放射器（２）を識
    別するステップと、 ｃ）上記時間遅延に従って順序付けされた連続する光検
    出器信号の対の周波数分布を上記測定エレクトロニクス
    （１６）において動的に決定し、そしてそれから上記セ
    パレータタンク（１７）内の上記媒体の瞬時密度プロフ
    ィールを計算するステップと、を備えていることを特徴
    とする方法。
  11. 【請求項１１】 セパレータタンク（１７）内の充填レ
    ベルを測定する請求項１０に記載の方法であって、 ａ）光検出器信号を、測定エレクトロニクス（１６）に
    おいてそれらのパルス振幅に従って弁別し、 ｂ）シンチレータ（１０）内のフォトピークによって生
    じたシンチレーションフラッシュ（１１）を評価するよ
    うに、弁別しきい値を時間遅延の指数減衰関数として選
    択する、ことを特徴とする方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005345374A (ja) * 2004-06-04 2005-12-15 Aloka Co Ltd 界面検出装置
JP2008519274A (ja) * 2004-11-05 2008-06-05 ホイフト ジュステームテヒニク ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング 容器中の製品の完全性検出方法
CN104111209A (zh) * 2013-04-17 2014-10-22 赛默飞世尔科技公司 用于密度分析仪自校准的方法和装置

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE9703360D0 (sv) 1997-09-17 1997-09-17 Btg Kaelle Inventing Ab Sätt och anordning för bestämning av nivån för en vätska i en behållande
DE19922381A1 (de) * 1999-05-14 2000-11-16 Abb Research Ltd Verfahren und Vorrichtung zur Füllstandsmessung mit einem Gammastrahlen/Kapazitäts-Kombisensor
DE19923901A1 (de) * 1999-05-25 2000-11-30 Abb Research Ltd Verfahren und Mittel zur Zugabe von Emulsionsbrechern in einen Prozesstank
DE19926388A1 (de) * 1999-06-10 2000-12-14 Abb Research Ltd Gammastrahlen-Dichteprofilsensor mit passiv gekühlten PIN-Photodioden
GB0011227D0 (en) * 2000-05-11 2000-06-28 Ici Plc Density measurement method and apparatus therefor
DE10104165A1 (de) * 2001-01-30 2002-09-26 Endress & Hauser Gmbh & Co Kg Verfahren zur Bestimmung und Darstellung einer optimirten Anordnung und Montage eines radiomatrischen Mesystem
DE10132267A1 (de) * 2001-07-04 2003-01-23 Endress & Hauser Gmbh & Co Kg Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung der Dichte / des Dichteprofils und/oder Füllstands
NO327020B1 (no) * 2006-08-28 2009-04-06 Norsk Hydro As Metode for beregning av grenseskiktniva
GB0817107D0 (en) 2008-09-18 2008-10-29 Johnson Matthey Plc Level measurement system
CN101986107A (zh) * 2010-08-03 2011-03-16 常州市易用科技有限公司 油水计量装置
GB201114151D0 (en) 2011-08-17 2011-10-05 Johnson Matthey Plc Density and level measurement apparatus
DE102011085943A1 (de) * 2011-11-08 2013-05-08 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Szintillationdetektor
DE102013225509B4 (de) * 2013-12-10 2015-09-10 Vega Grieshaber Kg Radiometrische Dichteprofil-Messanordnung
CN106352952B (zh) * 2016-08-09 2020-02-14 中石化宁波工程有限公司 一种固体料位检测装置及检测方法
DE102017208723A1 (de) 2017-05-23 2018-11-29 Vega Grieshaber Kg Radiometrisches messgerät mit zwei szintillatoren und referenzstrahler
CN107617299A (zh) * 2017-10-31 2018-01-23 湖北力帝机床股份有限公司 破碎机防火除尘系统
DE102017130534B4 (de) * 2017-12-19 2020-12-03 Endress+Hauser SE+Co. KG Verfahren zum Kalibrieren einer radiometrischen Dichte-Messvorrichtung
EP3943984A1 (de) * 2020-07-21 2022-01-26 BERTHOLD TECHNOLOGIES GmbH & Co. KG Radiometrisches messgerät und verfahren zum betreiben des radiometrischen messgeräts

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1183260B (de) * 1958-11-24 1964-12-10 Licentia Gmbh Vorrichtung zur kontinuierlichen Fuellstandsmessung
DE1159177B (de) * 1960-08-08 1963-12-12 Licentia Gmbh Einrichtung zur Fuellstandsmessung mit Hilfe radioaktiver Strahlung
DE2008411A1 (en) * 1970-02-24 1971-09-09 Endress Hauser Gmbh Co Filling level gauge based on radioactive source
DE3278887D1 (en) * 1981-03-12 1988-09-15 Ici Plc Level and interface detection
US4520266A (en) * 1981-09-18 1985-05-28 British Steel Corporation Radiation level detectors
DE3328256C2 (de) * 1983-08-04 1986-08-28 Endress U. Hauser Gmbh U. Co, 7867 Maulburg Verfahren und Anordnung zur automatischen Stabilisierung eines Szintillationsdetektors
DE4232346C2 (de) * 1992-09-26 1994-09-29 Konstanzer Michael Dipl Ing Fh Vorrichtung zum Messen von Füllstandshöhen von in Abscheiderbecken befindlichen Medien

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005345374A (ja) * 2004-06-04 2005-12-15 Aloka Co Ltd 界面検出装置
JP2008519274A (ja) * 2004-11-05 2008-06-05 ホイフト ジュステームテヒニク ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング 容器中の製品の完全性検出方法
JP4764884B2 (ja) * 2004-11-05 2011-09-07 ホイフト ジュステームテヒニク ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング 容器中の製品の完全性検出方法
KR101258304B1 (ko) * 2004-11-05 2013-04-30 호이프트 시스템테크니크 게엠베하 용기 속 제품의 무결성을 결정하는 방법
CN104111209A (zh) * 2013-04-17 2014-10-22 赛默飞世尔科技公司 用于密度分析仪自校准的方法和装置
US9360406B2 (en) 2013-04-17 2016-06-07 Thermo Fisher Scientific Inc. Method and apparatus for self-calibration of density profiler

Also Published As

Publication number Publication date
GB9811018D0 (en) 1998-07-22
NO982462L (no) 1998-12-01
NO982462D0 (no) 1998-05-29
GB2326232A (en) 1998-12-16
GB2326232B (en) 2001-09-12
DE19722837A1 (de) 1998-12-03
NO325829B1 (no) 2008-07-28
DK73998A (da) 1998-12-01

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