DE2652872A1 - Verfahren und vorrichtung zur bestimmung von partikel-geschwindigkeiten in foerderstroemen - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zur bestimmung von partikel-geschwindigkeiten in foerderstroemenInfo
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Description
"/erfahren und Vorrichtung aur B
von Partikel-G-esclrainnigkeiten in Sörd er strömen
Die BrfinrJunro; "betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur ^estinnung von Partikel-Geschwindigkeiten in ]?öräerstromen„
die optimale Planung und Auslegung eines lördersystems
sowie zur 'überwachung seines Betrie"bszustands ist eine genaue
Kenntnis der Geschwindigkeit des !fördergutes an verschiedenen
Stellen der Förderleitung notwendig. Die C-eschwindigkeit des
Förderguts wurde bisher aus der Puiapenleistung errechnet.
Andererseits wurden dem Fördergut an der iiingangsseite zur Markierung dienende Stoffe, wie z, B. radioaktive Isotope,
beigegeben, deren Wanderungsgeschwindigkeit sich mit entsprechenden Detektoren feststellen läßt.
809021/03lö
Das "bekannte Verfahren, aus der i-Ordermenge pro Zeifeeinheit
die Partlkelgesch-./indigkeit In i'ör der strömen zu
errechnen, ist jedoch ungenau bsv. nur nit zeitlicher Verzögerung
anwendbar. Insbesondere lä.3t sich damit nicht die Partikelgeschwindigkeit an beliebigen otellen der Förderleitun
feststellen. Das "bekannte Verfahren zur ilarkierung des
Förderguts ist in raaiichen !Fällen wegen der nicht ungefährlichen
Handhabung von Isotopen in der Praxis schwierig zu "bewerkstelligen
und wird durch Auflagen der Aufsichtsbehörden zunehmend erschwert. Süden gibt es Fördersysteme, wie z. U.
Manganknollenförderung aus der Siefsee, bei denen man dem
Fördergut am Eingang der Förderleitung keine Harkierungsstoffe
zusetzen kann .
Aufgabe der Erfindung ist daher, die Nachteile des Standes
der Eechnik zu vermeiden, insbesondere an beliebigen, auch an unzugänglichen, Stellen der Förderleitung jeder Zeit die
6-eschwindigkeit des Förderguts auf einfache und zuverlässige
Weise zu bestimmen..
Diese Aufgabe wird durch die vorliegende Erfindung gelöst.
Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung der genannten
Art, die gekennzeichnet ist durch zwei in Strümungsrichtung
im Abstand hintereinander angeordnete Gammaschranken aus je
einer G-amrnaquelle und einem G-ammadetektor, wobei die
80SI21/0320
BAD ORIGINAL
zwischen Quelle und Detektor liegende Sransmissionsstrecke
senkrecht zur Sörderstromrichtung und durch diese hindurch verläuft, je eine Registrier- oder Meßvorrichtung
für die vom Detektor abgegbenen Signale sowie eine Vorrichtung
zur Messung der Phasenverschiebung der sich entsprechenden Signale der "beiden Detektoren.
Vorzugsweise dient als Gammastrahlendetektor ein Szintillationszähler,
wobei thalliumaktivierte Katriumjodid-Detekioren
oder mit Schwermetallen dotierte Plastik-Szintillatoren besonders bevorzugt sind. Als Vorrichtung zum Registrieren
und zur Messung der Phasenverschiebung der Detektorsignale
dient vorzugsweise eine elektronische Anordnung, die aus zwei' Schieberegistern und diese speisenden monostabilen
Kippkreisen besteht.
Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren der Eingangs genannten Art, das darin besteht, daß m$n durch
zwei in Strömungsriehtung hintereinander angeordnete Gammaschranken
den Sörderstrom durchstrahlt, die Gammaabsorptionsintensitäten beider Gammaschranken in Abhängigkeit von der
Zeit mißt oder registriert und die Phasenverschiebung der gleichen Absorptionsintensitäten beider Gammaschranken bestimmt.
809821/0320
Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise mit
der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeführt. Als Detektor kann dabei vorzugsweise ein Szintillationszähler
verwendet werden. Gemäß einer Ausführungsform des "beanspruchten Verfahrens v/erden die Stromimpulse am Szintillationszählerausgang
nach RC-Integration direkt als gammaintensitätsproportionale
Ströme bzw. int ens it ä.ts variable Gleichspannungspegel
gemessen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden die Stromimpulse als Impulszählraten in
geschwindigkeitsangepaßten Zeitintervallen registriert.
Die Phasenverschiebung wird vorzugsweise durch Kreuzkorrelationsanalyse
mittels zweier Schieberegister bestimmt.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. dem erfinäungsgemäßen Verfahren ist es möglich, die Translationsgeschwindigkeit
von Partikeln in einem Förderstrom zu messen. Voraussetzung ist, daß sich die Gamma-Iransparenz von
Partikeln und Fördermedium hinreichend unterscheidet. Die Gamma-Iransparenz ist jedoch dem Fachmann bekannt bzw. durch
einfache Versuche festzustellen. Insbesondere ist die genannte Voraussetzung immer dann gegeben, wenn Partikel und Medien
chemisch oder in der Dichte deutlich verschieden sind.
Als tDransportmedium kann Gas oder
Flüssigkeit, verwendet werden. Als Partikel können 3?est-
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körper, IPlüssigkeitstropfen oder Gasblasen gefördert
werden. 51Ur das erfindungsgemäße Verfahren ist es gleichgültig,
ob die Partikel die Gammastrahlung stärker oder schwächer als das !Fördermedium absorbieren. Optisch opake
Hedien stellen im allgemeinen kein Hindernis für Gammastrahlung dar.
Da Gammastrahlung in Festkörpern, Flüssigkeiten und Gasen,
relativ gering absorbiert wird , ist es möglich, auch die Geschwindigkeit von Materialströmen mit relativ großen
Querschnitten au bestimmen.
Da die erfindungsgemäße Torrichtung nur geringe Dimensionen
einnimmt und sehr robust hergestellt werden kann, ist es möglich, sie auch an wenig zugänglichen oder stark beanspruchten
Stellen der !Förderleitung anzubringen. Als Beispiel seien Eiefsee-Pörderrohre für die Manganknollenförderung
oder Rohre für die hydraulische Kohleförderung genannta
Die erf indungsgemäße Yorrichtung besteht aus - _- zwei
in Strömungsrichtung im Abstand hintereinander angeordneten Gammaschranken, wobei der Abstand ungefähr in Abhängigkeit
von der zu erwartenden Fordergeschwinäigkeit bestimmt wird.
809821/0326
Jede Gammaschranke "besteht aus einer Gammaquelle mit
Kollimator, einem Gammadetektor mit Kollimator und einer
Elektronik zum Registrieren oder Hessen der vom Detektor abgegebenen Signale sowie zur Messung der Phasenverschiebung
der sich entsprechenden Signale der beiden Detektoren. Der erfinäungsgemäßen Torrichtung kann sich
eine Kodier/Dekodier-Einheit zur Übertragung der Meßwerte zu einer entfernt gelegenen Datenstation anschließen.
Als Gammadetektor werden wegen ihrer Bachweisempfindlichkeit
Szintillationszähler mit SET ( Sekundärelektronen-Tervielfältiger
) bevorzugt. Insbesondere werden thalliumaktivierte ITaJ-Detektoren oder bei größeren Anforderungen
an die Robustheit mit Schwermetallen dotierte Plastik-Szintillatoren
bevorzugt.
Die durch die Gammaquanten erzeugten Stromimpulse am SET-Ausgang
können entweder nach RO-Integration direkt als
gammaintensitätsproportionale Ströme bzw, intensitätsvariable Gleichspannungspegel gemessen oder aber als Impulszählraten
in geschwindigkeitsangepaßten Zeitintervallen registriert werden,,
Die Erfindung wird anhand der folgenden Figuren näher erläutert
.
809821/032Θ
V-
Pig. 1 zeigt eine Vorrichtung gemäß der Erfindung teilweise im Querschnitt,
Fig. 2 zej$ die Gammaabsorption eines Förderstroms
in Abhängigkeit von der Zeit,
]?ig. 3 ist eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Gemäß 51Xg. 1 werden im Förderrohr 1 in Wasser als Fördermedium
2 !Pestkörperpartikel, z. B. Manganknollen, gefördert. Die Gammastrahlenquelle 4, z. B. im-241
ist auf übliche Weise mit einer Bleiabschtanung 5 versehen.
An der gegenüberliegenden Seite des Förderrohrs 1 befindet
sich der Gammadetektor 6, ein Szintillationsdetektor. Er ist in einem Gehäuse 7 untergebracht, das mit einer Leitung
8 zur Weitergabe der Meßwerte versehen ist.
Fig. 2 zeigt die bei Durchstrahlung eines Förderstroms,
der aus Wasser mit Manganknollen von ca. 2 cm 0 besteht, erhaltene Gammaintensität in Abhängigkeit von der Zeit. Jede
durch eine nach unten gerichtete Spitze der Kurve wiedergegebene Intensitätsminderung zeigt den Durchgang einer Manganknolle
dtirch die Gammaschranke an» Da aus der Abbildung die
zeitliche Verzögerung zwischen den Knollendurchgangen ablesbar
ist, kann bei bekanntem Abstand der Schranken die
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Ai
Partikelgeschwindigkeit bestimmt weafen.
!ig. 3 zeigt schematise!! eine Ausführungsform der beanspruchten
Vorrichtung. In einem dem zu erwartenden Geschwindigkeitsbereich angepaßten Abstand sind an einem
!"Örderrohr 1 zwei G-ammaschranken mit Am-241-G-ammaquellen
4 und Zinn-dotierten Plastikszintillatoren 6 angebracht. Mit 9 sind die Photomultiplier bezeichnet. TO bedeutet
den Zeitabgriff j, 11 die Schieberegister, 12 den Überlappungszähler, 13 und 14 weitere liegister, 15 einen Komparator,
den Verschiehutigsgenerator, 17 einen Verschiebungsschrittzahler,
18 eine Kodier/Dekodier-Sinheit, 19 das Steuerwerk
und 8 ein Tiefseekabelo Die bei Partikeldurchgängen durch
die G-amma schranke erzeugten plötzlichen Änderungen des Rö-gemittelten SEV-Stromes triggern eine monostabile Kippschaltung,
deren Zustand mit einer festen iaktfrequenz abgefragt und in ein Schieberegister 11 eingelesen wird. In
den Schieberegistern entstehen auf diese Weise - durch schwarze Rechtecke mit verschieden großen Lücken angedeutete Bitmüsterj
die ein Abbild für die jeweilige zeitliche Aufeinanderfolge von Partikeldurchgangen in einer Schranke sind.
Wenn der Abstand der beiden Schranken nicht zu groß ist, sind die Bitmuster in den Registern nahezu identisch, aber entsprechend der Partikellaufzeit von einer Schranke zu nächsten
phasenverschoben,, Die Phasenverschiebung und damit die G-e-
§01821/0
schwindigkeit ist durch das Maximum der Kreuz-Korrelationsfunktion
gegeben, die sich elektronisch durch stufenweises Rüclcverschieben der Inhalte eines Registers bis zur maximalen
Überlappung mit dem zweiten Register bestimmen läßt. Die in Fig. 3 zusätzlich angegebene Kodier/Dekodier-Einheit 18
dient zur Übertaktung der Heßwerte zu einer entfernt gelegenen
Datenstation.
809821/032(5
Claims (1)
- 2652372Pat ent α nap räche1. Verfahren zur -Bestimmung von Partikelgesehwindigkeiten in !1Or der strömen, dadurch gekennzeichnet, dai3 man durch zwei in ötrö'mungsrichtung hintereinander angeordnete Gammaschranken den Mörderstrom durchstrahlt, die G-amma-Absorptionen "beider Gamma schranke η in Abhängigkeit von der Zeit mißt oder registriert, und die PhasenverschieTmng der gleichen Absorptionen beider Gatimaschranken bestimmt.2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Gamma-Absorption mit Szintillationszähler η mißt.3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Btromimpulse am Szintillatiohszählerausgang nach RO-Integration direkt als gammaintensitätsproportionale Ströme bzw. intensitätsvariable ü-leichspannungspegel mißt.4p Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennaeichnet, daß man die Stromimpulse am Ssintxllationszählerauagang alo Impulösählraten in geschviindigkeita-"angepaßten, aeitintervallen registriert.809821/0320ORIGINAL INSPECTED5. Verfahren nach einen der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die Phasenverschiebung mittels zweier Schieberegister und anschließende Korrelationsanalyse bestimmt.6. Verfahren nach einen der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß na ti die Geschwindigkeit von feststoff ^artikeln Ln einer i'örderflüssigkeit bestaunt.7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß i.ian die J-eschwindigkeit von Ilanganknollen bei der iürderung aus der i'iefsee beatir.iBit.8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 7, gekennzeichnet durch zwei insrichuuna' üi Abstand hintereinander angeordnete chranken aus je einer G-aoniaquelle und eineia u-ai.ii.iadetektor, v/obsi dio av/ischen G-aEmiaquelle und j'otGktor liegende "rausraisaionsstrecke senkrecht zur i'ürderstroiiirichtung und durch diese hindurch verläuft, je eine iiegi3trier- oder lieijvorrichtung für die vom Detektor abgegebenen bignale, sowie eine '/orx'ichtunG' Kur i-Gssung der rliasenveröchiGbung der sich entsprechenden Signale der beiden Detektoren.809821/03 2-09. Vorrichtung nach Anspruch 3, ,"Gkennseiclmet oure'1. einen Szintillationszähler als U-aumaäetektor.10. Vorrichtung nach Anspruch 9> gekennzeichnet durch einen Qlhallium-aktivierten ilaJ-Detektor.11. Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch einen nit Schweriaetallen dotierten Plastik-uzintillator12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, gekennzeichnet durch eine Am-241-Garmnaquelle.13ο Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum Registrieren für die vom Detektor abgegebenen Signale sowie zur Heßung der Phasenverschiebung der sich entsprechenden Signale aus monostabilen Kippkreisen und voii diesen gespeisten Schieberegistern * besteht.809821/0320BAD ORIGINAL
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