DE102022104550B3

DE102022104550B3 - Measuring device and method for determining the fracture point within a scintillator

Info

Publication number: DE102022104550B3
Application number: DE102022104550.1A
Authority: DE
Inventors: Florian Osswald
Original assignee: Vega Grieshaber KG
Current assignee: Vega Grieshaber KG
Priority date: 2022-02-25
Filing date: 2022-02-25
Publication date: 2023-06-22
Anticipated expiration: 2042-02-26

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Messgerät für eine radiometrische Messeinrichtung mit einem Szintillator zur Erzeugung von strahlungsinduzierten Lichtpulsen, einem photosensitiven Element zur Erzeugung elektrischer Signale auf Basis der Lichtpulse und einer Steuer- und Auswerteeinheit zur Auswertung der elektrischen Signale sowie zur Bestimmung eines Messwertes. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Registrieren und/oder Lokalisieren einer oder mehrerer Bruchstellen innerhalb eines Szintillators eines gattungsgemäßen Messgerätes. Um eine Verbesserung der Messgenauigkeit zu erzielen, besitzt das Messgerät erfindungsgemäß eine Prüfimpulssendeeinheit, die zum Einkoppeln von Prüfimpulsen in den Szintillator eingerichtet ist, und eine Prüfimpulsempfangseinheit, die zum Empfangen von Prüfimpulsen eingerichtet ist, die aus dem Szintillator auskoppeln, wobei die Steuer- und Auswerteeinheit eingerichtet ist, um aus den Intensitäten der eingekoppelten und ausgekoppelten Prüfimpulse und/oder deren zeitliche Abstände eine oder mehrere Bruchstellen innerhalb des Szintillators zu registrieren und/oder zu lokalisieren. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren um eine oder mehrere Bruchstellen innerhalb des Szintillators zu registrieren und/oder zu lokalisieren.The invention relates to a measuring device for a radiometric measuring device with a scintillator for generating radiation-induced light pulses, a photosensitive element for generating electrical signals based on the light pulses and a control and evaluation unit for evaluating the electrical signals and for determining a measured value. Furthermore, the invention relates to a method for registering and/or locating one or more fracture points within a scintillator of a generic measuring device. In order to achieve an improvement in the measurement accuracy, the measuring device according to the invention has a test pulse transmission unit, which is set up for coupling test pulses into the scintillator, and a test pulse reception unit, which is set up for receiving test pulses which are coupled out of the scintillator, the control and evaluation unit is set up to register and/or localize one or more break points within the scintillator from the intensities of the coupled-in and coupled-out test pulses and/or their time intervals. Furthermore, the invention relates to a method for registering and/or locating one or more fracture points within the scintillator.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Messgerät für eine radiometrische Messeinrichtung mit einem Szintillator zur Erzeugung von strahlungsinduzierten Lichtpulsen, einem photosensitiven Element zur Erzeugung elektrischer Signale auf Basis der Lichtpulse, einer Steuer- und Auswerteeinheit zur Auswertung der elektrischen Signale sowie zur Bestimmung eines Messwertes, einer Prüfimpulssendeeinheit, die zum Einkoppeln von Prüfimpulsen in den Szintillator eingerichtet ist, und einer Prüfimpulsempfangseinheit, die zum Empfangen von Prüfimpulsen eingerichtet ist, die aus dem Szintillator auskoppeln.The present invention relates to a measuring device for a radiometric measuring device with a scintillator for generating radiation-induced light pulses, a photosensitive element for generating electrical signals based on the light pulses, a control and evaluation unit for evaluating the electrical signals and for determining a measured value, a test pulse transmission unit, arranged to couple test pulses into the scintillator, and a test pulse receiving unit arranged to receive test pulses coupled out of the scintillator.

Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Registrieren und Lokalisieren einer oder mehrerer Bruchstellen innerhalb eines Szintillators oder einer Alterung des Szintillators eines gattungsgemäßen Messgerätes, wobei die Prüfimpulssendeeinheit mindestens einen Prüfimpuls in den Szintillator einkoppelt und die Prüfimpulsempfangseinheit den mindestens einen aus dem Szintillator auskoppelnden Prüfimpuls registriert.The invention also relates to a method for registering and locating one or more fracture points within a scintillator or an aging of the scintillator of a generic measuring device, wherein the test pulse transmitter unit couples at least one test pulse into the scintillator and the test pulse receiver unit registers the at least one test pulse decoupled from the scintillator.

Aus dem Stand der Technik, insbesondere aus DE 10 2020 113 015 B3 , EP 2 916 112 B1 und EP 2 881 716 B1 sind verschiedene radiometrische Messeinrichtungen bekannt, die insbesondere zur Ermittlung von Dichteprofilen ausgebildet sind. Solche Messeinrichtungen werden eingesetzt, um beispielsweise in einem Behälter oder einem Tank berührungslos eine durch ihre Dichte charakterisierte Schichtverteilung verschiedener Füllgüter zu ermitteln.From the prior art, in particular from DE 10 2020 113 015 B3 , EP 2 916 112 B1 and EP 2 881 716 B1 various radiometric measuring devices are known which are designed in particular to determine density profiles. Such measuring devices are used in order, for example, to determine a layer distribution of different filling goods, characterized by their density, without contact in a container or a tank.

Eine beispielhafte Anwendung hierfür ist die Detektion von unterschiedlichen Schichten bei der Erdölgewinnung. Hierbei wird ein Gemisch aus Sand, Wasser und Rohöl gewonnen und in einem Tank gesammelt. Während der Sand sedimentiert, scheiden sich Erdöl und Wasser in unterschiedlichen Schichten ab. Für die Weiterverarbeitung ist es notwendig, die Schichten voneinander zu trennen und Sand und Wasser von dem Erdöl zu separieren, was beispielsweise durch das Ablassen von Tankinhalt in einem unteren Bereich des Tanks erfolgen kann. Ausschlaggebend für diesen Vorgang ist es, nach Möglichkeit nur Wasser und Sand abzulassen und auf diese Weise kein Erdöl zu verschwenden.An example application for this is the detection of different layers in oil production. A mixture of sand, water and crude oil is extracted and collected in a tank. As the sand settles, oil and water separate out in different layers. For further processing, it is necessary to separate the layers from one another and to separate sand and water from the crude oil, which can be done, for example, by draining the tank contents in a lower area of the tank. The key to this process is to only dump water and sand, if possible, and not waste petroleum in this way.

Da sich die vorliegenden Materialien in ihrer Dichte unterscheiden, kommen hier entsprechende Dichtemesseinrichtungen und Dichtemessverfahren zur Anwendung.Since the available materials differ in their density, appropriate density measuring devices and density measuring methods are used here.

Die radiometrische Dichtemessung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass eine Messung unabhängig von Prozessbedingungen innerhalb eines Tanks und unabhängig von der konkreten chemischen Zusammensetzung des zu messenden Füllgutes möglich ist. Hierbei spielen auch etwaige korrosive Eigenschaften keine Rolle, weil die notwendigen Messgeräte außerhalb des Tanks angeordnet werden können.The radiometric density measurement is characterized in particular by the fact that a measurement is possible independently of the process conditions within a tank and independently of the specific chemical composition of the filling material to be measured. Any corrosive properties do not play a role here, because the necessary measuring devices can be arranged outside the tank.

Das zugrundeliegende Messprinzip ist schematisch in 1 gezeigt. Dargestellt ist ein Tank 1, in dem sich drei Schichten 2_a, 2_b und 2_c mit unterschiedlicher Dichte abgesetzt haben. Zur Feststellung des Dichteprofils wird die dichteabhängige Absorption von Gammaquanten in verschiedenen Medien ausgenutzt. Hierzu werden von einer oder mehreren Strahlungsquellen 3 Gammaquanten durch das zu messende Füllgut in Richtung des Messgerätes 4 zur Detektion der dort ankommenden Strahlungsstärke ausgesendet. Abhängig von der Dichte des zwischen der Strahlungsquelle 3 und dem Messgerät 4 befindlichen Füllgutes werden mehr oder weniger Gammaquanten durch das Füllgut absorbiert, so dass die Strahlungsstärke am Ort des Messgerätes 4 ein Maß für die Dichte des Füllgutes darstellt. Eine Detektion der Strahlungsstärke erfolgt dabei üblicherweise mit Hilfe eines sog. Szintillationszählers, der im Wesentlichen aus einem Szintillator 5 zur Umwandlung der Gammastrahlung im Lichtpuls 8 (Lichtblitze) und einem nachgeschalteten photosensitiven Element 6 zur Generierung elektrischer Impulse aus den Lichtpulsen 8 besteht. Die elektrischen Impulse werden in einer nachgeschalteten Auswerteeinheit 7 weiterverarbeitet, insbesondere verstärkt und gezählt. Die Zahl der ermittelten Lichtpulse 8 ist repräsentativ für die Strahlungsstärke und damit auch für die Dichte des Füllgutes. Je weniger Lichtpulse 8 ermittelt werden, desto höher ist die Dichte des Füllgutes.The underlying measuring principle is shown schematically in 1 shown. A tank 1 is shown in which three layers _2a , _2b and _2c with different densities have been deposited. To determine the density profile, the density-dependent absorption of gamma quanta in different media is used. For this purpose, 3 gamma quanta are emitted by one or more radiation sources through the filling material to be measured in the direction of the measuring device 4 for the detection of the radiation intensity arriving there. Depending on the density of the filling material located between the radiation source 3 and the measuring device 4, more or fewer gamma quanta are absorbed by the filling material, so that the radiation intensity at the location of the measuring device 4 represents a measure of the density of the filling material. The radiation intensity is usually detected with the aid of a so-called scintillation counter, which essentially consists of a scintillator 5 for converting the gamma radiation in the light pulse 8 (flashes of light) and a downstream photosensitive element 6 for generating electrical impulses from the light pulses 8 . The electrical pulses are further processed in a downstream evaluation unit 7, in particular amplified and counted. The number of light pulses 8 determined is representative of the radiation intensity and thus also of the density of the filling material. The fewer light pulses 8 that are determined, the higher the density of the filling material.

In Abhängigkeit der Messaufgabe und/oder der Geometrie des Tanks 1 bzw. des Behälters umfasst die Messeinrichtung eine Vielzahl von Strahlungsquellen 3 und/oder eine Vielzahl von Messgeräten 4, die in unterschiedlicher Weise und zweckentsprechend an dem Tank 1 oder dem Behälter angeordnet sind. Depending on the measuring task and/or the geometry of the tank 1 or the container, the measuring device comprises a large number of radiation sources 3 and/or a large number of measuring devices 4, which are arranged in different ways and appropriately on the tank 1 or the container.

Vergleichbare radiometrische Messeinrichtungen sind auch in DE 33 28 256 A1 , DE 10 2017 208 723 A1 und JP H06-186 343 A beschrieben.Comparable radiometric measuring devices are also in DE 33 28 256 A1 , DE 10 2017 208 723 A1 and JP H06-186 343 A described.

Die Genauigkeit der radiometrischen Dichtemessung mit einem gattungsgemäßen Messgerät ist insbesondere davon abhängig, ob der Szintillator frei von Beschädigungen ist oder demgegenüber eine oder mehrere Bruchstellen besitzt. Strahlungsinduzierte Lichtpulse können an solchen Bruchstellen innerhalb des Szintillators gestreut, reflektiert oder absorbiert werden und bleiben daher bei der Registrierung durch das photosensitive Element unberücksichtigt. Damit verringert sich jedoch die Anzahl pro Zeiteinheit registrierter Lichtpulse, was im Ergebnis den Messwert verfälscht.The accuracy of the radiometric density measurement with a generic measuring device depends in particular on whether the scintillator is free of damage or, on the other hand, has one or more fractures. Radiation-induced light pulses can be scattered, reflected or absorbed at such break points within the scintillator and are therefore not affected by the registration by the photosensitive element sighted. However, this reduces the number of light pulses registered per unit of time, which falsifies the measured value as a result.

Hiervon ausgehend ist es die Aufgabe der Erfindung, ein Messgerät und ein Verfahren vorzuschlagen, womit eine Verbesserung der Messgenauigkeit und Messzuverlässigkeit erzielt werden kann.Proceeding from this, it is the object of the invention to propose a measuring device and a method with which an improvement in the measurement accuracy and measurement reliability can be achieved.

Diese Aufgabe wird zunächst durch das Messgerät nach Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß ist die Steuer- und Auswerteeinheit eingerichtet ist, um aus den Intensitäten der eingekoppelten und ausgekoppelten Prüfimpulse und deren zeitliche Abstände eine oder mehrere Bruchstellen innerhalb des Szintillators zu registrieren und zu lokalisieren.This object is initially achieved by the measuring device according to claim 1. According to the invention, the control and evaluation unit is set up to register and localize one or more break points within the scintillator from the intensities of the coupled-in and coupled-out test pulses and their time intervals.

Ferner wird die Aufgabe durch das Verfahren nach Anspruch 9 gelöst. Erfindungsgemäß registriert und lokalisiert die Steuer- und Auswerteeinheit aus den Intensitäten des mindestens einen eingekoppelten und ausgekoppelten Prüfimpulses und deren zeitliche Abstände eine oder mehrere Bruchstellen innerhalb des Szintillators oder eine Alterung des Szintillators.Furthermore, the object is achieved by the method according to claim 9. According to the invention, the control and evaluation unit registers and localizes one or more fracture points within the scintillator or an aging of the scintillator from the intensities of the at least one injected and extracted test pulse and their time intervals.

Weil die Intensitäten der eingekoppelten Prüfimpulse vorgebbar und mithin bekannt sind, kann aus dem zeitlichen Verlauf und/oder den Intensitäten der ausgekoppelten Prüfimpulse ermittelt werden, ob und ggf. wo eine Bruchstelle innerhalb des Szintillators vorliegt. Unter Berücksichtigung der Position und Größe der Bruchstelle kann entschieden werden, ob der registrierte Messwert korrigierbar ist oder ob der Szintillator beschädigungsbedingt auszutauschen ist. Hierdurch wird eine deutliche Verbesserung der Messgenauigkeit und Zuverlässigkeit des Messgerätes erreicht.Because the intensities of the coupled-in test pulses can be predetermined and are therefore known, it can be determined from the time profile and/or the intensities of the coupled-out test pulses whether and where there is a break point within the scintillator. Taking into account the position and size of the break point, a decision can be made as to whether the measured value registered can be corrected or whether the scintillator needs to be replaced due to damage. This achieves a significant improvement in the measuring accuracy and reliability of the measuring device.

Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung werden in den Unteransprüchen und nachfolgend erläutert.Advantageous developments of the present invention are explained in the dependent claims and below.

Im Rahmen einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Szintillator einstückig ausgestaltet ist. Bei einer einstückigen Ausgestaltung des Szintillators ist dieser im Wesentlichen stabförmig ausgebildet, wobei Bruchstellen nicht selten entlang des vollständigen Querschnitts des stabförmigen Szintillators auftreten. Alternativ ist der Szintillator aus einem Bündel von Fasern zusammengesetzt, die derart miteinander verbunden sind, dass ein im Wesentlichen zylinderförmiger Szintillator entsteht. Bei einem derartigen Szintillator, der aus einem Bündel von Fasern zusammengesetzt ist, können einzelne Fasern an unterschiedlichen Stellen brechen, was bei der Auswertung der ausgekoppelten Prüfimpulse zu berücksichtigen ist.A first advantageous embodiment of the invention provides for the scintillator to be designed in one piece. In a one-piece configuration of the scintillator, it is essentially in the form of a rod, with fractures not infrequently occurring along the entire cross section of the rod-shaped scintillator. Alternatively, the scintillator is composed of a bundle of fibers bonded together to form a generally cylindrical scintillator. With such a scintillator, which is composed of a bundle of fibers, individual fibers can break at different points, which must be taken into account when evaluating the test pulses that are coupled out.

Im Rahmen einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Prüfimpulssendeeinheit eingerichtet ist, um einen optischen Prüfimpuls zu generieren, der unmittelbar oder nach einer Reflektion an einem halbdurchlässigen Spiegel in den Szintillator einkoppelt. Ob die Prüfimpulse dabei unmittelbar oder nach einer Reflektion an einem halbdurchlässigen Spiegel in den Szintillator einkoppeln, hängt im Wesentlichen davon ab, wo die Prüfimpulssendeeinheit innerhalb des Gehäuses des Messgerätes angeordnet ist.Within the scope of an advantageous development of the invention, it is provided that the test pulse transmission unit is set up to generate an optical test pulse which is coupled into the scintillator immediately or after reflection at a semitransparent mirror. Whether the test pulses are coupled into the scintillator immediately or after reflection on a semi-transparent mirror essentially depends on where the test pulse transmission unit is located within the housing of the measuring device.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das photosensitive Element als Photomultiplier ausgebildet ist. Durch einen Photomultiplier können schwache Lichtsignale durch die Erzeugung und Verstärkung eines elektrischen Signals detektiert werden, was eine Auswertung der strahlungsinduzierten Lichtpulse und somit die Bestimmung eines Messwertes erlaubt. Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass das photosensitive Element nicht nur die strahlungsinduzierten Lichtpulse registriert, sondern dass das photosensitive Element auch die Prüfimpulsempfangseinheit bildet, die zum Empfangen des optischen Prüfimpulses ausgebildet ist. In Abhängigkeit der Positionierung der Prüfimpulssendeeinheit kann das photosensitive Element alleine die Prüfimpulsempfangseinheit bilden. Alternativ bildet das photosensitive Element einen ersten Teil der Prüfimpulsempfangseinheit und mindestens ein zweiter Teil der Prüfimpulsempfangseinheit ist hiervon beabstandet innerhalb des Gehäuses angeordnet. Auch der zweite und jeder weitere Teil der Prüfimpulsempfangseinheit kann als Photomultiplier ausgebildet sein.According to an advantageous development of the invention, it is provided that the photosensitive element is designed as a photomultiplier. A photomultiplier can be used to detect weak light signals by generating and amplifying an electrical signal, which allows the radiation-induced light pulses to be evaluated and a measured value to be determined. It is preferably provided that the photosensitive element not only registers the radiation-induced light pulses, but that the photosensitive element also forms the test pulse receiving unit, which is designed to receive the optical test pulse. Depending on the positioning of the test pulse transmission unit, the photosensitive element alone can form the test pulse reception unit. Alternatively, the photosensitive element forms a first part of the test pulse receiving unit and at least a second part of the test pulse receiving unit is arranged within the housing at a distance therefrom. The second and every further part of the test pulse receiving unit can also be designed as a photomultiplier.

Es ist im Rahmen einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Prüfimpulssendeeinheit eingerichtet ist, um anstelle eines optischen Prüfimpulses ein Radarsignal oder ein Schallsignal zu erzeugen, das in den Szintillator einkoppelt und nach dem Auskoppeln von der Prüfimpulsempfangseinheit registriert wird. Die Ausgestaltung der Prüfimpulssendeeinheit als Emitter von Radarsignalen oder Schallsignalen ist gegenüber einer Ausgestaltung als Emitter von optischen Signalen dahingehend vorteilhaft, dass ausgekoppelte Radar- oder Schallsignale gegenüber dem strahlungsinduzierten Lichtpulsen unterscheidbar sind, weshalb das Messverfahren auch während des laufenden Betriebs des Messgerätes durchführbar ist. Auch mit einem optischen Signal ist eine Prüfung auf Bruchstellen im laufenden Messbetrieb möglich. Das optische Signal muss vom Messsignal hinreichend gut unterscheidbar sein, bspw. eine deutlich unterschiedliche Wellenlänge aufweisen, oder ein reguläres Szintillatorsignal deutlich übersteuern, bspw. mit einer deutlich größeren Amplitude.An advantageous embodiment of the invention provides that the test pulse transmission unit is set up to generate a radar signal or a sound signal instead of an optical test pulse, which is coupled into the scintillator and, after being coupled out, is registered by the test pulse receiving unit. The design of the test pulse transmission unit as an emitter of radar signals or sound signals is advantageous compared to a design as an emitter of optical signals in that decoupled radar or sound signals can be distinguished from the radiation-induced light pulses, which is why the measuring method can also be carried out while the measuring device is in operation. An optical signal can also be used to check for fractures during ongoing measurement operations. The optical signal must be sufficiently distinguishable from the measurement signal, e.g. have a significantly different wavelength, or significantly overdrive a regular scintillator signal, e.g. with a significantly larger amplitude.

Ein Messgerät der vorliegenden Art wird nicht selten in explosionsgefährdeten Bereichen eingesetzt, weshalb nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen ist, dass das Gehäuse des Messgerätes zumindest abschnittsweise als druckfeste Kapselung ausgebildet ist und mithin zumindest abschnittsweise ein Ex d-Gehäuse besitzt.A measuring device of the present type is not infrequently used in potentially explosive atmospheres, which is why an advantageous development of the invention provides that the housing of the measuring device is at least partially designed as a flameproof enclosure and therefore has at least partially an Ex d housing.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und konkrete Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend mit Bezug auf die Figuren erläutert. Es zeigen:

1 eine radiometrische Messeinrichtung nach dem Stand der Technik und
2-11 unterschiedliche Ausführungsformen eines Messgerätes für eine radiometrische Messeinrichtung.

Further advantageous refinements and specific embodiments of the present invention are explained below with reference to the figures. Show it:

1 a state-of-the-art radiometric measuring device and
2-11 different embodiments of a measuring device for a radiometric measuring device.

Eine erste konkrete Ausführungsform eines Messgerätes 10 einer radiometrischen Messeinrichtung ist in 2 gezeigt. Das Messgerät 10 besitzt ein Gehäuse 11, das in einem ersten Abschnitt 111 einen Szintillator 12 aufnimmt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel besteht der Szintillator 12 aus einem Bündel aus Fasern 13, wobei die oberste dargestellte Faser eine Bruchstelle 14 besitzt. Innerhalb des Szintillators 12 werden beim bestimmungsgemäßen Gebrauch der radiometrischen Messeinrichtung in der bereits beschriebenen Weise strahlungsinduzierte Lichtpulse erzeugt. In einem zweiten Abschnitt 112 des Gehäuses 11 ist ein photosensitives Element 15 in Form eines Photomultipliers 151 und eine Steuer- und Auswerteeinheit 16 angeordnet, die die elektrischen Signale 17 von dem photosensitiven Element empfängt. Der zweite 112 Abschnitt des Gehäuses 11 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als Ex d-Gehäuse ausgebildet, wohingegen der erste Abschnitt 111 des Gehäuses 11 nicht als Ex d-Gehäuse ausgestaltet ist. Der erste Abschnitt 111 des Gehäuses 11, der den Szintillator 12 aufnimmt, kann wahlweise starr oder flexibel ausgebildet sein. Zwischen dem photosensitiven Element 15 und dem Szintillator 12 ist ein optischer Strahlenteiler 18 mit einem halbdurchlässigen Spiegel 19 angeordnet. An gegenüberliegenden Seiten des optischen Strahlenteilers 18 sind eine Prüfimpulssendeeinheit 20 und ein erstes Reflektionselement 22 angeordnet. Um eine etwaige Bruchstelle 14 innerhalb des Szintillators 12 zu registrieren und/oder zu lokalisieren, sendet die Prüfimpulssendeeinheit 20 - gesteuert von der Steuer- und Auswerteeinheit 16 - einen optischen Prüfimpuls 23 aus, der am halbdurchlässigen Spiegel 19 des optischen Strahlenteilers 18 reflektiert wird und in den Szintillator 12 einkoppelt. Der optische Prüfimpuls 23 durchläuft die einzelnen Fasern 13 des Szintillators 12 und wird sowohl an der Bruchstelle 14 als auch am freien Ende 24 des Szintillators 12 reflektiert, wo der Szintillator 12 im dargestellten Ausführungsbeispiel ein optionales zweites Reflektionselement 25 besitzt. Der reflektierte Prüfimpuls 23 gelangt auf seinem Rückweg an den halbdurchlässigen Spiegel 19 des optischen Strahlenteilers 18, wo der reflektierte Prüfimpuls 23 zumindest für einen bekannten Anteil zum photosensitiven Element 15 durchgelassen wird. Das photosensitive Element 15 bildet im dargestellten Ausführungsbeispiel auch die Prüfimpulsempfangseinheit 21 und wandelt die optischen Prüfimpulse 23 in auswertbare elektrische Signale 26 um, die innerhalb der Steuer- und Auswerteeinheit 16 ausgewertet werden. Das Verhältnis der Intensitäten zwischen dem emittierten Prüfimpuls 23 und dem registrierten Prüfimpuls 23 sowie deren zeitlicher Verlauf erlaubt einen Rückschluss auf die Größe und die Position der vorhandenen Bruchstelle(n) 14 innerhalb des Szintillators 12.A first specific embodiment of a measuring device 10 of a radiometric measuring device is in 2 shown. The measuring device 10 has a housing 11 which accommodates a scintillator 12 in a first section 111 . In the illustrated embodiment, the scintillator 12 consists of a bundle of fibers 13, the uppermost fiber shown having a break point 14. Radiation-induced light pulses are generated within the scintillator 12 in the manner already described when the radiometric measuring device is used as intended. A photosensitive element 15 in the form of a photomultiplier 151 and a control and evaluation unit 16, which receives the electrical signals 17 from the photosensitive element, are arranged in a second section 112 of the housing 11. The second 112 section of the housing 11 is designed as an Ex d housing in the exemplary embodiment shown, whereas the first section 111 of the housing 11 is not designed as an Ex d housing. The first section 111 of the housing 11, which accommodates the scintillator 12, can optionally be rigid or flexible. An optical beam splitter 18 with a semi-transparent mirror 19 is arranged between the photosensitive element 15 and the scintillator 12 . A test pulse transmission unit 20 and a first reflection element 22 are arranged on opposite sides of the optical beam splitter 18 . In order to register and/or localize any breakage 14 within the scintillator 12, the test pulse transmitter unit 20 - controlled by the control and evaluation unit 16 - emits an optical test pulse 23 which is reflected on the semi-transparent mirror 19 of the optical beam splitter 18 and in the scintillator 12 couples. The optical test pulse 23 runs through the individual fibers 13 of the scintillator 12 and is reflected both at the break point 14 and at the free end 24 of the scintillator 12, where the scintillator 12 has an optional second reflection element 25 in the exemplary embodiment shown. On its way back, the reflected test pulse 23 reaches the semitransparent mirror 19 of the optical beam splitter 18, where the reflected test pulse 23 is let through to the photosensitive element 15, at least for a known proportion. In the exemplary embodiment shown, the photosensitive element 15 also forms the test pulse receiving unit 21 and converts the optical test pulses 23 into electrical signals 26 which can be evaluated and which are evaluated within the control and evaluation unit 16 . The ratio of the intensities between the emitted test pulse 23 and the registered test pulse 23 as well as their progression over time allows conclusions to be drawn about the size and position of the existing fracture point(s) 14 within the scintillator 12.

Eine weitere konkrete Ausgestaltung eines Messgerätes ist in 3 dargestellt. Im Unterschied zu 2 ist dort der Szintillator 12 einstückig ausgebildet und besitzt somit keine Mehrzahl von miteinander verbundenen Fasern. Allerdings weist der in 3 dargestellte Szintillator 12 eine Bruchstelle 14 auf, die sich entlang des vollständigen Querschnitts des Szintillators 12 erstreckt. Der in den Szintillator 12 eingekoppelte Prüfimpuls 23 wird daher vollständig an der Bruchstelle reflektiert und gelangt somit auch nicht teilweise zum freien Ende 24 des Szintillators 12. Die Steuer- und Auswerteeinheit 16 erkennt daher eine vergleichsweise starke Reflektion im Bereich der Bruchstelle 14 und kann unter Berücksichtigung der bekannten Länge des Szintillators 12 darauf zurückschließen, dass der Szintillator 12 an der dargestellten Stelle vollständig gebrochen ist.Another concrete embodiment of a measuring device is in 3 shown. In contrast to 2 there the scintillator 12 is formed in one piece and thus does not have a plurality of interconnected fibers. However, the in 3 The scintillator 12 shown has a fracture point 14 which extends along the complete cross-section of the scintillator 12 . The test pulse 23 coupled into the scintillator 12 is therefore fully reflected at the break point and therefore does not reach the free end 24 of the scintillator 12 in part. The control and evaluation unit 16 therefore detects a comparatively strong reflection in the area of the break point 14 and can, taking into account from the known length of the scintillator 12 conclude that the scintillator 12 is completely broken at the location shown.

4 zeigt eine weitere konkrete Ausführungsform eines Messgerätes 10, das im dargestellten Ausführungsbeispiel analog zu 2 einen Szintillator 12 besitzt, der aus mehreren Fasern 13 zusammengesetzt ist, wobei die obere Faser beispielhaft eine Bruchstelle 14 besitzt. Im Gegensatz zu 2 ist die Prüfimpulsempfangseinheit 21 nicht ausschließlich durch das photosensitive Element 15 gebildet, sondern die Prüfimpulsempfangseinheit 21 besitzt einen zweiten Teil 212, der neben der Prüfimpulssendeeinheit 20 am optischen Strahlenteiler 18 angeordnet ist. Durch den zweiten Teil 212 der Prüfimpulsempfangseinheit 21 werden auch die reflektierten Prüfsignale 23 registriert, die am halbdurchlässigen Spiegel 19 nicht zum photosensitiven Element 15 durchgelassen, sondern reflektiert werden, was die Messgenauigkeit deutlich erhöht. 4 shows a further concrete embodiment of a measuring device 10, which is analogous to that in the exemplary embodiment shown 2 has a scintillator 12 composed of several fibers 13, the upper fiber having a break point 14 by way of example. In contrast to 2 the test pulse receiving unit 21 is not formed exclusively by the photosensitive element 15, but the test pulse receiving unit 21 has a second part 212 which is arranged next to the test pulse transmitting unit 20 on the optical beam splitter 18. The second part 212 of the test pulse receiving unit 21 also registers the reflected test signals 23, which are not let through to the photosensitive element 15 at the semitransparent mirror 19, but are instead reflected, which significantly increases the measurement accuracy.

5 zeigt eine zu 4 vergleichbare Ausgestaltung eines Messgerätes 10, wobei der zweite Teil 212 der Prüfimpulsempfangseinheit 21 auf der Seite des optischen Strahlenteilers 18 angeordnet ist, der der Prüfimpulssendeeinheit 20 gegenüberliegt. Hierdurch wird unmittelbar die Intensität der Prüfimpulse 23 festgestellt, die am halbdurchlässigen Spiegel 19 nicht in den Szintillator 12 einkoppeln, sondern geradlinig durch den halbdurchlässigen Spiegel 19 hindurchtreten. Dies erlaubt eine weitere Abschätzung, welcher Anteil der optischen Prüfimpulse 23 in den Szintillator 12 eingekoppelt wurde, was die Messgenauigkeit weiter erhöht. 5 shows one to 4 Comparable configuration of a measuring device 10, wherein the second part 212 of the test pulse receiving unit 21 is arranged on the side of the optical beam splitter 18 is, which faces the test pulse transmission unit 20 . The intensity of the test pulses 23, which do not couple into the scintillator 12 at the semi-transparent mirror 19, but instead pass through the semi-transparent mirror 19 in a straight line, is immediately determined in this way. This allows a further estimation of what proportion of the optical test pulses 23 was coupled into the scintillator 12, which further increases the measurement accuracy.

6 zeigt eine Ausführungsform, die eine Mischung der Ausführungsformen nach den 4 und 5 ist. Hiernach besteht die Prüfimpulsempfangseinheit 21 insgesamt aus drei Teilen, nämlich dem photosensitiven Element 15 als einem ersten Teil 211 der Prüfimpulsempfangseinheit 21, einem zweiten Teil 212 der Prüfimpulsempfangseinheit 21, die neben der Prüfimpulssendeeinheit 20 am optischen Strahlenteiler 18 angeordnet ist und einem dritten Teil 213 der Prüfimpulsempfangseinheit 21, die dem zweiten Teil 212 der Prüfimpulsempfangseinheit 21 gegenüberliegend am optischen Strahlenteiler 18 angeordnet ist. Hierdurch werden die Anteile des Prüfimpulses 23 registriert, die nach dem Aussenden durch die Prüfimpulssendeeinheit 20 nicht in den Szintillator 12 einkoppeln und/oder nach einer Reflektion innerhalb des Szintillators 12 vom halbdurchlässigen Spiegel 19 reflektiert werden und daher nicht unmittelbar in das photosensitive Element 15 einkoppeln. Die am dritten Teil der Prüfimpulsempfangseinheit 213 gemessene Intensität muss daher von der Intensität des emittierten Prüfimpulses abgezogen werden, weil dieser Anteil der Intensität nicht in den Szintillator 12 eingekoppelt ist. Hierdurch lässt sich die Intensität der Prüfimpulse 23, die den Szintillator 12 vollständig passiert haben, und deren zeitlicher Verlauf exakt feststellen, registrieren und auswerten. 6 shows an embodiment that is a mixture of the embodiments according to FIGS 4 and 5 is. Accordingly, the test pulse receiving unit 21 consists of a total of three parts, namely the photosensitive element 15 as a first part 211 of the test pulse receiving unit 21, a second part 212 of the test pulse receiving unit 21, which is arranged next to the test pulse transmitting unit 20 on the optical beam splitter 18, and a third part 213 of the test pulse receiving unit 21, which is arranged opposite the second part 212 of the test pulse receiving unit 21 on the optical beam splitter 18. This registers the portions of test pulse 23 which, after transmission by test pulse transmission unit 20, do not couple into scintillator 12 and/or are reflected by semitransparent mirror 19 after reflection within scintillator 12 and therefore do not couple directly into photosensitive element 15. The intensity measured on the third part of the test pulse receiving unit 213 must therefore be subtracted from the intensity of the test pulse emitted, because this part of the intensity is not coupled into the scintillator 12 . In this way, the intensity of the test pulses 23, which have completely passed through the scintillator 12, and their progress over time can be precisely determined, registered and evaluated.

7 zeigt ein weiteres konkretes Ausführungsbeispiel eines Messgerätes 10, wobei im Unterschied zu den vorherigen Ausführungsbeispielen ein optisches Fenster 27 vorgesehen ist, das auf einer Seite unmittelbar mit dem Szintillator 12 und auf der anderen Seite mit dem photosensitiven Element 15, einem zweiten Teil 212 der Prüfimpulsempfangseinheit 21 und der Prüfimpulssendeeinheit 20 verbunden ist. Bei dieser Ausführungsform entfallen Intensitätsverluste an einem halbdurchlässigen Spiegel eines Strahlenteilers, weil die Prüfimpulse 23 unmittelbar von der Prüfimpulssendeeinheit 20 über das optische Fenster 27 in den Szintillator 12 einkoppeln. Insofern erlaubt das reflektierte Prüfsignal 23 eine eindeutige Auswertung hinsichtlich der Größe und Positionierung einer etwaigen Bruchstelle 14. 7 shows another specific embodiment of a measuring device 10, in which, in contrast to the previous embodiments, an optical window 27 is provided, which is directly connected to the scintillator 12 on one side and to the photosensitive element 15, a second part 212 of the test pulse receiving unit 21 and the test pulse transmission unit 20 is connected. In this embodiment, there are no intensity losses at a semi-transparent mirror of a beam splitter because the test pulses 23 couple directly from the test pulse transmission unit 20 into the scintillator 12 via the optical window 27 . In this respect, the reflected test signal 23 allows a clear evaluation with regard to the size and positioning of any fracture point 14.

8 zeigt eine zu 7 vergleichbare Ausgestaltung eines Messgerätes 10, wobei dort die Prüfimpulssendeeinheit 20 am freien Ende 24 des Szintillators 12 angeordnet ist, so dass die emittierten Prüfimpulse 23 nur in eine Richtung durch den Szintillator 12 bis zum photosensitiven Element 15 laufen. An der Bruchstelle 14 wird der emittierte Prüfimpuls 23 zumindest teilweise reflektiert und gelangt somit nicht zum photosensitiven Element 15, woraus sich eine Differenz zwischen der ausgestrahlten Intensität und der registrierten Intensität ergibt. Das Verhältnis dieser Intensitäten erlaubt eine Abschätzung über die Größe der Bruchstelle 14, wobei eine Positionierung der Bruchstelle 14 mittels dieses Verfahrens nicht in eindeutiger Weise erfolgen kann. Der erste Abschnitt 111 des Gehäuses 11, der den Szintillator 12 und die Prüfimpulssendeeinheit 20 aufnimmt, ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als Ex d-Gehäuse ausgebildet. Optional ist ein optisches Fenster 27 als Kammertrennung zwischen dem Szintillator 12 und dem photosensitiven Element 15 vorgesehen. 8th shows one to 7 comparable configuration of a measuring device 10, the test pulse transmission unit 20 being arranged there at the free end 24 of the scintillator 12, so that the test pulses 23 emitted run through the scintillator 12 to the photosensitive element 15 in only one direction. The emitted test pulse 23 is at least partially reflected at the breaking point 14 and thus does not reach the photosensitive element 15, which results in a difference between the emitted intensity and the registered intensity. The ratio of these intensities allows the size of the fracture point 14 to be estimated, with the fracture point 14 not being able to be positioned in an unambiguous manner using this method. The first section 111 of the housing 11, which accommodates the scintillator 12 and the test pulse transmission unit 20, is designed as an Ex d housing in the exemplary embodiment shown. An optical window 27 is optionally provided as a chamber separation between the scintillator 12 and the photosensitive element 15 .

9 zeigt eine alternative Ausführungsform eines Messgerätes 10, bei der anstelle eines optischen Prüfimpulses ein Radarsignal 28 von der Prüfimpulssendeeinheit 20 abgegeben wird, das sich innerhalb des Szintillators 12 ausbreitet und sowohl an einer Bruchstelle 14 als auch am freien Ende 24 des Szintillators 12 reflektiert wird. Die Prüfimpulsempfangseinheit 21 des Messgerätes 10 ist dabei eingerichtet, um das Radarsignal 28 zu empfangen, so dass sich aus dem zeitlichen Verlauf und aus der Intensität des empfangenen Radarsignals 28 die Positionierung und/oder Größe einer etwaigen Bruchstelle 14 ergibt. In gleicher Weise können die Prüfimpulssendeeinheit 20 und die Prüfimpulsempfangseinheit 21 zum Senden und Empfangen von Schallwellen, insbesondere von Ultraschallwellen ausgebildet sein. Der erste Abschnitt 111 des Gehäuses 11, das den Szintillator 12 aufnimmt, muss im dargestellten Ausführungsbeispiel nicht als Ex d-Gehäuse ausgebildet sein. 9 shows an alternative embodiment of a measuring device 10 in which, instead of an optical test pulse, a radar signal 28 is emitted by the test pulse transmission unit 20, which propagates within the scintillator 12 and is reflected both at a break point 14 and at the free end 24 of the scintillator 12. The test pulse receiving unit 21 of the measuring device 10 is set up to receive the radar signal 28 so that the position and/or size of a possible break point 14 results from the course over time and from the intensity of the received radar signal 28 . In the same way, the test pulse transmission unit 20 and the test pulse reception unit 21 can be designed to transmit and receive sound waves, in particular ultrasonic waves. The first section 111 of the housing 11, which accommodates the scintillator 12, does not have to be in the form of an Ex d housing in the illustrated exemplary embodiment.

Das Ausführungsbeispiel des Messgerätes 10 nach 10 zeigt im Vergleich zu 9 eine alternative Positionierung der Prüfimpulssende- und Prüfimpulsempfangseinheit (20, 21), die unmittelbar mit dem photosensitiven Element 12 verbunden sind, und zwar auf der Seite, die dem Szintillator 12 abgewandt ist. Die Prüfimpulse 28 durchlaufen daher zunächst das photosensitive Element 15, wo sie über ein (optionales) Fenster in den Szintillator 12 einkoppeln.The embodiment of the measuring device 10 according to 10 shows compared to 9 an alternative positioning of the test pulse transmission and test pulse receiving unit (20, 21), which are directly connected to the photosensitive element 12, specifically on the side facing away from the scintillator 12. The test pulses 28 therefore first pass through the photosensitive element 15, where they couple into the scintillator 12 via an (optional) window.

Ein letztes Ausführungsbeispiel eines Messgerätes 10 ist in 11 dargestellt, nach dem im Unterschied zu 10 die Prüfimpulssendeeinheit 20 am freien Ende 24 des Szintillators 12 angeordnet ist. Die dort emittierten Prüfimpulse 28 in Form von Radarsignalen 28 durchlaufen unmittelbar den Szintillator 12 und werden bei der Prüfimpulsempfangseinheit 21 registriert, die am freien Ende photosensitiven Elementes 15 angeordnet ist. Der erste Abschnitt 111 des Gehäuses 11, das den Szintillator 12 aufnimmt, ist hierbei als Ex d-Gehäuse ausgebildet. In gleicher Weise können auch bei diesem Ausführungsbeispiel die Prüfimpulssendeeinheit 20 und die Prüfsignalempfangseinheit 21 zum Senden und Empfangen von Schallwellen, insbesondere von Ultraschallwellen ausgebildet sein.A final embodiment of a measuring device 10 is in 11 shown after in contrast to 10 the test pulse transmission unit 20 is arranged at the free end 24 of the scintillator 12 . The test pulses 28 emitted there in the form of radar signals 28 pass directly through the scintillator 12 and are registered with the test pulse receiving unit 21, which is arranged at the free end of the photosensitive element 15. The first Section 111 of the housing 11, which accommodates the scintillator 12, is in this case designed as an Ex d housing. In the same way, the test pulse transmission unit 20 and the test signal reception unit 21 can also be designed for transmitting and receiving sound waves, in particular ultrasonic waves, in this exemplary embodiment.

Bei allen Ausführungsformen nach den 2 bis 11 können die dargestellten Szintillatoren als stabförmiger Szintillator oder als Szintillator aus einzelnen oder mehreren Fasern bestehen.In all embodiments according to 2 until 11 For example, the scintillators shown can consist of a rod-shaped scintillator or a scintillator made up of single or multiple fibers.

BezugszeichenlisteReference List

11: Tanktank
2a,b,c2a,b,c: Schichtenlayers
33: Strahlungsquelleradiation source
44: Messgerätgauge
55: Szintillatorscintillator
66: photosensitives Elementphotosensitive element
77: Auswerteeinheitevaluation unit
88th: Lichtpulslight pulse
1010: Messgerätgauge
1111: GehäuseHousing
111111: erster Abschnitt (des Gehäuses)first section (of the case)
112112: zweiter Abschnitt (des Gehäuses)second section (of the case)
1212: Szintillatorscintillator
1313: Faserfiber
1414: Bruchstellebreaking point
1515: photosensitives Elementphotosensitive element
151151: Photomultiplierphotomultiplier
1616: Steuer- und AuswerteeinheitControl and evaluation unit
1717: elektrisches Signalelectrical signal
1818: Strahlenteilerbeam splitter
1919: halbdurchlässiger Spiegelsemi-transparent mirror
2020: PrüfimpulssendeeinheitTest pulse transmitter unit
2121: Prüfimpulsempfangseinheittest pulse receiving unit
211211: erster Teil (der Prüfimpulsempfangseinheit)first part (of the test pulse receiving unit)
212212: zweiter Teil (der Prüfimpulsempfangseinheit)second part (of the test pulse receiving unit)
213213: dritter Teil (der Prüfimpulsempfangseinheit)third part (of the test pulse receiving unit)
2222: erstes Reflexionselementfirst reflective element
2323: optischer Prüfimpulsoptical test pulse
2424: freies Ende (des Szintillators)free end (of the scintillator)
2525: zweites Reflexionselementsecond reflective element
2626: elektrisches Signalelectrical signal
2727: optisches Fensteroptical window
2828: Radarsignalradar signal

Claims

Measuring device (10) for a radiometric measuring device with a scintillator (12) for generating radiation-induced light pulses (8), a photosensitive element (15) for generating electrical signals (26) on the basis of the light pulses (8), a control and evaluation unit ( 16) for evaluating the electrical signals (26) and for determining a measured value, a test pulse transmitter unit (20) which is set up to couple test pulses (23) into the scintillator (12), and a test pulse receiver unit (21) which is designed to receive test pulses (23) which are coupled out of the scintillator (12), characterized in that the control and evaluation unit (16) is set up to select one or more from the intensities of the coupled-in and coupled-out test pulses (23) and their time intervals To register and localize break points (14) within the scintillator (12) and/or aging of the scintillator (12).

meter (10) after claim 1 , characterized in that the scintillator (12) is designed in one piece, is formed from a bundle of fibers (13), a combination of fiber bundles and one-piece scintillators or by cascading the aforementioned scintillators.

Measuring device (10) according to one of Claims 1 or 2 , characterized in that the test pulse transmission unit (20) is set up to generate an optical test pulse (23) which couples into the scintillator (12) immediately or after reflection at a semitransparent mirror (19).

Measuring device (10) according to one of Claims 1 until 3 , characterized in that the photosensitive element (15) is designed as a photomultiplier (151).

Measuring device (10) according to one of Claims 1 until 4 , characterized in that the photosensitive element (15) forms the test pulse receiving unit (21) which is designed to receive the optical test pulse (23).

Measuring device (10) according to one of Claims 1 until 4 , characterized in that the photo sensitive element (15) forms a first part (211) of the test pulse receiving unit (21) and at least a second part (212) of the test pulse receiving unit (21) is spaced therefrom within the housing (11).

Measuring device (10) according to one of Claims 1 or 2 , characterized in that the test pulse transmission unit (20) is set up to generate a radar signal (28) or an ultrasonic signal which is coupled into the scintillator (12) and after decoupling from the test pulse receiving unit (21) is registered.

Measuring device (10) according to one of Claims 1 until 7 , characterized in that the housing (11) of the measuring device (10) is designed at least in sections as a pressure-resistant encapsulation.

Method for registering and locating one or more fracture points (14) within a scintillator (12) or aging of the scintillator (12) of a measuring device (10) according to one of Claims 1 until 8th , wherein the test pulse transmitter unit (20) couples at least one test pulse (23, 28) into the scintillator (12) and the test pulse receiver unit (21) registers the at least one test pulse (23, 28) decoupled from the scintillator (12), characterized in that the control and evaluation unit (16) registers one or more fracture points (14) within the scintillator (12) or an aging of the scintillator (12) from the intensities of the at least one coupled-in and coupled-out test pulse (23, 28) and their time intervals, and localized.