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专利名称：针对填充流体的导管的起始点的每个光子或电离粒子来记录具有同时方向限定的光子和 ...的制作方法
针对填充流体的导管的起始点的每个光子或电离粒子来记录具有同时方向限定的光子和电离粒子的设备本发明涉及用于光子或电离粒子的检测设备，其中检测器系统配置有数个检测单元，每个检测单元均包括与电荷读取器上的读取器表面连接的闪烁体，所述闪烁体被设置成当捕获所述光子或电离粒子时在所述读取器表面上产生细胞(cellular)电荷，更具体地设置有准直仪，所述准直仪连接到与所述电荷读取器相対的所述闪烁器，所述准直仪被设置成捕获运动方向与所述准直仪的纵向轴线重合的光子或电离粒子，并且拒绝运动方向与所述准直仪的纵向轴线偏离的光子或电离粒子。钻孔测井或数据采集内的现有技术很大程度上基干与闪烁晶体(例如，碘化钾或碘化铯)连接的光电倍增管或光电ニ极管。当与光电倍增管连接的闪烁晶体的组件暴露于电离辐射(例如，X辐射、伽马辐射或粒子辐射)时，该入射辐射将通过包括散射、原子核反冲和/或荧光的过程被转化为闪烁晶体中的不致电离的“光学”光子。然后，光学光子借助干与闪烁晶体连接的光电倍增管被 检测(即，计数)。如上所述，倍増管能够被替代为光电ニ极管以用于同一目的。用于这种组件的典型钻孔应用包括钻孔测井。在这种组件中，期望的是，为了改善所获得数据的统计分析并且由此减少读数中的误差，电离辐射应当尽可能大，以最大可能地收集光子。由于该理由并且由于用于钻孔中的大多数工具所具有的筒状形式，这种检测器通常被形成为具有与闪烁器的一端连接的光电倍增管或光电ニ极管的筒状闪烁体。该概念在于，在沿与钻孔的纵向轴线垂直的方向上朝向该工具径向移动的光子的单位体积中使得收集最大化。即使通常使用闪烁体，但该闪烁体具有不便其十分适于最大化流入光子的收集的物理特性。当流入电离粒子或光子与闪烁体材料相互作用时，结果是产生具有较少能量并且具有统计上围绕相互作用点分布的所形成的方向(即，流出方向)的闪烁光子，所述光学光子大体上与入射光子的方向不同，这取决于光子/粒子和闪烁体中的原子之间的特定相互作用。基于此，显然，统计上地，闪烁光子或光学光子在闪烁体的所有方向上出现，而与入射光子或电离粒子的方向无关。由于光电倍増管或光电ニ极管被附接到闪烁体的一端，因此该设备的最大检测能力受限于光学光子的进入光电倍增管或光电ニ极管的部分。基于筒体的表面被描述为2 r2+2 rh的事实，其中r是筒体的半径并且h是高度，那么光学光子的达到光电倍增管或光电ニ极管的一部分被表示为nr2/ (2Jir2+2Jirh)，对于其中h=r的闪烁体筒体仅得到33%的检测,或者对于其中h=2r的闪烁体得到25%的检测,或者对于h=3r的闪烁体得到14%的检测。仅当筒体高度被设置为零时该检测率达到100%。该问题的明显的解决方案是在闪烁体筒体的两端设置光电倍增管或光电ニ极管。即使这具有使得效率加倍的效果，但是收集效率将保持在100%以下。本发明为此目的必须补救或减少现有技术的缺陷中的至少ー个，或者至少提供对于现有技术的有用替代方案。该目的通过在下文说明书和下述权利要求书中详细说明的特征来实现。在进ー步的描述中，表达“光子”部分地被用作光子和其他电离粒子的集合概念。本发明提供一种设备，该设备显著地提高捕获和检测光子的效率以便由此通过能够更快地执行操作而不削弱统计质量或者通过以和早期相同的时间消耗执行操作来向这种设备的用户提供増加的灵活性，但是大体上增加数据采集从而提高測量结果的精确度。通过进ー步实现入射辐射的起始点在钻孔中的方向限定，用户能够制作井眼以及周围地质材料的真实360度图片。在油气エ业领域中，尤其在密度测井、随钻测井、在钻井和测井时測量中，将十分有益的是，除了能够限定光子的入射方向之外还能够提高光子的检测效率。提供ー种检测设备，其在收集和记录移动到筒状体积中的光子方面展示更大的效率，与此同时存在光子的起始点的方向限定。光子被用作测井检测器。设置具有多边形外围表面的筒状体。每个外围表面段均包括一定体积的闪烁体材料，该闪烁体材料被用于捕获电离光子，在所述闪烁体中形成光学光子时，所述电离光子能够由检测器(例如，电荷读取器)记录。借助准直仪单元，所述外围表面段对入射光子屏蔽，所述入射光子具有从与所述外围表面段的表面垂直偏离的运动方向。由此，提供关于所述入射光子的起始方向的信息。 所述设备包括下列主要部件a.设置成小面图案的检测器组件的�？榛�系统，其中所述检测器组件的活动表面被成切线地安装并且位于径向设置的附接臂上。所述检测器组件被连接到合适的信号处理系统。b.屏组件的系统，该屏组件被设置在每个检测器组件的外侧上，并且被设置成使得每个检测器元件仅接收具有与所述检测器组件垂直的方向的入射辐射或粒子。c.所述附接臂被用作热导体装置，以在由于不利的环境温度而必要时将远离所述检测器组件传导热。更具体而言，本发明涉及一种用于光子或电离粒子的检测设备，其中检测器系统配置有数个检测単元，每个检测单元均包括与电荷读取器上的读取器表面连接的闪烁体，所述闪烁体被设置成当捕获所述光子或电离粒子时在所述读取器表面上产生细胞电荷(cellular charge),其特征在于,在所述检测单元中设置有与所述电荷读取器相对地连接到所述闪烁体的准直仪，所述准直仪被设置成捕获运动方向与所述准直仪的纵向轴线重合的光子或电离粒子，并且拒绝运动方向与所述准直仪的纵向轴线偏离的光子或电离粒子，并且数个检测器系统设置成围绕检测器组件的中心轴线均匀地间隔开。形成一个检测器系统的检测单元能够具有在全部准直仪的纵向轴线上的重合方向。数个检测器系统能够以围绕内切圆均匀地隔开并且与该内切圆相切的方式设置。所述检测器系统能够被连接到设置成远离该检测器系统传导热到热导体的装置。优选地，所述检测器系统被设置在检测器框架上，在所述检测器框架中，所述热导体形成支承结构。所述检测设备能够由以数个检测器组件形成的堆形成，每个检测器组件均相对于相邻检测器组件进行了转动。对于所述设备的全部检测器组件，两个相邻检测器组件的旋转角度差能够相同。所述电荷读取器能够是图像芯片上的点。所述图像芯片能够从包括(XD、IXD和CMOS芯片的组中来选择。
所述检测器组件能够被设置在不透流体的旋转体中，所述旋转体形成对抗周围介质的射线可透屏障。所述设备能够包括辐射源，所述辐射源与所述检测器组件远离地设置并且沿所述设备的轴线方向借助辐射屏与所述检测器组件分离。在下文中描述了优选实施方式的示例，所述优选实施方式在附图
中可见，在附图中图Ia在原理上示出了具有现有技术光电倍増管或光电ニ极管的筒体，其中入射光子与闪烁体中的原子相互作用使得存在光学光子的散射；图Ib在原理上示出了分解的检测单元，该检测単元包括准直仪单元，入射光子被阻挡在该准直仪单元中，除非所述入射光子具有与准直仪单元中的轴线方向一致的方向；图2以立体图示出了数个类似的检测器组件堆，其中每个检测器组件均相对于相 邻组件/多个组件被旋转，并且为了说明的目的已经移除了准直仪；图3示出了检测器组件的剖面图，所述检测器组件由围绕中心热导体设置成六边形结构的六个检测器系统构成；图4示出了根据本发明的设备的剖面端视图；以及图5示出了容器的剖面图，该容器容纳该设备连同借助辐射屏与该设备分离的辐射源，该容器被设置在井眼中。在图Ia中示意性地示出了闪烁体S，其中根据现有技术，具有随机运动方向(用大箭头表示)的入射光子P影响闪烁体S中的原子，使得形成具有随机运动方向(用小箭头表示)的大量光学光子0P。ー些光学光子OP达到光电ニ极管或光电倍增管ro上的接收表面并且产生记录，而其它光学光子OP消失到周围环境中。在图Ib中示意性地示出了分解的检测单元11a，该检测単元配置有电荷读取器111 ;闪烁体112 ;以及准直仪单元113，该准直仪单元仅允许其运动方向与准直仪单元113的纵向轴线方向A重合的光子P通过。已经被准直的光子P’影响闪烁体材料112 (例如，碲化镉)，已经横跨闪烁体材料上设置电场(未示出)，并且光电子OP级联通过直接转换原理来形成，并且光电子OP在电场方向上移动并且被捕获在电荷读取器111的表面11 Ia上。电荷读取器111能够是被附接到闪烁体112上的(XD、IXD或CMOS类型的图像传感器。在优选的实施方式中，检测器单元11由多个这样的系统构成，由此形成多像素单元。在又一描述中，术语“检测器系统” IlUl1-Il6描述了多像素単元。检测器组件I (具体地见图3)包括多边形(在此示出为六边形)检测器框架12，其中数个附接臂122沿径向方向从在中心设置的热导体123延伸，在所述附接臂上在外端部中附接有板状基部121。在每个基部121上，安装有检测器系统IV·· 116。除了形成用于检测器系统Il1. · · Il6的基础外，检测器框架12还用作检测器系统Il1. . . Il6的热导体。每个检测器系统11均具有检测通路13。热导体123被设置在设备D的纵向轴线B上并且尽可能最远离设备D的呈现由与井流体62接触引起的最高温度的区域。热导体123能够用例如珀耳帖元件(未示出)的可利用的任何装置来冷却，以确保检测器系统Il1. . . Il6的最佳可能冷却。在图2中，示出了检测设备D，该检测设备通过将四个检测组件I1-I4在一起放置成堆来提供，其中所述检测组件I1-I4中的每个都相对于相邻检测器组件I1-I4进行了转动。为了说明目的，移除了准直仪113。在图4中，示出了当检测设备D包括四个检测组件I1-I4时该检测设备D的总覆盖面积。在一个实施方式中(见图5)，设备D围绕纵向轴线B旋转对称地设置在容器2中，从而形成在被保持在井眼6中的井流体62之间的射线可透屏障，其中带有其容器2的设备D被定位用于测井。井眼6借助外壳61以就其本身而言已知的方式抵靠地下结构7被限定。容器2适当地包括人工辐射源3。在辐射源3和设备D之间设置有辐射屏4，并且信号传输电缆5连接设备D连接到表面安装设备(未示出)，除了其它设置之外。当电离光子P从外壳61、井流体62或地下结构7被反射并且穿过射线可透容器2时，这些光子将被允许通过准直仪113或被拒绝，这取决于光子P的运动方向。如果该方向与准直仪113的纵向轴线A重合，那么光子P将通过，否则该光子将借助从准直仪113的结构散射的过程被阻挡，在优选的实施方式中，该准直仪由具有高原子序数的钨或其他材料或材料成分形成。 未被阻挡的入射(准直)光子P’影响已被施加电场的闪烁体112。在优选的实施方式中，使用碲化镉，这是因为当电场被施加到其上吋，碲化镉展示偶极化来自该结构的ー端的电子的特性。由此，积聚在闪烁体112的表面附近的电子可能在晶体的相反侧上形成电子“空穴”。当入射的电离光子P’遇上闪烁体112时，大量的电子被释放，从而移动到“亏损侧”，这些电子在该亏损侧处沉积在电荷读取器111的与闪烁体112紧密接触的读取器表面Illa上。即使在优选的示例性实施方式中使用碲化镉，也能够使用可提供电子偶极化和光子捕获的任何物质。由于被沉积在电荷读取器111的表面Illa上的细胞电荷的大小取决于入射光子P’的起始能量，因此可能确定所捕获的每个光子P’的能级，以便由此通过将来自数个入射光子P’的数据求和来执行光谱测量。电荷读取器111在优选的示例性实施方式中是CMOS类型的，但也能够是CCD或LDC类型的，该电荷读取器111毎秒被电子方式激活多次，这是因为由于光子捕获已经积聚在表面Illa上的电子被拉离。得到的读数被局部地录入在存储介质(未示出)的相应时间记录日志的数据集中，该存储介质形成为就其本身而言已知类型的信号处理系统(未示出)的一部分，该信号处理系统被设置成识别每个检测単元和每个读数。每个由一组电荷读取器111、闪烁体112以及准直仪113构成的检测单元Ila—起表示许多这种像素的ニ维组件中的单个像素，它们一起形成检测系统Il1-Ilp通过将检测器组件I1-I4沿检测设备D的纵向方向堆叠以及将它们相对于彼此绕纵向轴线旋转，实现检测器组件I1-I4之间的相互旋转角度Ar。由此获得大的总检测面积，在该总检测面积内，消除了具有不与其中ー个准直仪113重合的径向方向的光子和粒子的检测，并且由此限定入射准直光子P’的起始点的径向方向。
权利要求
1.一种用于光子或电离粒子(P)的检测设备(D)，其中，检测器系统(11)配置有数个检测单元(11a)，每个检测单元均包括与电荷读取器(111)上的读取器表面(Illa)连接的闪烁体(112)，所述闪烁体(112)被设置成当捕获所述光子或电离粒子(P)时在所述读取器表面(Illa)上产生细胞电荷，并且在该检测単元中设置有与所述电荷读取器(111)相对地连接到所述闪烁体(112)上的准直仪(113)，所述准直仪被设置成捕获运动方向与所述准直仪(113)的纵向轴线(A)重合的光子或电离粒子(P’)，并且拒绝运动方向与所述准直仪(113)的所述纵向轴线(A)偏离的光子或电离粒子(P’)，并且数个检测器系统(Il1... Il6)设置成围绕检测器组件(I)的中心轴线(B)均匀地间隔开，所述检测设备的特征在于，所述检测设备(D)由数个检测器组件(I1-I4)所形成的堆形成，每个检测器组件(I1-I4)均相对于相邻检测器组件(I1-I4)围绕所述检测器组件(I)的所述中心轴线(B)进行了转动(Ar)。
2.根据权利要求I所述的检测设备，其特征在于，形成检测器系统(11)的这些检测单元(Ila)具有在全部准直仪(113)的纵向轴线(A)上的重合方向。
3.根据权利要求2所述的检测设备，其特征在于，所述检测器系统(IV··Il6)以围绕内切圆均匀地间隔开并且与所述内切圆相切的方式设置。
4.根据权利要求I所述的检测设备，其特征在于，所述检测器系统(Il1.. . Il6)连接到设置成远离所述检测器系统(Il1. · · Il6)传导热的装置(122)而连接到导热结构(123)。
5.根据权利要求I所述的检测设备，其特征在于，所述检测器系统(Il1.. . Il6)被设置在检测器框架(12)上，在所述检测器框架中，所述导热结构(123)形成支承结构。
6.根据权利要求5所述的检测设备，其特征在于，对于所述检测设备(D)中的全部检测器组件(I1-I4)而言，两个相邻检测器组件(I1-I4)的旋转角度差(Ar)都相同。
7.根据权利要求I所述的检测设备，其特征在于，所述电荷读取器(111)是图像芯片上的点。
8.根据权利要求7所述的检测设备，其特征在于，所述图像芯片(111)从包括(XD、IXD和CMOS芯片的组中来选择。
9.根据权利要求I所述的检测设备，其特征在于，所述检测器组件(I1-I4)被设置在不透流体的旋转体(2)中，所述旋转体形成对抗周围介质(62)的射线可透屏障。
10.根据权利要求I所述的检测设备，其特征在于，所述检测设备包括辐射源(3)，所述辐射源与所述检测器组件(I1-I4)远离地设置并且沿所述检测设备(D)的轴线方向借助辐射屏(4)与所述检测器组件(I1-I4)分离。
全文摘要
描述了一种用于光子或电离粒子(P)的检测设备(D)，其中，检测器系统(11)配置有数个检测单元(11a)，每个检测单元均包括与电荷读取器(111)上的读取器表面(111a)连接的闪烁体(112)，所述闪烁体(112)被设置成当捕获所述光子或电离粒子(P)时在所述读取器表面(111a)上产生细胞电荷，在所述检测单元中设置有与所述电荷读取器(111)相对地连接到所述闪烁体(112)上的准直仪(113)，所述准直仪被设置成捕获运动方向与所述准直仪(113)的纵向轴线(A)重合的光子或电离粒子(P’)，并且拒绝运动方向与所述准直仪(113)的所述纵向轴线(A)的方向偏离的光子或电离粒子(P’)。
文档编号G01V5/04GK102822697SQ201180015127
公开日2012年12月12日 申请日期2011年3月22日 优先权日2010年3月25日
发明者菲尔·蒂格 申请人:Xr投资公司