РАДИОМЕТРИЧЕСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРИБОР (ВАРИАНТЫ), СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ФИЗИЧЕСКОГО ПАРАМЕТРА Российский патент 2008 года по МПК G01F23/288 

Изобретение относится к радиометрическому измерительному прибору. Посредством радиометрических измерительных приборов могут быть измерены физические параметры, например уровень или плотность среды.

Радиометрические измерительные приборы используются обычно всегда тогда, когда обычные измерительные приборы нельзя использовать из-за особенно сложных условий в месте измерения. Очень часто в месте измерения господствуют предельно высокие температуры и давления, или имеются химически и/или механически очень агрессивные внешние влияния, делающие невозможным применение других измерительных методов.

В радиометрической измерительной технике источник радиоактивного излучения, например Со 60 или Cs 137, помещают в радиационно-защищенный контейнер, который устанавливают в месте измерения, например в заполненном содержимым резервуаре. Таким резервуаром может быть, например, цистерна, контейнер, труба, ленточный транспортер или емкость любой другой формы.

Радиационно-защищенный контейнер имеет отверстие, через которое испускаемое позиционированным для измерения источником излучение излучается сквозь стенку радиационно-защищенного контейнера.

Обычно выбирают направление излучения, при котором излучение проникает через участок резервуара, который должен быть зарегистрирован измерительной техникой. На противоположной стороне с помощью детектора количественно регистрируют измененную в результате изменения уровня или плотности интенсивность выходящего излучения. Интенсивность выходящего излучения зависит от геометрического расположения и поглощения. Последнее зависит при измерении уровня от количества содержимого в резервуаре, а при измерении плотности - от плотности содержимого. Следовательно, интенсивность выходящего излучения является мерой актуального уровня или актуальной плотности содержимого в резервуаре.

В качестве детектора подходит, например, сцинтилляционный детектор со сцинтиллятором, например сцинтилляционным стержнем, и фотоэлектронным умножителем. Сцинтилляционный стержень представляет собой, в принципе, оптически очень чистый плексигласовый стержень. Под воздействие гамма-излучения через сцинтилляционный материал излучаются световые вспышки. Их регистрируют фотоэлектронным умножителем и преобразуют в электрические импульсы. Частота, с которой выходят импульсы, зависит от интенсивности излучения и является, тем самым, мерой измеряемого физического параметра, например уровня или плотности. Сцинтиллятор и фотоэлектронный умножитель смонтированы обычно в защитной трубке, например из высококачественной стали.

Детектор содержит, как правило, электронный блок, который формирует соответствующий скорости импульсов выходной сигнал для вышестоящего блока. Электронный блок включает в себя обычно управляющую схему и счетчик. Электрические импульсы подсчитывают и определяют скорость подсчета, с помощью которой можно определить измеряемый физический параметр.

Дополнительно проверяют преимущественно состояние детектора. Состояние включает в себя в простейшем случае указание того, работает ли детектор корректно или нет. В соответствии с состоянием при необходимости подается сообщение об ошибке и/или сигнал тревоги.

Для передачи выходного сигнала и состояния детектора между последним и вышестоящим блоком предусмотрены, как правило, две линии.

Эффективная длина детекторов, устанавливающая регистрируемый измерительной техникой участок резервуара, зависит от требуемой высоты измерения и возможностей монтажа. Сегодня детекторы имеются длиной примерно от 400 мм до примерно 2000 мм. Если длины около 2000 мм недостаточно, то к радиометрическому измерительному прибору могут быть подключены два или более детекторов.

При этом у обычных измерительных приборов каждый детектор содержит собственный электронный блок. Для передачи выходного сигнала и состояния детектора от каждого детектора к вышестоящему блоку проложены, по меньшей мере, две линии. Выходные сигналы отдельных детекторов объединяют в вышестоящем блоке в один суммарный сигнал, который отражает общую частоту зарегистрированных импульсов.

При использовании двух или более детекторов необходимые технические затраты возрастают пропорционально числу детекторов. Для каждого детектора следует предусмотреть собственный электронный блок со счетчиком и управляющей схемой, состояние каждого детектора должно проверяться отдельно, и каждый детектор следует соединить посредством двух линий с вышестоящим блоком, который тогда проверяет состояние каждого детектора и объединяет отдельные выходные сигналы в один измерительный сигнал.

Каждая дополнительная линия повышает расходы. В частности, если детекторы используют во взрывоопасных областях, расходы на дополнительные линии значительны.

Задачей изобретения является создание радиометрического измерительного прибора с двумя или более детекторами, который может быть установлен и эксплуатироваться экономично.

Для этого изобретение заключается в радиометрическом измерительном приборе для монтажа на заполняемом содержимым резервуаре, содержащем источник радиоактивного излучения, который при эксплуатации испускает через резервуар радиоактивное излучение, по меньшей мере, два детектора, которые служат для регистрации проникающего через резервуар излучения и формирования соответствующей зарегистрированному излучению частоты электрических импульсов, генераторы сдвига, которые накладывают на частоту импульсов каждого детектора отражающий состояние данного детектора сдвиг, и сборную линию, к которой каждый детектор подает выходной сигнал, соответствующий наложению данной частоты импульсов и данного сдвига, и которая подает соответствующий наложению выходных сигналов суммарный сигнал к вышестоящему блоку, формирующему на основе суммарного сигнала измерительный сигнал и/или определяющему состояние измерительного прибора.

Далее изобретение заключается в радиометрическом измерительном приборе для монтажа на заполняемом содержимым резервуаре, содержащем источник радиоактивного излучения, который при эксплуатации испускает через резервуар радиоактивное излучение, по меньшей мере, два детектора, которые служат для регистрации проникающего через резервуар излучения и формирования соответствующей зарегистрированному излучению частоты электрических импульсов, генераторы сдвига, которые накладывают на частоту импульсов каждого детектора детекторно-специфический сдвиг, размыкатели, которые служат для воспрепятствования передаче частот импульсов и сдвигов при некорректной работе детектора, сборную линию, к которой каждый корректно работающий детектор подает выходной сигнал, соответствующий наложению данных частот импульсов и данных сдвигов, и которая подает соответствующий наложению выходных сигналов суммарный сигнал к вышестоящему блоку, формирующему на основе суммарного сигнала измерительный сигнал и/или определяющему состояние измерительного прибора.

Согласно одному выполнению названных радиометрических измерительных приборов предусмотрена серия детекторов, а сборная линия начинается у первого детектора серии, ведет оттуда от одного детектора к соответственно соседнему с ним детектору, а от последнего детектора - к вышестоящему блоку.

Согласно другому выполнению каждый детектор включает в себя сцинтиллятор и подключенный к нему фотоэлектронный умножитель.

Согласно одному усовершенствованию названного последним радиометрического измерительного прибора генераторы сдвига периодически испускают по световоду эталонные световые вспышки через сцинтиллятор.

Согласно другому выполнению вышестоящий блок интегрирован в последний детектор серии.

Далее изобретение заключается в способе измерения физического параметра с помощью одного из названных радиометрических измерительных приборов, при котором каждому детектору присваивают заданное значение сдвига, которое формируют посредством генераторов сдвига детекторов при корректной работе детектора и которое больше суммы максимально ожидаемых для детекторов частот импульсов, вышестоящий блок на основе суммарного сигнала определяет общую скорость подсчета, образует разность между этой общей скоростью подсчета и скоростью подсчета, соответствующей сумме заданных значений сдвигов, обнаруживает наличие ошибки при отрицательной разности и формирует измерительный сигнал при положительной разности.

Согласно одному выполнению способа при наличии отрицательной разности с помощью величины разности определяют, какой из детекторов работает некорректно.

Далее изобретение заключается в радиометрическом измерительном приборе для монтажа на заполняемом содержимым резервуаре, содержащем источник радиоактивного излучения, который при эксплуатации испускает через резервуар радиоактивное излучение, первый и второй детекторы, которые служат для регистрации проникающего через резервуар излучения и формирования соответствующей зарегистрированному излучению частоты электрических импульсов, генератор сдвига, который накладывает на частоту импульсов первого детектора отражающий состояние первого детектора сдвиг, и интегрированный во второй детектор вышестоящий блок, с которым первый детектор соединен через соединительную линию, через который первый детектор подает выходной сигнал, соответствующий наложению частоты импульсов и сдвига, к которому подают частоту импульсов и состояние второго детектора и который на основе поступающих сигналов формирует измерительный сигнал и/или определяет состояние измерительного прибора.

Далее изобретение заключается в радиометрическом измерительном приборе для монтажа на заполняемом содержимым резервуаре, содержащем источник радиоактивного излучения, который при эксплуатации испускает через резервуар радиоактивное излучение, первый и второй детекторы, которые служат для регистрации проникающего через резервуар излучения, формирования соответствующей зарегистрированному излучению частоты электрических импульсов и передачи соответствующего частоте импульсов выходного сигнала интегрированному во второй детектор вышестоящему блоку, у которого источник излучения имеет мощность, при которой для каждого детектора всегда следует ожидать минимальной частоты импульсов больше нуля, в каждом детекторе предусмотрен размыкатель, при некорректной работе детектора препятствующий передаче выходного сигнала вышестоящему блоку, формирующему на основе выходных сигналов измерительный сигнал и/или определяющему состояние измерительного прибора.

Одно преимущество изобретения состоит в том, что детекторы соединены лишь единственной линией - сборной или соединительной линией, по которой как информация о состоянии, так и измерительная информация передается за счет формирования выходного сигнала, включающего в себя оба вида информации. Это происходит за счет наложения на частоту импульсов зависимого от состояния сдвига или за счет наложения на частоту импульсов в зависимости от состояния детекторно-специфического сдвига, или этого не происходит.

Изобретение и другие его преимущества более подробно поясняются с помощью чертежей, на которых изображены семь примеров его осуществления; одинаковые детали обозначены одинаковыми ссылочными позициями. На чертежах представлены:

- фиг.1: смонтированный на резервуаре радиометрический измерительный прибор с двумя детекторами, схематично;

- фиг.2: схематично устройство детектора;

- фиг.3: наложение частоты импульсов и сдвига, схематично;

- фиг.4: сигнал, соответствующий наложению на фиг.3;

- фиг.5: схематично устройство измерительного прибора с двумя детекторами, у которого на частоту импульсов каждого детектора наложен зависимый от состояния данного детектора сдвиг;

- фиг.6: схематично устройство измерительного прибора с двумя детекторами, у которого на частоту импульсов каждого детектора наложен детекторно-специфический сдвиг;

- фиг.7: схематично устройство детектора, у которого в зависимости от состояния детектора используют генератор сдвига для формирования детекторно-специфического сдвига или размыкатель;

- фиг.8: схематично устройство измерительного прибора с двумя детекторами, у которого, по меньшей мере, один детектор содержит генератор сдвига, который накладывает на частоту импульсов детектора зависимый от его состояния сдвиг;

- фиг.9: схематично устройство измерительного прибора с двумя детекторами, каждый из которых содержит размыкатель, препятствующий передаче частоты импульсов при некорректной работе данного детектора;

- фиг.10: устройство детектора с генератором сдвига, подающим сцинтиллятору эталонные световые вспышки.

На фиг.1 схематично изображено измерительное устройство с радиометрическим измерительным прибором. Измерительное устройство содержит заполняемый содержимым 1 резервуар 3. Радиометрический измерительный прибор смонтирован на резервуаре 3 и служит для регистрации физического параметра, например уровня содержимого 1 в резервуаре 3 или плотности содержимого 1.

Для этого радиометрический измерительный прибор содержит источник 5 радиоактивного излучения, испускающий при эксплуатации радиоактивное излучение через резервуар 3. Источник 5 излучения состоит, например, из радиационно-защищенного контейнера, в который помещено радиоактивное вещество, например Со 60 или Cs 137. Радиационно-защищенный контейнер имеет отверстие, через которое излучение выходит под углом α и пронизывает резервуар 3.

Измерительный прибор содержит, по меньшей мере, один детектор D, который служит для регистрации пронизывающего резервуар 3 излучения и формирования соответствующей зарегистрированному излучению частоты N электрических импульсов. В зависимости от применения друг за другом могут быть включены при этом несколько детекторов D_i для покрытия достаточно большого участка, на котором может быть зарегистрировано излучение. В изображенном на фиг.1 примере предусмотрены два детектора D₁ и D₂.

На фиг.2 изображено упрощенное устройство детектора D_i.

При этом речь идет о сцинтилляционном детекторе со сцинтиллятором 7, здесь сцинтилляционным стержнем, и подключенным к нему фотоэлектронным умножителем 9. Сцинтиллятор 7 и фотоэлектронный умножитель 9 находятся в изображенной на фиг.1 защитной трубке 11, например из высококачественной стали, смонтированной на противоположной источнику 5 излучения внешней стенке резервуара 3. Сцинтилляционный стержень представляет собой, в принципе, оптически очень чистый плексигласовый стержень. Попадающее на сцинтиллятор 7 радиометрическое излучение создает в сцинтилляционном материале световые вспышки. Их регистрируют фотоэлектронным умножителем 9 и преобразуют в электрические импульсы n.

Каждый детектор D_i содержит электронный блок 13, который регистрирует формируемые фотоэлектронным умножителем 9 электрические импульсы n и формирует соответствующую зарегистрированному излучению частоту N импульсов.

Электронный блок 13 содержит преимущественно счетчик 15 и подключенный к нему микроконтроллер 17. Счетчик 15 подсчитывает поступающие электрические импульсы n, а микроконтроллер 17 определяет на основе подсчитанных импульсов n частоту N импульсов.

Согласно первому варианту осуществления, каждый детектор D_i содержит дополнительно генератор 19 сдвига, который формирует соответствующий состоянию данного детектора D_i сдвиг О_i. Как показано на фиг.2, генераторы 19 сдвига преимущественно интегрированы в микроконтроллер 17. В качестве генератора 19 сдвига подходит, например, генератор импульсов, который формирует электрические импульсы k с соответствующей сдвигу О_i частотой. Сдвиг O_i накладывают на частоту N_i импульсов данного детектора D_i. На фиг.3 схематично изображено такое наложение. При этом формируемые генератором 19 сдвига импульсы k суммируют с зарегистрированными фотоэлектронным умножителем 9 электрическими импульсами n. Соответствующий наложению выходной сигнал показан на фиг.4. Здесь импульсы k генератора 19 сдвига показаны в виде прямоугольных импульсов. Импульсы n фотоэлектронного умножителя 9 показаны также в виде прямоугольных импульсов. Для различения импульсы n фотоэлектронного умножителя 9 обозначены штрихами.

Выходной сигнал, формируемый в микроконтроллере 17, имеется в распоряжении через выходной каскад 20 микроконтроллера 17.

Предусмотрена сборная линия 21, к которой каждый детектор D_i подает свой выходной сигнал, соответствующий наложению данной частоты N_i импульсов и данного сдвига О_i.

Сборная линия 21 ведет от детектора D_i к следующему, соседнему с ним детектору D_i+1. На фиг.5 изображен пример с серией из трех последовательно включенных детекторов D₁, D₂, D₃. Сборная линия 21 начинается у первого детектора D₁ серии. Она ведет от детектора D_i к соседнему с ним детектору D_i+1 серии и заканчивается у последнего детектора серии. На фиг.5 - это детектор D₃. От последнего детектора D₃ она ведет к вышестоящему блоку 23.

В сборной линии 21 выходные сигналы отдельных детекторов D_i накладываются в один суммарный сигнал S, соответствующий сумме отдельных выходных сигналов.

Вышестоящий блок 23 формирует на основе суммарного сигнала S измерительный сигнал М и/или определяет состояние измерительного прибора. Для этого могут применяться различные методы.

Первый метод более подробно поясняется ниже с помощью изображенного на фиг.5 примера. Здесь каждому детектору D_i придают заданное значение O_si сдвига O_i. Заданные значения O_si следует выбирать так, чтобы они были больше суммы ожидаемых для данных детекторов D_i максимальных частот N_i ^max импульсов:

O_si>∑_iN_i ^max

Если ожидаемая максимальная частота N_i ^max импульсов каждого детектора D_i меньше, например, 20 импульсов n в единицу времени, то заданные значения O_si в изображенном на фиг.5 примере следует выбирать больше 60 импульсов k в единицу времени.

В простейшем случае действуют так, чтобы генераторы 19 сдвига детекторов D_i формировали сдвиг О_i, соответствующий заданному значению O_si при корректной работе данного детектора D_i, и не формировали никакого сдвига или формировали сдвиг 0 импульсов k в единицу времени при некорректной работе детектора D_i.

Вышестоящий блок 23 содержит счетчик 25 и подключенный к нему блок 27 обработки. Счетчик 25 подсчитывает поступающие импульсы n_i, k_i. С помощью суммарного сигнала определяют общую скорость G подсчета. Общая скорость G подсчета равна сумме отдельных частот N_i импульсов отдельных детекторов D_i и отдельных сдвигов O_i.

Следовательно, справедливо:

G=∑_i(N_i+O_i)

На следующем этапе блок 27 обработки вышестоящего блока 23 образует разность D между этой общей скоростью G подсчета и скоростью подсчета, соответствующей сумме заданных значений O_si сдвигов О_i. Для этого к блоку 27 обработки подключена память 28, в которой хранятся заданные значения O_si сдвигов O_i.

Справедливо:

D=G-∑_iO_si

Если все детекторы работают корректно, то эта разность положительная и равна сумме частот N_i импульсов отдельных детекторов D_i.

Если же, по меньшей мере, один детектор D_i работает некорректно, то разность D отрицательная. Отрицательная разность D означает, что имеет место ошибка. По меньшей мере, один из детекторов D_i работает некорректно.

Блок 27 обработки определяет, является ли разность D положительной или отрицательной. Он обнаруживает, что имеет место ошибка, если разность D отрицательная.

При наличии отрицательной разности D, т.е. ошибки, можно с помощью величины çDç разности можно дополнительно определить, какой из детекторов D_i работает некорректно. Это облегчает следующие за обнаружением ошибки поиск и устранение ошибки.

Для этого, например, у описанного с помощью фиг.5 примера все заданные значения O_si сдвигов O_i выбирают так, чтобы они отличались друг от друга, а разность между каждыми двумя заданными значениями O_si была больше суммы ожидаемой для данных детекторов D_i максимальной частоты N_i ^max импульсов, т.е. справедливо:

O_si≠O_sj, если i≠j;

|O_si-O_sj|>∑_iN_i ^max

O_si>∑_iN_i ^max

Если, как приведено выше в качестве примера, N_i ^max<20, то можно выбрать, например, заданное значение O_s1=100, заданное значение O_s2=200, а заданное значение O_s3=300.

Если отдельный детектор D_i работает некорректно, то для величины |D| разности D справедливо:

|D|=|∑_iN_i-O_si| и, тем самым,

O_si-∑_iN_i ^max<|D|<O_si

Если некорректно работает детектор D₁, то величина |D| разности D составляет, следовательно, 40-100. Если некорректно работает детектор D₂, то величина |D| разности D составляет 140-200. Если некорректно работает детектор D₃, то величина |D| разности D составляет 240-300.

С помощью величины |D| разности D можно, следовательно, однозначно определить, какой детектор D_i работает некорректно. Присваивание величины |D| разности D затронутому детектору D_i предполагает, однако, что некорректно работает только единственный детектор D_i.

Если у двух некорректно работающих детекторов D_i, D_j также желательно определить, какие это детекторы D_i, D_j, то дополнительно для заданных значений O_si, O_sj сдвигов Oi, Oj каждой, возможно, затронутой детекторной пары D_i, D_j должно быть справедливо:

O_si+O_sj∉|O_sk-∑_iN_i ^max; O_sk+∑_iN_i ^max|

В приведенном примере можно подставить, например, для первого детектора D₁ заданное значение O_s1, равное 100, для второго детектора D₂ - заданное значение O_s2, равное 500, и для третьего детектора D₃ - заданное значение O_s3, равное 1000.

Если некорректно работает только детектор D_i, то для величины |D| разности D справедливо:

|D|=|∑_iN_i-O_si| и, тем самым,

O_si-∑_iN_i ^max<|D|<O_si

Если некорректно работает детектор D₁, то величина |D| разности D составляет, следовательно, 40-100. Если некорректно работает детектор D₂, то величина |D| разности D составляет 440-500. Если некорректно работает детектор D₃, то величина |D| разности D составляет 940-1000.

Если некорректно работают детекторы D_i, D_j, то для величины |D| разности D справедливо:

|D|=|∑_iN_i-O_sj-O_si| и, тем самым,

O_si+O_sj-∑_iN_i ^max<|D|<O_sj+O_si

Если некорректно работают детекторы D₁, D₂, то величина |D| разности D составляет, следовательно, 540-600. Если некорректно работают детекторы D₁, D₃, то величина |D| разности D составляет 1040-1100. Если некорректно работают детекторы D₂, D₃, то величина |D| разности D составляет 1440-1500.

Если корректно не работает ни один из детекторов D₁, D₂, то величина |D| разности D составляет 1540-1600. В приведенном примере можно, следовательно, с помощью величины |D| разности D обнаружить также названный последним случай.

При использовании более трех детекторов способ следует соответственно расширить.

Вышестоящий блок 23 обнаруживает с помощью разности D наличие ошибки и определяет на основе этого состояние измерительного прибора. В простейшем случае состояние содержит информацию о том, что все детекторы D_i работают корректно или, по меньшей мере, один из них работает некорректно. Дополнительно при наличии ошибки состояние может содержать информацию о том, какой детектор или какие детекторы D_i работают некорректно.

При наличии ошибки вышестоящий блок 23 формирует отражающий состояние выходной сигнал, подаваемый, например, к электронному блоку 29 измерительного прибора или к посту управления процессом. Он может дополнительно подавать сообщение об ошибке и/или сигнал тревоги.

При отсутствии ошибки разность D положительная. Вышестоящий блок 23 обнаруживает это и формирует на основе суммарного сигнала измерительный сигнал М. В простейшем случае измерительный сигнал М соответствует разности D. Если все детекторы работают корректно, то эта разность положительная и равна сумме отдельных частот N_i импульсов отдельных детекторов D_i:

D=G-∑_iO_si=∑_iN_i

С помощью этого измерительного сигнала определяют измеряемый физический параметр, например уровень или плотность содержимого 1. Это может происходить обычным образом либо посредством интегрированного в вышестоящий блок 23 электронного блока 29 измерительного прибора, либо в удаленном блоке 31 обработки.

Если все детекторы D_i работают корректно, то вышестоящий блок 23 также может подавать отражающий состояние выходной сигнал. За счет этого может быть отображена также корректная работа детекторов D_i, например электронного блока 29 измерительного прибора, блока 31 обработки или другого устройства, например поста управления процессом.

Вышестоящий блок 23 может быть пространственно расположен в соответственно последнем детекторе серии; он может быть расположен также отдельно. То же относится к электронному блоку 29 измерительного прибора.

Одно преимущество изобретения состоит в том, что за счет наложения частот N_i импульсов и сдвигов О_i и их сведения в сборной линии 21 требуется только одна соединительная линия, а именно сборная линия 21 для передачи как собственно измерительной информации, так и информации о состоянии. Это значительно сокращает необходимые затраты на разводку. В частности, в важных в отношении безопасности областях, где обычно используются радиометрические измерительные приборы, например в областях с повышенной взрывоопасностью, к соединительным линиям предъявляются высокие требования безопасности, с которыми, как правило, связаны повышенные расходы на приобретение и монтаж. Эти расходы заметно сокращаются благодаря радиометрическим измерительным приборам согласно изобретению. Сборная линия 21 может быть очень простым соединением, например световодом или медным проводом. Точно так же можно заменить сборную линию 21 радиосвязью.

Передача может быть осуществлена очень простым образом. В частности, не требуется никакого протокола передачи. Передача выходных сигналов отдельных детекторов D_i может происходить, напротив, при соответствующем калибровании через любой тип импульсного выхода к соответствующему импульсному входу вышестоящего блока 23.

На фиг.6 изображен другой пример выполнения радиометрического измерительного прибора согласно изобретению. Вследствие совпадения с описанным выше примером выполнения ниже более подробно поясняются только имеющиеся отличия.

Также здесь предусмотрены детекторы D_i, которые служат для регистрации проникающего через резервуар 3 излучения и формирования частоты N_i соответствующих зарегистрированному излучению электрических импульсов.

Каждый детектор D_i содержит генератор 19 сдвига, который накладывает на частоту N_i импульсов данного детектора D_i детекторно-специфический сдвиг О_di. В отличие от предыдущего примера выполнения сдвиги O_di являются детекторно-специфическими и независимыми от состояния данного детектора D_i.

Каждый детектор D_i содержит размыкатель 33, который служит для воспрепятствования передаче частоты N_i импульсов и сдвига O_di при некорректной работе детектора D_i. Размыкатель 33 является, например, простым выключателем, который прерывает соединение данного детектора D_i со сборной линией 21. Размыкатель 33 может быть также интегрирован в выходной каскад 20 микроконтроллера 17.

При эксплуатации, следовательно, только каждый корректно работающий детектор D_i подает к сборной линии 21 выходной сигнал, соответствующий наложению данной частоты N_i импульсов и данного сдвига O_di. Некорректно работающие детекторы D_i не подают, напротив, никакого выходного сигнала.

Сборная линия 21, как и в описанном выше примере, подает соответствующий наложению выходных сигналов суммарный сигнал к вышестоящему блоку 23. Тот, как это уже описано в связи с предыдущим примером выполнения, формирует с помощью суммарного сигнала измерительный сигнал и/или определяет состояние измерительного прибора.

При соответствующем выборе детекторно-специфического сдвига O_di здесь, как и в описанном выше примере, можно обнаружить, какой детектор или какие детекторы D_i работают некорректно. Дополнительно можно определить остаточную скорость R подсчета, равную сумме скоростей N_i подсчета корректно работающих детекторов D_i.

Она равна разности между общей скоростью G подсчета и суммой сдвигов O_di корректно работающих детекторов D_i. Если, например, некорректно работает детектор D_x, то справедливо:

R=G-∑_i,i≠_xO_di

Из этого можно, при необходимости, вывести полезную дополнительную информацию. В качестве примера здесь следует назвать только одно измерение уровня двумя детекторами, как это показано на фиг.1. При выходе из строя одного детектора D₁ или D₂ можно с помощью скорости N_i подсчета оставшегося детектора определить, находится ли содержимое 1 на покрываемом оставшимся детектором участке резервуара 3. Эта остаточная информация об уровне может быть привлечена, например, для направленного на безопасность управления наполнением резервуара 3. Так, например, можно избежать переполнения или опорожнения резервуара 3.

В качестве альтернативы изображенному на фиг.6 примеру выполнения детекторы D_i могут быть устроены с возможностью предотвращения только наложения детекторно-специфических сдвигов O_di при некорректной работе данного детектора D_i. Это показано на фиг.7. Если детектор D_i работает некорректно, то размыкатель 35 предотвращает суммирование сдвигов O_di. Это показано на фиг.7 связью ИЛИ генератора 19 сдвига и размыкателя 35. Эта комбинация генератора 19 сдвига и размыкателя 35 образует в результате генератор сдвига, создающий зависимый от состояния сдвиг. С суммарным сигналом поступают в этом случае точно так же, как в поясненном с помощью фиг.5 примере выполнения.

На фиг.8 изображен пример выполнения, у которого измерительный прибор содержит два детектора, а именно первый детектор D₁ и второй детектор D₂. Измерительный прибор установлен на заполняемом содержимым 1 резервуаре 3. Источник 5 радиоактивного излучения испускает при работе радиоактивное излучение через резервуар 3. Первый детектор D₁ и второй детектор D₂ служат для регистрации проникающего через резервуар 3 излучения и формирования частоты N₁, N₂ соответствующих зарегистрированному излучению электрических импульсов.

Первый детектор D₁ содержит генератор 19 сдвига, который накладывает на частоту N₁ импульсов первого детектора D₁ отражающий состояние первого детектора D₁ сдвиг O₁. Это происходит, например, точно так же, как и в описанном с помощью фиг.5 примере выполнения.

Также здесь предусмотрен вышестоящий блок 23. Он интегрирован во второй детектор D₂. Первый детектор D₁ соединен соединительной линией 37 с вышестоящим блоком 23, через который первый детектор D₁ подает выходной сигнал, соответствующий наложению частоты N₁ импульсов и сдвига O₁. Соединительная линия 37 присоединена для этого к первому входу 39 вышестоящего блока 23.

Дополнительно к вышестоящему блоку 23 подают частоту N₂ импульсов и состояние второго детектора D₂.

Для этого второй детектор D₂, как и первый детектор D₁, может быть оснащен генератором 19 сдвига, который накладывает на частоту N₂ импульсов отражающий состояние второго детектора D₂ сдвиг O₂. Соответствующий наложению выходной сигнал имеется тогда на втором входе 41 вышестоящего блока 23.

В качестве альтернативы вышестоящий блок 23 может получать информацию о состоянии непосредственно через третий вход 43. Второму детектору D₂ не требуется тогда у этого варианта осуществления изобретения содержать генератор 19 сдвига. На фиг.8 изображены как генератор 19 сдвига второго детектора D₂, так и предусматриваемый в качестве альтернативы третий вход 43.

Вышестоящий блок 23 формирует на основе поступающих сигналов измерительный сигнал и/или определяет состояние измерительного прибора.

Это происходит аналогично описанным выше примерам за счет присваивания сдвигу O₁ и, при необходимости, сдвигу O₂ заданного значения O_s1, O_s2, которое принимает соответствующий сдвиг O₁, O₂ при корректной работе соответствующего детектора D₁, D₂. При некорректной работе детектора D₁, D₂ наложения сдвига не происходит.

Поскольку вышестоящий блок 23 интегрирован во второй детектор D₂, информация детекторов D₁, D₂ может обрабатываться через входы 39, 41 и, при необходимости, вход 43 отдельно без необходимости использования дополнительно к соединительной линии 37 других, проходящих вне детекторов линий.

Это дает то преимущество, что заданные значения O_s1 и, при необходимости, O_s2 должны быть лишь больше максимально ожидаемой для соответствующего детектора D₁, D₂ частоты N_i ^max импульсов, однако меньше суммы максимально ожидаемой частоты N₁ ^max+N₂ ^max импульсов. Это повышает точность измерений.

С помощью выходного сигнала первого детектора D₁ вышестоящий блок 23 определяет скорость Z₁ подсчета, равную сумме частоты N₁ импульсов и сдвига О₁. Затем образуют разность между этой скоростью Z₁ подсчета и заданным значением O_s1 сдвига O₁ первого детектора D₁. Если разность положительная, то детектор D₁ работает корректно, а величина разности равна частоте N₁ импульсов первого детектора D₁. Если разность отрицательная, то вышестоящий блок 23 обнаруживает некорректную работу детектора D₁.

У варианта осуществления изобретения, где второй детектор D₂ также оснащен генератором 19 сдвига, в отношении второго детектора D₂ поступают аналогичным образом, т.е. вышестоящий блок 23 с помощью выходного сигнала второго детектора D₂ определяет скорость Z₂ подсчета, равную сумме частоты N₂ импульсов и сдвига O₂. Затем образуют разность между этой скоростью Z₂ подсчета и заданным значением O_s2 сдвига O₂ второго детектора D₂. Если разность положительная, то детектор D₂ работает корректно, а величина разности равна частоте N₂ импульсов второго детектора D₂. Если разность отрицательная, то вышестоящий блок 23 обнаруживает некорректную работу детектора D₂.

У альтернативного варианта осуществления изобретения, где информация о состоянии передается отдельно, вышестоящий блок 23 с помощью имеющегося на третьем входе 43 сигнала непосредственно определяет, работает ли второй детектор D₂ корректно. Далее с помощью поступающего на второй вход 41 выходного сигнала второго детектора D₂ он определяет скорость Z₂ подсчета, равную частоте N₂ импульсов второго детектора D₂.

У обоих вариантов состояние первого D₁ и второго D₂ детекторов определяют, следовательно, в вышестоящем блоке 23.

При корректной работе обоих детекторов D₁, D₂ в вышестоящем блоке 23 определяются частоты N₁, N₂ импульсов. Из этого путем простого сложения частот N₁, N₂ импульсов формируют измерительный сигнал, соответствующий зарегистрированному обоими детекторами D₁, D₂ излучению. Дополнительно за счет отдельных частот N₁, N₂ импульсов в распоряжении имеется измерительная информация каждого отдельного детектора D₁, D₂. При корректной работе только одного из детекторов D₁, D₂ эта дополнительная информация, как уже сказано, может быть использована отдельно.

На фиг.9 изображен другой пример выполнения измерительного прибора согласно изобретению. Устройство в значительной степени соответствует изображенному на фиг.8 примеру выполнения. Поэтому ниже более подробно поясняются только имеющиеся отличия.

У примера выполнения на фиг.9 источник 5 излучения имеет мощность, при которой для каждого детектора D₁, D₂ всегда следует ожидать минимальной частоты N_i ^min импульсов больше нуля.

Первый детектор D₁ подключен через соединительную линию 37 к первому входу 39, а второй детектор D₂ - непосредственно ко второму входу 41 интегрированного во второй детектор D₂ вышестоящего блока 23. В отличие от примера выполнения на фиг.8 не предусмотрены генераторы 19 сдвига и третий вход 43.

Вместо этого в каждом детекторе D₁, D₂ предусмотрен размыкатель 45, который препятствует передаче соответствующего частоте N₁ или N₂ импульсов данного детектора D₁, D₂ выходного сигнала вышестоящему блоку при некорректной работе детектора D₁, D₂.

Подаваемые к вышестоящему блоку 23 сигналы детекторов D₁, D₂ соответствуют, тем самым, частоте N₁, N₂ импульсов детекторов D₁, D₂ при корректной работе соответствующих детекторов D₁, D₂.

Вышестоящий блок 23 содержит преимущественно первый счетчик, подсчитывающий поступающие на первый вход 39 импульсы n₁, и второй счетчик, подсчитывающий поступающие на второй вход 41 импульсы n₂, и определяет скорости Z₁, Z₂ подсчета поступающих импульсов n₁, n₂. Если скорость Z₁, Z₂ подсчета составляет нуль импульсов в единицу времени, то вышестоящий блок 23 обнаруживает, что соответствующий детектор D₁, D₂ работает некорректно. На основе этого определяют состояние измерительного прибора и предоставляют в распоряжение соответствующую информацию о состоянии. Информация о состоянии содержит указание на то, что оба детектора D₁, D₂ работают корректно, если обе скорости Z₁, Z₂ подсчета отличаются от нуля. В случае, если одна или обе скорости Z₁, Z₂ подсчета равны нулю, то она содержит указание на то, что измерительный прибор работает некорректно. Дополнительно информация о состоянии может содержать указание на то, какой детектор или какие детекторы D₁, D₂ работают некорректно.

Информацию о состоянии предоставляется через выход 47 вышестоящего блока 23, являющийся преимущественно одновременно единственным выходом второго детектора D₂ и, тем самым, измерительного прибора. С помощью информации о состоянии можно, например, подать сигнал тревоги.

Если обе скорости Z₁, Z₂ подсчета отличаются от нуля, то оба детектора D₁, D₂ работают корректно и вышестоящий блок 23 формирует измерительный сигнал. Это основано на сумме скоростей Z₁+Z₂ подсчета, которая в этом случае равна сумме частот N₁+N₂ импульсов детекторов D₁, D₂. Измерительный сигнал может быть при этом сигналом, отражающим сумму частот N₁+N₂ импульсов. Измерительный сигнал подают тогда, например, к электронному блоку 29 измерительного прибора или отдельному блоку 31 оценки, который с помощью измерительного сигнала определяет измеряемый измерительным прибором параметр, например уровень или плотность. Электронный блок 29 измерительного прибора расположен, например, также во втором детекторе D₂.

В качестве альтернативы оценка и/или обработка частот N₁+N₂ импульсов может осуществляться также в вышестоящем блоке 23.

Состояние и/или измерительный сигнал имеются в распоряжении через выход 47.

У всех измерительных приборов согласно изобретению для передачи состояния и собственно измерительной информации достаточно единственной сборной линии или единственной соединительной линии.

Каждый детектор D_i может, естественно, передавать вышестоящему блоку 23 состояние только тогда, когда оно предварительно определено. В измерительной технике известен ряд способов контроля и/или проверки корректной работы детекторов.

Примером этого является контроль и/или проверка энергоснабжения детекторов или их отдельных компонентов.

Далее у описанных детекторов D_i можно контролировать оптическую связь между сцинтиллятором 7 и фотоэлектронным умножителем 11.

Для этого, например, по световоду 49 через сцинтиллятор 7 непрерывно посылают эталонные световые вспышки. Независимо от того, подвержен ли сцинтиллятор 7 гамма-излучению или нет, на основе эталонных световых вспышек на выходе фотоэлектронного умножителя 11 должны быть эталонные импульсы. Если этого не происходит, то соответствующий детектор D_i работает некорректно.

У измерительных приборов согласно изобретению, у которых детекторы D_i содержат генераторы 19 сдвига, которые накладывают на частоту N_i импульсов зависимый от состояния соответствующего детектора D_i сдвиг О_i, определение состояния происходит преимущественно изображенным на фиг.10 образом за счет подключения генераторов 19 сдвига детекторов D_i через световоды 49 к сцинтиллятору 7. Генераторы 19 сдвига периодически формируют при работе эталонные световые вспышки и посылают их через сцинтиллятор 7.

Преимущественно частота f, с которой посылаются эталонные световые вспышки, равна описанному выше заданному значению O_si сдвига О_i соответствующего детектора D_i. При корректной работе детектора D_i на выходе возникает сигнал, соответствующий сумме частоты N_i импульсов и заданного значения O_si. При неполадке детектируется заметно меньше импульсов. Если частота детектированных импульсов ниже заданного значения O_si, то это вызывает отрицательную разность D.

Одно преимущество изобретения состоит в том, что у всех радиометрических измерительных приборов требуется только одно соединение, а именно сборная линия 21 или соединительная линия 37, для передачи как собственно измерительной информации, так и информации о состоянии. Это значительно сокращает необходимые затраты на разводку. В частности, в важных в отношении безопасности областях, где обычно используются радиометрические измерительные приборы, например в областях с повышенной взрывоопасностью, к соединительным линиям предъявляются высокие требования безопасности, с которыми, как правило, связаны повышенные расходы на приобретение и монтаж. Эти расходы заметно сокращаются благодаря радиометрическим измерительным приборам согласно изобретению. Это может быть очень простым соединением, например световодом или медным проводом. Точно так же можно заменить сборную линию 21 радиосвязью.

Передача может быть осуществлена очень простым образом. В частности, не требуется никакого протокола передачи. Передача выходных сигналов отдельных детекторов D_i может происходить, напротив, при соответствующем калибровании через любой тип импульсного выхода к соответствующему импульсному входу вышестоящего блока 23.

Изобретение относится к радиометрическим приборам и может быть использовано для измерения физических параметров, например уровня или плотности жидкости. Сущность: радиометрический измерительный прибор (варианты) для монтажа на заполняемом содержимым (1) резервуаре (3) содержит источник (5) радиоактивного излучения, выполненный с возможностью испускания при эксплуатации радиоактивного излучения через резервуар (3), по меньшей мере, два детектора (D_i), которые служат для регистрации проникающего через резервуар (3) излучения и формирования соответствующей зарегистрированному излучению частоты (N_i) электрических импульсов. Детекторы (D_i) соединены посредством единственной, проходящей вне детекторов (D_i) линии между собой и с вышестоящим блоком (23), через который передают частоты (N_i) импульсов и в виде сдвигов (O_i) состояние детекторов (D_i). Способ измерения физического параметра с помощью радиометрического измерительного прибора. Технический результат: повышение экономичности эксплуатации. 5 н. и 5 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Радиометрический измерительный прибор для монтажа на заполняемом содержимым (1) резервуаре (3), содержащий источник (5) радиоактивного излучения, выполненный с возможностью испускания при эксплуатации радиоактивного излучения через резервуар (3), по меньшей мере, два детектора (D_i), которые служат для регистрации проникающего через резервуар (3) излучения и формирования соответствующей зарегистрированному излучению частоты (N_i) электрических импульсов, генераторы (19) сдвига, выполненные с возможностью наложения на частоту (N_i) импульсов каждого детектора (D_i) отражающий состояние данного детектора (D_i) сдвиг (O_i), и сборную линию (21), к которой каждый детектор подает выходной сигнал, соответствующий наложению данной частоты (N_i) импульсов и данного сдвига (O_i), и которая подает соответствующий наложению выходных сигналов суммарный сигнал к вышестоящему блоку (23), формирующему на основе суммарного сигнала измерительный сигнал и/или определяющему состояние измерительного прибора.2. Радиометрический измерительный прибор для монтажа на заполняемом содержимым (1) резервуаре (3), содержащий источник (5) радиоактивного излучения, выполненный с возможностью испускания при эксплуатации радиоактивного излучения через резервуар (3), по меньшей мере, два детектора (D_i), которые служат для регистрации проникающего через резервуар (3) излучения и формирования соответствующей зарегистрированному излучению частоты (N_i) электрических импульсов, генераторы (19) сдвига, выполненные с возможностью наложения на частоту (N_i) импульсов каждого детектора (D_i) детекторно-специфического сдвига (O_di), размыкатели (33), которые служат для воспрепятствования передаче частот (N_i) импульсов и сдвигов (O_di) при некорректной работе детектора (D_i), сборную линию (21), к которой каждый корректно работающий детектор (D_i) подает выходной сигнал, соответствующий наложению данной частоты (N_i) импульсов и данного сдвига (O_di), и которая подает соответствующий наложению выходных сигналов суммарный сигнал к вышестоящему блоку (23), формирующему на основе суммарного сигнала измерительный сигнал и/или определяющему состояние измерительного прибора.3. Прибор по п.1 или 2, характеризующийся тем, что предусмотрена серия детекторов (D_i), а сборная линия (21) начинается у первого детектора серии, ведет оттуда от одного детектора (D_i) к соответственно соседнему с ним детектору (D_i+1), а от последнего детектора - к вышестоящему блоку (23).4. Прибор по п.1 или 2, характеризующийся тем, что каждый детектор (D_i) включает в себя сцинтиллятор (7) и подключенный к нему фотоэлектронный умножитель (9).5. Прибор по п.4, характеризующийся тем, что генераторы (19) сдвига выполнены с возможностью периодической передачи по световоду (49) эталонных световых вспышек через сцинтиллятор (7).6. Прибор по п.5, характеризующийся тем, что вышестоящий блок (23) интегрирован в последний детектор серии.7. Способ измерения физического параметра с помощью радиометрического измерительного прибора по одному из предыдущих пунктов, при котором каждому детектору присваивают заданное значение (O_si, O_di) сдвига, которое формируют посредством генераторов (19) сдвига детекторов (D_i) при корректной работе детектора (D_i) и которое больше суммы максимально ожидаемых для детекторов (D_i) частот (N_i ^max) импульсов, с помощью вышестоящего блока (23), формирующего на основе суммарного сигнала детекторов измерительный сигнал и/или определяющего состояние измерительного прибора, на основе суммарного сигнала определяют общую скорость (G) подсчета, образуют разность (D) между этой общей скоростью (G) подсчета и скоростью подсчета, соответствующей сумме заданных значений (O_si, O_di) сдвигов, обнаруживают наличие ошибки при отрицательной разности (D) и формируют измерительный сигнал при положительной разности (D).8. Способ по п.7, характеризующийся тем, что при наличии отрицательной разности (D) с помощью математического метода (например, разности) определяют, какой из детекторов (D_i) работает некорректно.9. Радиометрический измерительный прибор для монтажа на заполняемом содержимым (1) резервуаре (3), содержащий источник (5) радиоактивного излучения, выполненный с возможностью испускания при эксплуатации радиоактивного излучения через резервуар (3), первый (D₁) и второй (D₂) детекторы, которые служат для регистрации проникающего через резервуар (3) излучения и формирования соответствующей зарегистрированному излучению частоты (N₁, N₂) электрических импульсов, генератор (19) сдвига, выполненный с возможностью наложения на частоту (N₁) импульсов первого детектора (D₁) отражающий состояние первого детектора (D₁) сдвиг (O₁), и интегрированный во второй детектор (D₂) вышестоящий блок (23), формирующий на основе суммарного сигнала детекторов измерительный сигнал и/или определяющий состояние измерительного прибора, с которым первый детектор (D₁) соединен через соединительную линию (37), через который первый детектор подает (D₁) выходной сигнал, соответствующий наложению частоты (N₁) импульсов и сдвига (O₁), к которому подают частоту (N₂) импульсов и состояние второго детектора (D₂) и который на основе поступающих сигналов формирует измерительный сигнал и/или определяет состояние измерительного прибора.10. Радиометрический измерительный прибор для монтажа на заполняемом содержимым (1) резервуаре (3), содержащий источник (5) радиоактивного излучения, выполненный с возможностью испускания при эксплуатации радиоактивного излучения через резервуар (3), первый (D₁) и второй (D₂) детекторы, которые служат для регистрации проникающего через резервуар (3) излучения, формирования соответствующей зарегистрированному излучению частоты (N₁, N₂) электрических импульсов и передачи соответствующего частоте (N₁, N₂) импульсов выходного сигнала вышестоящему блоку (23), формирующему на основе суммарного сигнала детекторов измерительный сигнал и/или определяющему состояние измерительного прибора, у которого источник (5) излучения имеет мощность, при которой для каждого детектора (D₁, D₂) всегда следует ожидать минимальной частоты (N_i ^min) импульсов больше нуля, в каждом детекторе (D₁, D₂) предусмотрен размыкатель (45), выполненный с возможностью воспрепятствования передаче выходного сигнала при некорректной работе детектора (D_i) вышестоящему блоку (23), формирующему на основе выходных сигналов детекторов измерительный сигнал и/или определяющему состояние измерительного прибора.