Offenlegungsschrift

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1 Int. CI. 2 : GOt F 1/70 """ BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND ^ DEUTSCHES ^jj^jj^ PATENTAMT Offenlegungsschrift Aktenzeichen: P Anmeldetag: Offenlegungstag: (O CM LU Ü Unionspriorität: <&) öi) Bezeichnung: Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung von Partikel-Geschwindigkeiten in Förderströmen Anmelder: Erfinder: Gesellschaft für Kernenergieverwertung in Schiffbau und Schiffahrt mbh, 2054 Geesthacht-Tesperhude Fanger, Ulrich, Dipl.-Phys. Dr.rer. nat., 2057 Reinbek; Pepelnik, Rudolf, Dipl.-Phys. Dr.rer.phil., 2050 Börnsen; Michaelis, Walfried, Dipl.-Phys. Dr.rer. nat., 2105 Bullenhausen; Borchers, Dietrich, Ing.jgrad.), 2000 Hamburg Prüfungsantrag gem. 28b PatG ist gestellt CS P«, 00 CM 10 CO CM W Q /320 8/60

2 Patentansprüche 1. Verfahren zur liest imnung von Partikelgesehwindigkeiten in Fora erstreiken, dadurch gekennzeichnet, da3 man durch zwei in ötrömungsrichtung hintereinander angeordnete G-amiiaschranken den Förderstroin. durchstrahlt, die G-amaa-A'bsorptionen beider G-annaschranken in Abhängigkeit von der Zeit mißt oder registriert, und die Phasenverschiebung der gleichen Absorptionen beider Gaiiaaschranken "bestimmt. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Gai^iia-Absorption mit Szintillationszählern mißt. 3. Yerfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Stromimpulse am Saintillatiahszählerauagang nach HO-Integration direkt als gammaintensitätsproportionale Ströme bzv/. intensitätsvariable G-leichspannungspegel mißt. 4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Stromiriipulse am Sziirbillationszählerauagang als Iiiipnlssählraten in gesclrefindigkeits- 'angepaßten. Zeitintervallen registriert., / I» /0320 ORIGINAL INSPECTED

3 - t f - Ä Verfahren nach einen der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die Phasenverschiebung mittels zweier Schieberegister und anschließende Korrelationsanalyse bestirnt. 6. Verfahren nach einen der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß man die Geschwindigkeit von Feststoff Partikeln in einer l-'örderfliissigkeit bestinnt. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man die Geschwindigkeit von I-Ianganknollen bei der Forderung aus der i'iefsee beatiiiat. 8. Vorrichtung zur Durchführung des Vei'fahrens nach Anspruch 1 bis 7 gekennzeichnet durch zwei in otröiiuuäsi'ichtimg iai ^bstaad hintereinander angeordnete Gamma schranken aus je einer Gamiaquelle und einem Gannadatektor, wobei die sv/ischen Ga2;miaquelle und jiotgktor liegende L'ransraissionsstrecke senkrecht zur i'örderstrodirichtuag und durch diese hindurch verläuft, je eine itegistrier- oder IieI3vorrichtung für die vorn Detektor abgegebenen Signale, sowie eine Vorrichtung sur iigosuiig der 'Phasenverschiebung der sich entsprechenden Signale der beiden Detektoren /0320

4 - yt Vorrichtung nach Anspruch 3, r ekennae i cbnot ourch einen "SaintillatiouBEähler als G-aniiadetektor. 10. Torrichtung nach Anspruch 9> gekennselehnet durch einen Eballium-aktivierten ii'aj-detektor. 11. Torrichtung" nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch einen nit Schwermetallen dotierten Plaetik-üsintillator. 12. Torrichtung nach einem der Ansprüche S bis 11, gekennzeichnet durch eine Am-241-Garmaaquelle. 13o Torrichtung nach einem der Ansprüche 8 "bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Torrichtung zun Registrieren für die vom Detektor abgegebenen Signale sowie zur ließung der Phasenverschiebung der sich entsprechenden Signale aus monostabilen Kippkreisen und von diesen gespeisten Schieberegistern * besteht /0320 BAD ORIGINAL

5 DIPL.-ING. HANS W. SCHÖNING PATENTANWALT 2000 HAMBURG 1 15o MönckebergstraBe 31 t.,. (am Hathausmarkt) bcil/ b Telefon (040) Gesellschaft für Kernenergieven/e rtung in Schiff "bau und uchiffahrt &br ileaictorstraße Creesthacht-l'espsrhuöe Anwaltsakte: 5775 Verfahren und Vorrichtung aur Bestimmung von Partikel-G-eschwinfl igke it en in Pörä er strömen Die Erfindung "betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur jjestiranung von Partikel-Geschwindigkeiten in Pörderstr umen, Pür die optimale Planung und Auslegung eines Pördersystems sowie zur Überwachung seines Eetriebszustands ist eine genaue Kenntnis der Geschwindigkeit des Pördergutes an verschiedenen Stellen der Pörderleitung notwendig. Die G-eschwindigkeit des Förderguts wurde "bisher aus der Pumpenleistung errechnet. Andererseits wurden dem Pördergut an der Uingangsseite zur Markierung dienende Stoffe, wie z, B. radioaktive Isotope, beigegehen, deren Wanderungsgeschwindigkeit sich mit entsprechenden Detektoren feststellen läßt. 8 0 S I 2 1 / KONTEN: DRESDNER SANK. KONTO-NR POSTtCHECK HAMIURQ 1MIM-1M

6 Das bekannte Verfahren, aus der i'örd emienge pro Zeiteinheit die Partifcelgesch w'inö igkeit in forcier strömen su' errechnen, ist jedoch ungenau "bsv. nur mit zeitlicher Verzögerung anwendbar. Insbesondere lä3t sich damit nicht die Partikelgeschwindigkeit an "beliebigen otellen der Söraerleitung feststellen. Das bekannte Verfahren zur Markierung des Förderguts ist in manchen Fällen wegen der nicht ungefährlichen Handhabung von Isotopen in der Prazcis schwierig zu "bewerkstelligen und wird durch Auflagen der Aufsichtsbehörden zunehmend erschwert. Süden gibt es Fordersysterne, wie z, Manganknollenförderung aus der üel'see, bei denen man dem Fördergut am Eingang der j?örderleitung keine Ilarkierungsstoffe zusetzen kann. Aufgabe der Erfindung ist daher, die Nachteile des bianües der Eechnik zu vermeiden, insbesondere an beliebigen, auch an unzugänglichen, Stellen der iförderleitung jeder Zeit die Geschwindiglceit des Förderguts auf einfache und zuverlässige eise 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 Strürnungsrichtung im Abstand hintereinander angeordnete Gammaschranken aus je einer Gammaquelle und einem Gammadetektor, wobei die 8 0 I I 2 1 / Ö BAD ORIGINAL

7 zwischen Quelle und Detektor liegende QJransmissionsstrecke senkrecht zur JPörderstromrichtung und durch diese hindurch verläuft, Je eine Registrier- oder Meßvorrichtung für die vom Detektor abgegbenen Signale sowie eine Vorrichtung zur Messung der Phasenversiiiebung der sich entsprechenden Signale der "beiden Detektoren. Vorzugsweise dient als Gammastrahlendetektor ein Szintillationszähler, wo "bei thalliumaktivierte Hatrium^odid-Detek- ±oren 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 man durch zwei in Strömungsrichtung hintereinander angeordnete Gammaschranken denfförderstromdurchstrahlt, die Gammaabsorptionsintensitäten beider Gammaschranken in Abhängigkeit von der Zeit mißt oder registriert und die Phasenverschiebung der gleichen Absorptionsintensitäten beider Gammaschranken bestimmt /0320

8 } 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 Szintillations' zählerausgang nach RG-Integration direkt als gammaintensitätsproportionale Ströme bzw. intensitätsvariable 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 erfindungsgemäßen 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-Sransparenz 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 Transportmedium kann Gas oder Flüssigkeit, verwendet werden. Als Partikel können 3?est /0320

9 ? körper, Iflüssigkeitstropfen oder Gasblasen gefördert werden. Für das erfindungsgemäße Verfahren Ist es gleichgültig, ob die Partikel die GammaStrahlung stärker oder schwächer als das Fördermsdium absorbieren. Optisch opake He dien 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 zu bestimmen» Da die erfindungsgemäße Vorrichtung 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 liefsee-fördsrrohre für die Manganknollenförderung oder Rohre für die hydraulische Kohleförderung genannt Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht aus. zwei in Strömungsrichtung im Abstand hintereinander angeordneten Gammaschranken, wobei der Abstand ungefähr in Abhängigkeit von der zu erwartenden 2?ürdergeschwindigkeit bestimmt wird /0320

10 Jede Gamma schranke "besteht aus einer Gamma quelle 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 erfindungsgemäßen Yorrichtung kann sich eine Kodier/Dekodier-Einheit zur Übertragung der Meßwerte zu einer entfernt gelegenen Datenstation anschließen. Als Gammadetektor werden wegen ihrer Ifachweisempfindlichkeit Szintillationszähler mit SEV" ( Sekundärelektronen- Vervielfältiger ) bevorzugt. Insbesondere werden thalliumaktivierte UaJ-Detektoren oder bei größeren Anforderungen an die Robustheit mit Schwermetallen dotierte Plastik- Szintillatoren bevorzugt. Die durch die Gammaquanten erzeugten Stromimpulse am SEV- 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 /0320

11 Pig. 1 zeigt eine Vorrichtung gemäß der Erfindung teilweise im Querschnitt, Pig. 2 zej$ die Gammaabsorption eines Pörderstroms in Abhängigkeit von der Zeit, Pig. 3 ist eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, Gemäß Pig.1 -werden im Pörderrohr 1 in Wasser als Pördermedium 2 Pestkörperpartikel, z. B. Manganknollen, gefördert. Die G-ammaStrahlenquelle 4, z. B. Am-241 ist auf übliche Weise mit einer Bleiabschirmung 5 versehen. In der gegenüberliegenden Seite des Förderrohrs 1 befindet sich der Gammadetektor 6, ein Szintillationsdetektor. Er ist in einem G-ehäuse 7 untergebracht, das mit einer Leitung 8 zur Weitergabe der Meßwerte versehen ist. Fig. 2 zeigt die bei Durchstrahlung eines Pörderstroms, der aus Wasser mit Manganknollen von ca. 2 cm 0 besteht, erhaltene G-aramaintensität in Abhängigkeit von der Zeit. Jede durch eine nach unten gerichtete Spitze der Kurve wiedergegebene Intensitätsminderung zeigt den Durchgang einer Manganknolle durch die Gammaschranke an. Da aus der Abbildung die zeitliche Verzögerung zwischen den Knollendurchgängen ablesbar ist, kann bei bekanntem Abstand der Schranken die /0320

12 js- A1 Partikelgeschwindigkeit "bestimmt werfen. Fig. 3 zeigt schematisch eine Äusfiihrungsfona der beanspruchten Vorrichtung. In einem dem zu erwartenden Geschwindigkeitsbereich angepaßten Abstand sind an einem lorderrohr 1 zwei Gammaschranken mit Am-241-Garamaquellen 4 "und Zinn-dotierten Plastikszintillatoren 6 angebracht. Mit 9 sind die Photomultiplier. bezeichnet. 10 bedeutet den Zeitabgriff p 11 die Schieberegister, 12 den.-überlappungszähler, 13 und 14 weitere Register, 15 einen Komparator, 16 den Verschiebungsgenerator, 17 einen Verschiebungsschrittzahler, 18 eine Kodier/Dekodier-Einheit, 19 das Steuerwerk und 8 ein SiefSeekabel. Die bei Partikeldurchgängen durch die Gammaschranke erzeugten plötzlichen Änderungen des RC-gemittelten SEV-Stromes triggern eine monostabile Kippschaltung, deren Zustand mit einer festen [Paktfrequenz abgefragt und in ein Schieberegister 11 eingelesen wird. In den Schieberegistern entstehen auf diese Weise - durch schwarze Rechtecke mit verschieden großen Lücken angedeutete - Bitmuster, die ein Abbild für die jeweilige zeitliche Aufeinanderfolge von Partikeldurchgängen 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 Ge- I /032:0

13 /a schwindigkeit ist durch das Maximum der Kreuz-Korrelationsfunktion gegeben, die sich elektronisch durch stufenweises Rückversehieben 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 Übert^ung der Heßwerte zu einer entfernt gelegenen Datenstation.» / «

14 Nummer: 26S2S72 Int. C1.2: G 01 Fl/70 Anmeldetag: 20. November 1976 y[ - Offenlegungstag: 24. Mai t /0126

15 v *. t Kl o 1- O «Vi - 'S-X.:' o h o IT) "V.. * V/ *. V v - /.. o ^ O OO * A *. * * *.» ki 6 o / o in o

16 A X H s s V 1 \ /0 320