[发明专利]一组隔开的声波收发器阵列及测量仓储装置物料量的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一组隔开的声波收发器阵列及测量仓储装置物料量的方法。

发明背景

对液体库存进行监测一般比较简单。相比之下，对由堆积在仓储装置(如筒仓)内的颗粒组成的散装固体库存进行监测往往很难。这种散装固体库存的实例包括建筑用水泥和沙子、谷物、肥料等。对仓储装置内的散装材料的物位(level)的测量是个尚未充分解决的问题。仓储装置内的条件通常不好(灰尘、极端温度等)，并且储存在仓储装置中的散装材料的物料通常没有平坦的表面，并且并不总是各向同性的。其它困难来自于使用的各种各样的仓储装置形状，以及一些仓储装置内的爆炸性空气。

如本文所用的术语“仓储装置(bin)”的范围包括用于散装颗粒状固体的任一种储存容器，其结构限定用于接收并储存固体的内部容积。这种仓储装置可以是上下及所有侧面都是封闭的，当仓储装置是筒仓、容器或水箱时即是如此，或者上面或一个或多个侧面可以是打开的。在下文本发明的详细说明中所使用的“仓储装置”的实例是筒仓；但本领域技术人员将清楚的是如何将本发明的原理应用于任何类型的仓储装置。

已知有五种主要方法用于对仓储装置(如筒仓)的物料量进行连续测量。

一种机电(yo-yo)物位传感器基本上由在一卷带子的一端的重物组成。重物被允许在筒仓中下降到物料的上表面所处的深度。当重物停留在物料的顶部时，带子的张力减弱。然后重物被收回到顶部设定点。由收回重物所需要的时间或由测量出的带子长度来推断物料的高度。

机械装置(如yo-yo传感器)并不可靠。其往往会被灰尘堵塞且被筒仓内的障碍物(如泵和杆)卡住。

超声波物位传感器根据超声波声波发射和接收的原理工作。来自发射器的高频声波被物料的上表面反射到接收器。物料的高度是由往返传输时间来推断的。这种传感器的范围有限且在有灰尘存在的情况下运转不良。此外，这种装置需要针对不同类型的筒仓进行定制设计。

雷达物位传感器根据电磁波发射和接收的原理工作。来自发射器的电磁波被物料的上表面反射到接收器。物料的高度是由往返传输时间来推断的。这种传感器的单点测量并不适用于散装固体。

电容传感器测量两个金属杆之间或金属杆和地之间的电容。因为筒仓物料具有与空气不同的介电常数，所以电容根据两杆之间或杆和地面之间的物料的上表面的物位而改变。这种传感器往往是不准确的，且对储存在筒仓内的材料的湿度和类型敏感。

上面讨论的所有的现有技术传感器对物料的形状均不敏感，所以在一种称为“锥形化”的常见现象存在时是不准确的，此现象在散装颗粒状固体通过仓储装置的底部被取出时发生：倒锥形孔，其顶点位于取出点的正上方，往往在散装颗粒状固体中形成。当散装颗粒状固体从顶部添加到仓储装置中时也发生类似的现象：固体往往堆积成锥形，其顶点位于固体添加点的正下方。这些传感器也在具有复杂的几何形状的仓储装置内和在有障碍物存在的情况下运转不良。

重量计通过测量支撑筒仓的杆内的张力来测量移动筒仓及其物料的重量。这种重量计的安装较复杂，并且它们只适合于带有金属支架的移动筒仓。

因此，人们广泛意识到需要一种测量仓储装置的物料，且特别是检测障碍物并将克服上述目前已知方法的缺点的方法，并且找到这种方法将会是非常有利的。

发明概述

提供了用于评估仓储装置的物料量的系统和方法。

根据本发明的实施例，可以提供用于评估仓储装置的物料量的方法，该方法可以包括：(a)在第一时间点并且通过第一声波收发器阵列发射第一声波脉冲；(b)由第二声波收发器阵列接收第一声波脉冲的回波；以及(c)处理第一声波脉冲的回波，以帮助提供与物料量有关的第一估计。第二声波收发器阵列与第一声波收发器阵列不同。

第一声波收发器阵列和第二声波收发器阵列相互间隔开，以便它们以基本上不同的角度从同一反射点接收回波。例如，第一声波收发器阵列和第二声波收发器阵列之间的距离是第二声波收发器阵列的换能器之间的距离的至少十倍。换句话说，第一声波收发器阵列和第二声波收发器阵列不能被认为形成了单一相控阵列，因为它们彼此间隔地太远。

所述方法可以包括：通过第一声波收发器阵列接收第一声波脉冲的另一回波；以及处理第一声波脉冲的另一回波，以帮助提供与物料量有关的第二估计。

所述方法还可以包括在第二时间点并且通过第二声波收发器阵列发射第二声波脉冲；其中，第二时间点与第一时间点不同；通过第一声波收发器阵列接收第二声波脉冲的回波；以及处理第二声波脉冲的回波，以帮助提供与物料量有关的第三估计。