專利名稱：用于伽瑪反向散射的最佳檢測(cè)器位置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
這里公開的實(shí)施例總體涉及一種用于使用伽瑪放射線測(cè)量容器中的流體的密度的方法。具體地，這里公開的實(shí)施例涉及一種用于通過檢測(cè)由流體反向散射的伽瑪射線的強(qiáng)度來優(yōu)化容器中的流體的密度的測(cè)量的方法。
背景技術(shù)：
伽瑪射線已經(jīng)用于通過使用被定位成與伽瑪射線檢測(cè)器相對(duì)或定位在所述伽瑪射線檢測(cè)器附近的伽瑪射線源測(cè)量容器中的流體的密度和液位。在測(cè)量的材料是危險(xiǎn)的、 非差熱的情況下，或者在不能以其它方式進(jìn)行直接接觸測(cè)量的情況下，伽瑪射線密度和液位測(cè)量特別有用。另外，所述源和檢測(cè)器安裝在容器外部而不需要對(duì)容器進(jìn)行修改。由一個(gè)源發(fā)射的伽瑪射線可以被容器和容器中的材料吸收或衰減。到達(dá)檢測(cè)器的伽瑪輻射的強(qiáng)度可以用于基于所述源的強(qiáng)度指示容器中的流體的密度或液位。當(dāng)測(cè)量流體液位時(shí)，例如，伽瑪射線發(fā)射器和/或檢測(cè)器可以定位在容器上或定位在容器附近，其中信號(hào)(或標(biāo)稱低信號(hào))的有無可以指示伽瑪射線源和檢測(cè)器附近的流體的有無。對(duì)于流體密度，伽瑪射線源和檢測(cè)器附近的流體可以吸收或衰減由所述源發(fā)射的伽瑪射線。例如，高輻射數(shù)目可以指示低流體密度，而低數(shù)目可以指示高流體密度。穿透式伽瑪射線密度計(jì)可以包括安裝在含有流體的容器上的殼體。伽瑪輻射源位于容器的一側(cè)，而伽瑪輻射檢測(cè)器位于容器的相對(duì)側(cè)。由伽瑪輻射源提供的輻射在伽瑪射線發(fā)射的長(zhǎng)時(shí)間段為恒定強(qiáng)度(在有限的時(shí)間段為任意強(qiáng)度)。伽瑪射線透射通過容器壁、 容器內(nèi)的流體，再次通過容器壁并到達(dá)檢測(cè)器。檢測(cè)器可以例如為鈉或碘化銫(活化的鉈) 的晶體或能夠在輻射下閃爍的其它材料，并且可以包括用于將晶體的閃爍的閃光轉(zhuǎn)換成電脈沖的電子光電倍增管。相對(duì)于從所述輻射源發(fā)射的到達(dá)檢測(cè)器的伽瑪射線的量的主要變量是容器內(nèi)含有的流體。由所述輻射源發(fā)射的伽瑪射線的一部分被流體吸收或衰減，因此沒有到達(dá)檢測(cè)器。因此，來自檢測(cè)器的光電倍增管的輸出信號(hào)的計(jì)數(shù)率可能與流體密度和伽瑪輻射源的強(qiáng)度有關(guān)，其中射線必須通過所述流體以到達(dá)檢測(cè)器。實(shí)際上，使用伽瑪射線的穿透式密度測(cè)量?jī)H用于受到限制的容器尺寸和/或流體密度。例如，對(duì)于類似尺寸的輻射源，在較高流體密度下，流體可以吸收更多的伽瑪射線，從而使得更少的伽瑪射線到達(dá)檢測(cè)器。類似地，當(dāng)容器尺寸增加時(shí)，伽瑪射線必須穿過吸收伽瑪射線的更多量的物質(zhì)(容器和流體)，從而使得更少的伽瑪射線到達(dá)檢測(cè)器。因此，穿透式射線密度測(cè)量?jī)H用于大約1米直徑的容器。容器壁厚還可能限制伽瑪射線密度測(cè)量的有效性。因?yàn)槿萜鞅谝灶愃朴诹黧w的方式吸收并衰減伽瑪射線，并且較高的壁厚可能導(dǎo)致較少的伽瑪射線到達(dá)檢測(cè)器。容器壁厚可以通過諸如美國(guó)機(jī)械工程師學(xué)會(huì)(ASME)的指南來確定。例如當(dāng)所要求的厚度基于操作壓力和流體的性質(zhì)(腐蝕性、侵蝕性、活性等)時(shí)，容器壁厚還可以基于其它規(guī)格來確定。此外，當(dāng)前的容器壁厚的安全容限可能增加，并且可能進(jìn)一步限制穿透式測(cè)量的有效性。
當(dāng)采用伽瑪射線用于密度測(cè)量時(shí)，較低的計(jì)數(shù)率可能會(huì)導(dǎo)致更大的誤差率，或者可能需要較大的伽瑪輻射源來保持要求的精度。另外，當(dāng)容器尺寸增加時(shí)，檢測(cè)器尺寸可能必須被增加以保持恒定計(jì)數(shù)率。然而，伽瑪輻射源源的尺寸和/或檢測(cè)器的尺寸的增加一定會(huì)增加成本。為了克服厚度、尺寸和密度的限制，可以增加伽瑪射線源的強(qiáng)度，從而使得能夠測(cè)量到達(dá)檢測(cè)器的伽瑪射線的數(shù)量。然而，成本、安全、多單元有效性以及安全性可能會(huì)限制可以使用的源強(qiáng)度。輻射源的使用產(chǎn)生人身安全和環(huán)境問題，并且需要鉛或鎢屏蔽件以保護(hù)人員、專用操縱預(yù)防措施和設(shè)備，以及處理和補(bǔ)救過程。此外，因?yàn)橘が斏渚€由點(diǎn)源制造而成，而不是由定向源制造而成，因此當(dāng)所述源的尺寸增加時(shí)，必須增加容納除了進(jìn)入到容器中的輻射之外的方向上的輻射所需的屏蔽件的量，從而進(jìn)一步增加成本。對(duì)于多單元有效性，化工廠可能期望在多個(gè)容器上使用伽瑪射線液位和密度計(jì)量器。然而，當(dāng)計(jì)量器的數(shù)量增加或伽瑪射線源的強(qiáng)度增加時(shí)，可能會(huì)發(fā)生相鄰容器上的伽瑪射線源與檢測(cè)器之間的串?dāng)_，從而導(dǎo)致效率降低和潛在的錯(cuò)誤讀數(shù)。對(duì)于安全性，由于增長(zhǎng)的全世界對(duì)放射性核燃料和可能的走私或其它運(yùn)輸?shù)年P(guān)心，州、地方和國(guó)家政府基于在單一位置處可能出現(xiàn)的放射性物質(zhì)的總量調(diào)節(jié)設(shè)備安全要求。例如，德克薩斯州在總居里數(shù)超過27居里的設(shè)備處要求額外的安全措施(例如，背景檢查、可接近性等)，其中總居里數(shù)基于所述設(shè)備處的所有放射源的總和。因此，較大放射源的使用可能會(huì)導(dǎo)致對(duì)安全性的需要的增加，從而產(chǎn)生額外的成本。因此，需要可以在大型容器上使用的優(yōu)化的伽瑪射線密度測(cè)量裝置。另外，需要一種需要較低強(qiáng)度輻射源的優(yōu)化的非接觸式密度計(jì)。

發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)方面中，這里公開的實(shí)施例涉及一種用于確定流體密度的方法。該方法包括以下步驟緊鄰容器設(shè)置伽瑪射線源，所述容器內(nèi)設(shè)有流體；確定伽瑪射線檢測(cè)器相對(duì)于伽瑪射線源的最佳位置；將伽瑪射線檢測(cè)器設(shè)置在最佳位置；以及測(cè)量流體的密度。在一個(gè)方面中，這里公開的實(shí)施例涉及一種用于優(yōu)化伽瑪射線檢測(cè)器的位置以確定容器中的流體的密度的方法，該方法包括以下步驟緊鄰容器設(shè)置伽瑪射線源，所述容器內(nèi)設(shè)置有流體；確定伽瑪射線檢測(cè)器相對(duì)于伽瑪射線源的最佳位置；相對(duì)于伽瑪射線源將至少一個(gè)伽瑪射線檢測(cè)器設(shè)置在最佳位置處；以及由伽瑪射線檢測(cè)器測(cè)量流體的密度。本發(fā)明的其它方面和優(yōu)點(diǎn)將從以下說明和所附權(quán)利要求變得清楚可見。


圖1是根據(jù)這里公開的實(shí)施例的伽瑪射線密度測(cè)量系統(tǒng)的示意圖；圖2(a)是示出了根據(jù)這里公開的實(shí)施例的作為密度的函數(shù)的反向散射的計(jì)數(shù)率的曲線圖；圖2(b)是示出了根據(jù)這里公開的實(shí)施例的作為密度的函數(shù)的伽瑪射線檢測(cè)的密度測(cè)量誤差的曲線圖；圖3是根據(jù)這里公開的實(shí)施例的作為密度的函數(shù)的伽瑪射線檢測(cè)的密度測(cè)量誤差和檢測(cè)器的相對(duì)位置的三維曲線圖4是根據(jù)這里公開的實(shí)施例的圖3的二維投影圖；圖5-7是根據(jù)這里公開的實(shí)施例的在不同容器壁厚的情況下的二維投影圖；圖8-9是根據(jù)這里公開的實(shí)施例的在不同容器壁厚和不同檢測(cè)器操作電壓的情況下的二維投影圖；圖10是根據(jù)這里公開的實(shí)施例的作為檢測(cè)器位置的函數(shù)的具有最大計(jì)數(shù)率的密度的位置的曲線圖；圖11是根據(jù)這里公開的實(shí)施例的作為檢測(cè)器位置的函數(shù)的具有最高精度的密度的位置的曲線圖；以及圖12是根據(jù)這里公開的實(shí)施例的對(duì)于檢測(cè)器位置來說作為容器的壁厚的函數(shù)的最小誤差的曲線圖。
具體實(shí)施例方式一方面，這里公開的實(shí)施例涉及一種用于使用伽瑪射線測(cè)量容器中的流體的密度的方法。在其它方面中，這里公開的實(shí)施例涉及一種用于使用伽瑪射線優(yōu)化容器中的流體的密度的測(cè)量的方法。具體地，這里公開的實(shí)施例涉及一種用于通過檢測(cè)來自伽瑪射線源的由流體反向散射的伽瑪射線的強(qiáng)度來優(yōu)化容器中的流體的密度的測(cè)量的方法。如這里所使用，“反向散射”可以表示伽瑪射線自初始方向的偏轉(zhuǎn)。在一些實(shí)施例中，反向散射可以是各向同性的，例如，伽瑪射線在各個(gè)方向上隨機(jī)被散射。由于康普頓散射而發(fā)生反向散射。如這里使用的，“流體”表示可以容納在容器內(nèi)的氣體、液體和固體。流體可以包括含水液體、有機(jī)液體、單相系統(tǒng)和諸如泡沫、乳狀液和流態(tài)化顆粒的多相系統(tǒng)。參照?qǐng)D1，顯示了根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的伽瑪射線源和檢測(cè)器的示意圖。伽瑪射線源/檢測(cè)器系統(tǒng)100具有包含在容器壁104內(nèi)的流體102。伽瑪射線源頭部106安裝在容器壁104上。伽瑪射線源頭部106具有用于安全考慮并限制或警告對(duì)指定測(cè)量不起作用的伽瑪輻射的屏蔽件108。伽瑪射線檢測(cè)器110相對(duì)于伽瑪射線源頭部106在位置112處安裝在容器壁上。根據(jù)這里公開的實(shí)施例，位置112被測(cè)量為從伽瑪射線源頭部106的中心到伽瑪射線檢測(cè)器110的中心。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員要認(rèn)識(shí)到伽瑪射線源和伽瑪射線檢測(cè)器的相對(duì)位置也可以通過其它方法確定。例如，該位置可以通過參照一些外部點(diǎn)來確定。根據(jù)這里公開的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，伽瑪射線源頭部106發(fā)射穿過容器壁104并進(jìn)入到流體102中的伽瑪放射線114。伽瑪放射線114然后被從流體102反向散射并通過伽瑪射線檢測(cè)器110被檢測(cè)。伽瑪射線檢測(cè)器110通過測(cè)量與接收到的伽瑪放射線量直接相關(guān)的計(jì)數(shù)率來操作。圖2(a)是示出了根據(jù)這里公開的實(shí)施例的作為流體102的密度的函數(shù)的來自檢測(cè)器 110的反向散射的計(jì)數(shù)率的經(jīng)驗(yàn)圖。在該示例性實(shí)施例中，厚壁為1.5英寸。如可以從圖 2(a)看到，0.75gcc (克每立方厘米)的密度可以產(chǎn)生與0. Igcc的密度的計(jì)數(shù)率相同的計(jì)數(shù)率。因此，操作范圍可以被分成為兩個(gè)區(qū)域。例如，這里公開的實(shí)施例可以限于如由在圖2(a)的曲線中的最大值之前的密度所示的低密度區(qū)域。類似地，這里公開的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例可以限于由圖2(a)的曲線的最大值之后的密度表示的高密度區(qū)域。在圖2(a)中，計(jì)數(shù)率為最大值時(shí)的密度被表示為Pm。 具體地，在許多工業(yè)應(yīng)用中，例如煉油廠，流體可能主要為具有0. Sgcc密度或更高密度的油。作為又一個(gè)實(shí)例，開采流體中的工業(yè)應(yīng)用可以主要為具有1. Ogcc密度或更大密度的水。圖2(b)是根據(jù)這里公開的實(shí)施例的作為密度的函數(shù)的伽瑪射線檢測(cè)的密度測(cè)量誤差。密度測(cè)量的精度或密度測(cè)量誤差可以取決于圖2(a)中所示的曲線的斜率。例如，分辨率σ ρ可以表示為
權(quán)利要求
1.一種用于確定流體的密度的方法，所述方法包括以下步驟 緊鄰容器設(shè)置伽瑪射線源，所述容器內(nèi)設(shè)有流體；確定伽瑪射線檢測(cè)器相對(duì)于所述伽瑪射線源的最佳位置； 將伽瑪射線檢測(cè)器設(shè)置在所述最佳位置處；以及測(cè)量所述流體的密度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，確定所述最佳位置的步驟包括 確定所述容器的壁厚；估算所述流體的密度；以及根據(jù)所述壁厚和所述流體的密度的估算值選擇所述伽瑪射線檢測(cè)器的最佳位置，以最大化所述密度測(cè)量的精度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述伽瑪射線檢測(cè)器的最佳位置被選擇成相對(duì)于所述伽瑪射線源被定位在32g/cm2+P處，其中P為所述流體的密度的估算值。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，還包括以下步驟 測(cè)量所述流體的密度的測(cè)量精度；將所述流體的密度的所述估算值與所述流體的測(cè)量密度進(jìn)行比較； 根據(jù)所述容器壁厚和所述伽瑪射線檢測(cè)器的最佳位置確定所述流體的密度的估算的測(cè)量精度；將所述流體的密度的所述測(cè)量精度與所述流體的密度的所述估算的測(cè)量精度進(jìn)行比較；以及如果需要，調(diào)節(jié)所述伽瑪射線檢測(cè)器相對(duì)于所述伽瑪射線源的最佳位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，確定所述最佳位置的步驟包括 確定所述容器的壁厚；緊鄰所述伽瑪射線源設(shè)置伽瑪射線檢測(cè)器； 測(cè)量初始密度；以及根據(jù)所述壁厚和所述流體的所述初始密度選擇所述伽瑪射線檢測(cè)器的最佳位置，以最大化所述密度測(cè)量的精度。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述伽瑪射線檢測(cè)器的最佳位置被選擇成相對(duì)于所述伽瑪射線源被定位在32g/cm2+P處，其中P為所述流體的密度的估算值。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，還包括以下步驟 測(cè)量所述流體的密度的測(cè)量精度；根據(jù)所述容器壁厚和所述伽瑪射線檢測(cè)器的最佳位置確定所述流體的密度的估算的測(cè)量精度；將所述流體的密度的所述測(cè)量精度與所述流體的密度的所述估算的測(cè)量精度進(jìn)行比較；以及如果需要，根據(jù)所述精度與所述估算精度的比較結(jié)果來調(diào)節(jié)所述伽瑪射線檢測(cè)器相對(duì)于所述伽瑪射線源的最佳位置。
8.一種用于優(yōu)化伽瑪射線檢測(cè)器的位置以確定容器中的流體的密度的方法，所述方法包括以下步驟緊鄰容器設(shè)置伽瑪射線源，所述容器內(nèi)設(shè)有所述流體；確定伽瑪射線檢測(cè)器相對(duì)于所述伽瑪射線源的最佳位置；相對(duì)于所述伽瑪射線源將至少一個(gè)伽瑪射線檢測(cè)器設(shè)置在所述最佳位置處；以及由所述伽瑪射線檢測(cè)器測(cè)量所述流體的密度。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，確定所述最佳位置的步驟包括 確定所述容器的壁厚；確定所述流體的密度的估算值；以及根據(jù)所述壁厚和所述流體的密度的所述估算值選擇所述伽瑪射線檢測(cè)器的最佳位置， 以最大化所述密度測(cè)量的精度。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述伽瑪射線檢測(cè)器的最佳位置被選擇成相對(duì)于所述伽瑪射線源被定位在32g/cm2+P處，其中P為所述流體的密度的所述估算值。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，還包括以下步驟將所述流體的密度的所述估算值與所述流體的測(cè)量密度進(jìn)行比較； 測(cè)量所述流體的密度的測(cè)量精度；根據(jù)所述容器壁厚和所述伽瑪射線檢測(cè)器的最佳位置確定所述流體的密度的估算的測(cè)量精度；將所述流體的密度的所述測(cè)量精度與所述流體的密度的所述估算的測(cè)量精度進(jìn)行比較；以及調(diào)節(jié)所述伽瑪射線檢測(cè)器相對(duì)于所述伽瑪射線源的最佳位置。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，確定所述最佳位置的步驟包括 確定所述容器的壁厚；緊鄰所述伽瑪射線源設(shè)置伽瑪射線檢測(cè)器； 測(cè)量初始密度；以及根據(jù)所述壁厚和所述流體的所述初始密度選擇所述伽瑪射線檢測(cè)器的最佳位置，以最大化所述密度測(cè)量的精度。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述伽瑪射線檢測(cè)器的最佳位置被選擇成相對(duì)于所述伽瑪射線源被定位在32g/cm2+P處，其中P為所述流體的密度的所述估算值。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，還包括以下步驟 測(cè)量所述流體的密度的所述測(cè)量精度；根據(jù)所述容器壁厚和所述伽瑪射線檢測(cè)器的最佳位置確定所述流體的密度的估算的測(cè)量精度；將所述流體的密度的所述測(cè)量精度與所述流體的密度的所述估算的測(cè)量精度進(jìn)行比較；以及根據(jù)所述精度和所述估算精度的比較結(jié)果調(diào)節(jié)所述伽瑪射線檢測(cè)器相對(duì)于所述伽瑪射線源的最佳位置。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于確定流體的密度的方法，該方法包括以下步驟緊鄰容器設(shè)置伽瑪射線源，所述容器內(nèi)含有流體。確定伽瑪射線檢測(cè)器相對(duì)于伽瑪射線源的最佳位置。伽瑪射線檢測(cè)器被定位在最佳位置處，并且測(cè)量流體的密度。
文檔編號(hào)G01N9/24GK102374959SQ20111022355
公開日2012年3月14日 申請(qǐng)日期2011年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月6日
發(fā)明者亞歷克斯·庫(kù)利克, 亞歷山大·約瑟夫·葉辛, 尼古拉·巴圖林, 王海 申請(qǐng)人:思姆菲舍爾科技公司