[发明专利]柔性的核液位感测仪

说明书

本发明公开了一种用于测量产品在箱(32)中的液位的核液位感测仪(30)。所述感测仪包括：位于箱内的产品附近的核辐射源(36)和壳体(34)；第一闪烁体(40)，设置在壳体(34)中、与箱(32)中的产品相邻、并与核辐射源(36)相对。来自源(36)的核辐射穿过箱(32)并撞击到第一闪烁体(40)上，其产生闪烁光。光导(44)将闪烁光从第一闪烁体(40)传送到光感测电路(12)。光导(44)通过气隙耦合到第一闪烁体(40)。光导(44)响应于来自第一闪烁体(40)的闪烁光的吸收而产生闪烁的闪光。光感测电路(12)收集来自光导(44)的闪光，以提供箱中辐射吸收产品的液位的表示。

技术领域

本发明涉及辐射能量，并且更具体地，涉及在液位感测仪中使用辐射能量。

背景技术

在许多工业环境中，有必要检测储罐或箱中的产品的液位。液位传感器通常附接到储罐或箱，并且电连接到控制室或其他中心位置处的远程测量仪，其中技术人员或控制系统可以监控箱的状态以提供适当的过程控制。已经开发了用于液位感测的各种技术。这些技术包括使用浮子或落锤的各种接触感测技术，以及各种非接触技术，例如从箱中的产品表面反射电磁辐射或超声波振动，以确定产品的高度。在某些应用中，将传感器远离产品移动尤为重要。例如，在要对钢或矿石的热熔液的液位进行液位感测的铸造厂中，特别重要的是，保持液位传感器与热熔液的安全距离。在这些应用中，使用核液位感测仪。

在核液位感测仪中，核辐射源位于待进行液位感测的箱的一侧。核辐射检测器放置在箱的相对侧。离开核辐射源的辐射为宽的、通常垂直分散的波束的形状，该波束指向箱的内部。箱中的产品基本上吸收撞击(impinge)在其上的辐射。然而，如果箱没有装满产品，则来自核辐射源的辐射束的一部分穿过箱并且从辐射源辐射到箱的相对侧上的辐射检测器。因为箱中的产品基本上吸收撞击在其上的辐射，从而减少了通过箱的辐射束的量，所以刺激辐射检测器的辐射量与箱中的产品量成反比。到达检测器的辐射在检测器中产生闪烁的闪光。闪光的次数与入射辐射的强度成正比。高灵敏度的光传感器将闪光转换为电脉冲，电脉冲由电子设备进行放大和评估，以生成箱中的产品量的测量值。

传统上，核液位感测仪使用细长的闪烁晶体作为辐射检测器。当暴露于来自辐射源的核辐射时，闪烁晶体产生光子。产生的光子数量与撞击在晶体上的辐射量有关。用作光传感器的光电倍增管(PMT)耦合到晶体的一端。PMT检测从闪烁晶体发出的光子，并产生指示撞击在晶体上的辐射量的信号，并因此产生箱中产品的液位。这种类型的传感器在美国专利No.3,884,288、4,481,595、4,651,800、4,735,253、4,739,819和5,564,487中进行了讨论。

还开发了核液位感测仪，其利用一束一根或更多根闪烁纤维作为辐射检测器来代替闪烁晶体。闪烁纤维束可以直接耦合到PMT，或者经由光导耦合到PMT，这允许PMT和放大电子器件定位成远离纤维束。与使用闪烁晶体的测量仪相比，闪烁纤维的使用在成本、性能和易用性方面以及尺寸和灵敏度方面得到显著改善。具体地说，与闪烁晶体相比，闪烁纤维重量轻，可以容易地盘绕以便运输，并且容易切割成所需的长度。闪烁纤维可以容易地弯曲以匹配特定箱的曲率，而晶体是刚性的并且难以定制制造。此外，闪烁纤维具有比晶体更好的内部反射特性，这意味着纤维闪烁检测器可以制造得更长，损耗比晶体闪烁检测器更少。最后，一束一根或更多根纤维可以具有比相应的晶体明显更小的热容量，这意味着纤维束更容易冷却。

不幸的是，当制造成较长长度时，晶体和纤维两者都表现出光强度损失。图1示出了作为从闪烁源通过介质行进距离的函数的光强度的衰减，以及介质的“衰减长度”L(1/e)的定义，其被定义为在光强度降低到原来其强度的1/e之前，光通过介质可以传输的距离。纤维束通常具有约2.5米的衰减长度。从图1的光强度对(vs.)行进距离的曲线可以看出，光损失在长于衰减长度的距离处相对严重，并且是非线性的。然而，纤维束和晶体已经以长距离在商业上使用，对于晶体长达10英尺，对于纤维束长达12英尺或更长。晶体实际上限于大约10英尺长度，因为难以制造更长尺寸的条。纤维实际上不受制造约束的限制，但受到用于制造纤维的聚苯乙烯介质的衰减长度的约束。