[发明专利]分段的基于光纤的核料位测量仪

说明书

背景技术

在许多工业环境中，有必要探测在存储箱或存储器内产品的料位(level)。料位传感器通常附连到存储箱或存储容器上并且和电连接至位于控制间或其他中心位置处的远程测量仪，在控制间或其他中心位置处技术员或控制系统可以监测容存储器的状态以进行适合的过程控制。

人们已经开发了用于料位感测的各种技术。这些技术包括各种使用浮球或坠重的接触感测技术以及各种诸如反映来自容器内产品表面的电磁辐射或超声辐射以确定产品高度的非接触技术。

在一些应用中，将传感器远离产品尤其重要。例如，在将要感测钢或矿石的热熔物的料位的铸造厂里，将料位传感器和所述热熔物保持安全距离尤其重要。在这些应用中，要使用核料位感测测量仪。

在核料位感测测量仪内，核辐射的辐射源位于将要进行料位感测的容器的一侧上。核辐射探测器置于所述容器的相反侧上。从辐射源发射的辐射为宽的一般而言垂直分散的光束形状，所述光束指向所述容器的内部。容器内的产品充分地吸收与其撞击的辐射。但是，如果容器没有装满产品，来自辐射源的辐射光束的一些部分穿过容器并且从与辐射源相对的容器一侧逸出，然后辐照所述辐射探测器。因为容器内的产品充分吸收了与其撞击的辐射，由此减少穿过容器的辐射光束量，激发所述辐射探测器的辐射量与容器内的产品数量成反比。因而，由所述辐射探测器探测到的辐射量与最大和最小值相比较以生成容器内产品量的度量。

图1示出典型现有技术的核料位感测测量仪，其中所述核探测器基于闪烁晶体。当暴露于来自辐射源S的核辐射下时，细长的闪烁晶体14产生光线的光子。生成的光子数和撞击在晶体上的辐射量相关。为了探测穿过容器的辐射，所述闪烁晶体14置于容器的与辐射源相对的一侧上，所述晶体的长度通常垂直取向。用作光探测器的光电倍增管12和所述晶体的末端耦合并且探测从所述闪烁晶体发射的光线光子，然后从其生成被电子器件10放大的信号，所述电子器件10生成指示撞击到所述晶体上的辐射量的输出，由此指示容器内的产品料位。这种传感器在美国专利3,884,288、4,481,595、4,651,800、4,735,253、4,739,819和5,564,487中有所论述。

美国专利6,198,103中公开了对传统核测量仪的改进，该专利由本申请的受让人申请。参见附图2A和2B，美国专利申请6,198,103公开了核料位感测测量仪，所述核料位感测测量仪利用一个或更多闪烁光纤束作为辐射探测器，代替闪烁晶体。在附图2A的变型中，光纤直接和光电倍增管12耦合，但在附图2B的变型中，光纤通过光导18和PMT12耦合，所述光导18允许PMT和放大电子器件10与所述光纤束16远距离放置。

和使用闪烁晶体的已知测量仪相比，利用闪烁光纤导致成本、性能、使用简易性、尺寸以及敏感性配置的大幅度改善。具体的，和闪烁晶体相比，闪烁光纤很轻，能够卷绕运输并且容易剪切到希望的长度。闪烁光纤可以轻易地弯曲以和特定容器的曲率匹配，但是晶体很硬并且难以适应生产。并且，闪烁光纤比晶体有更好的内部反射特性，这就意味着光纤闪烁传感器可比晶体闪烁传感器以更少损失做得更长。最后，一个或更多光纤束比对应的晶体实质上有更少的热容量，这就意味着光纤束更易冷却。

遗憾的是，在以较长的长度生产时，晶体和光纤都会显示出光强度损失。图3示出根据来自穿过媒介的闪光源的行程距离的光强度的衰减，并且媒介的“衰减长度”L(i/e)的定义为，在所述光强度减少到其初始强度的1/e前，光线能够通过媒介传输的距离。光纤束通常有2.5米的“衰减长度”。从附图3的光强度相对于行程距离的曲线可看出，光损失在比衰减长度更长的距离上相对严重并且是它非线性的。但是，光纤束和晶体在商业上以较长的长度使用，晶体达到10英尺，光纤束达到12英尺或更长。因为生产更长尺寸的棒很困难，所以晶体实际上限制到大约10英尺。光纤在实践上不受到生产约束的限制，但是受到用于制造光纤的聚苯乙烯媒介衰减长度的约束。

面临闪烁晶体的限制长度问题的工程师制造了利用多个晶体以感测料位的串行设备。图4显示了典型现有技术的这种布置，其中多个闪烁晶体14以串行的方式邻近于容器相对于光源S定位，每个晶体激发光电倍增管12，所述光电倍增管12和电子放大器10耦合。然后各个放大器的输出和求和电子器件20耦合。每个晶体的长度比其衰减长度要小，但串行定位的晶体的总体长度Lt实质上可比衰减长度大。