CN102669000B - 一种利用电容法检测物料成分和重量的智能食槽 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用电容法检测物料成分和重量的智能食槽，包括盛装物料的容器以及布置在容器上并具有一定表面积的一对或者多对板状电极，所述电极与根据测量出的电极间的电容量计算电极间介质的相对介电常数和电极间的距离进而分别估算出物料成分和重量的估值装置相连接。本发明所提出的智能食槽使用电容检测技术，具有成本低，使用简单，不容易损坏等优点。本发明所使用的电容检测技术在识别剩余物料的重量的同时还能简单识别食槽内的物料成分，可以达到节省饲料和药水、塑体、早期疾病防控等功能。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用电容法检测物料成分和重量的智能食槽。
背景技术
食槽是现代自动化养猪场的必备设备，但目前市场现有产品中，只有两种食槽，分别如下：
第一种食槽没有检测反馈设备，如nadap公司和农科所生产的设备，这些设备只有针对母猪，这种食槽具有使用简单的优点，但使用前必须进行一个星期以上的培训，目的是让猪只适应这种食槽，把每次投料都吃的干净；如果猪只进入食槽，食槽投料了但由于某种原因没吃料，会造成饲料浪费的情况。
第二种食槽具有称重反馈设备，这种设备是检测食槽中有一定量的料就不继续投料，其具有可以准确反馈食槽中有多少料的优点，但如果食槽存一定量的水，也会认为存在一定量的料，就不投料，除非猪会把水喝完，而且称重设备成本高，容易损坏，由于猪的生物特性，喜欢用嘴巴去拱东西，而且力气较大。容易造成设备的损坏。
另外，以上两种食槽均不具有识别食槽内物料成分的功能，在错误投料或者投入的物料成分偏差较大的情况下，并不能给出反馈信息。
发明内容
为了克服以上技术的不足并满足市场的需要，本发明的目的在于提供一种智能食槽, 智能检测食槽内物料的成分以及剩料的数量，避免浪费饲料。
理论上，在两个平行电极之间的电容值C可利用以下方程式计算得出：
其中Q为电荷量，∆V为电势差，ε0 为相对介电常数，A为电极的面积，d为电极之间的距离。
这样，若测量环境的变化使上式中Ａ、ｄ和ε0三个参数中任意一个发生变化，都会引起电容量的相应变化。通过配置合适的测量电路，即可将电容值的变化转换为所需要的测试值。
具体来说，如果保持其中两个参数不变，而仅仅改变另外一个参数，而且使该参数与被测量参数之间存在某一函数关系，那么被测量参数的变化就可以直接由电容量Ｃ的变化反映出来。比如，在面积A和距离d已知而且不变的情况，计算获得相对介电常数ε0 的值，然后再根据相对介电常数ε0的值得出物料的成分；或者，在面积A和相对介电常数ε0已知而且不变时，获得电极之间的距离d的值，在根据d的值估算出物料的重量。
根据以上原理，本发明采取的技术方案为：
一种利用电容法检测物料成分和重量的智能食槽，其包括盛装物料的容器、布置在容器上并具有一定表面积的一对或者多对板状的电极以及与电极相连接的估值装置，其中，所述估值装置利用方程式Ｃ= ε0*A/d，基于测量出的电极间的电容量C以及给定的电极的表面积A,在电极间距离d已知并不变时，计算电极之间物料的相对介电常数ε0，进而根据计算出的相对介电常数ε0估算物料的成分，和/或在电极间的介质的相对介电常数ε0已知时，计算出电极间的距离d，进而根据计算出的距离d估算出物料重量。
作为以上技术方案的一种优化，电极平行布置在容器的相对侧壁上。
作为以上技术方案的一种优化，金属制成的容器的一侧壁为电极。
作为以上技术方案的一种优化，电极在容器的侧壁和底部上成垂直布置。
作为以上技术方案的一种优化，电极平行布置在容器的底部。
本发明的有益效果是：
相比市场上现有的食槽产品，本发明所提出的智能食槽使用电容检测技术，具有成本低，使用简单，不容易损坏等优点。本发明所使用的电容检测技术在识别剩余物料的重量的同时还能简单识别食槽内的物料成分，如果与平常喂料成分差异很大（如全是水，或者水很多，料太少），就能识别出来。配合相应的智能喂养系统，很好的解决猪对新的食槽环境的适应过程，尤其是从自由采食到定量投食，可以达到节省饲料和药水、塑体、早期疾病防控等功能。
附图说明
以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
图1为平行板电容模型；
图2为金属容器的成分测量示意图；
图3为非金属容器的成分测量示意图；
图4为重量测量的示意图。
具体实施方式
在两个平行板电极之间的电容值C可利用以下方程式计算得出：
其中Q为电荷量，∆V为电势差，ε0 为相对介电常数，A为电极的面积，d为电极之间的距离。
这样，若测量环境的变化使上式中Ａ、ｄ和ε0等3个参数中任意一个发生变化，都会引起电容量的相应变化。通过配置合适的测量电路，即可将电容值的变化转换为所需要的测试值。
即是说，如果保持其中两个参数不变，而仅仅改变另外一个参数，而且使该参数与被测量参数之间存在某一函数关系，那么被测量参数的变化就可以直接由电容量Ｃ的变化反映出来。比如，在面积A和距离d已知而且不变的情况，计算获得相对介电常数ε0 的值，然后再根据相对介电常数ε0的值得出物料的成分；或者，在面积A和相对介电常数ε0已知而且不变时，获得电极之间的距离d的值，在根据d的值估算出物料的重量。根据这一原理，本发明的目的得以实现。
参见图1、2、3和4，本发明所公开的智能食槽具有一个容器1以及设置在容器1侧壁或者底部的一对或者多对电极2，所述电极2与估值装置（即测量电路）相连接。
在本发明的一个优选实施例中，用于测量物料成分的1对电极2（电极a和电极b）分别设置在容器相对的侧面上。对于导电的金属容器1，可采用图2的方法，其中片状电极a平行放置在金属容器1的一个侧壁上，并采用金属容器1的另一个侧壁为电极b。当物料满过检测点（电极a）位置时，电极a和电极b之间的电容，有明显的变化。在容器的电极a的水平面位置增加若干电极a，可提高测量精度。在容器垂直位置放置多个电极2，可测量不同高度的物料。
在本发明的另一个优选实施例中，用于测量物料成分的1对电极2同样分别设置在容器相对的侧面上，但其中容器1为非金属容器，即容器1不导电。如图3所示，电极a和电极b均为片状电极，分别平行设置在容器1的相对侧壁的内侧。同样地，当物料满过检测点（电极a）位置时，电极a和电极b之间的电容，有明显的变化。在容器的电极a的水平面位置增加若干测试电极a，可提高测量精度。在容器垂直位置放置多个电极2，可测量不同高度的物料。
对于以上两个实施例，其中一个电极2可设置在容器底部，也可达到同样的效果。
对于物料重量的测量，参加图4，两个电极2平行放置在容器1底部，并互相之间隔开一定的距离，其中，举例来说，电极a固定在容器1底部，而电极b固定在支撑容器1的支撑面上，容器1与支撑面之间设有弹性支撑物，而电极a和电极b之间充有具有已知相对介电常数ε0的介质。这样，当容器1总物料重量变化时，电极a和电极b之间的距离d在物料的重量压力下随之变化，根据电容值C的变化，估值装置即可高精度推算物料重量。
以上所述只是本发明优选的实施方式，其并不构成对本发明保护范围的限制，只要是以基本相同的手段实现本发明的目的都应属于本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种利用电容法检测物料成分和重量的智能食槽，其特征在于：其包括盛装物料的容器（1）、布置在容器（1）上并具有一定表面积的一对或者多对板状的电极（2）以及与电极（2）相连接的估值装置，其中，所述估值装置利用以下方程式:
Ｃ=ε0*A/d，
基于测量出的电极（2）间的电容量C以及给定的电极（2）的表面积A，在电极（2）间距离d已知时，计算电极（2）之间物料的相对介电常数ε0，进而根据计算出的相对介电常数ε0估算物料的成分，和/或在电极（2）间的介质的相对介电常数ε0已知时，计算出电极（2）间的距离d，进而根据计算出的距离d估算出物料重量；
多个电极（2）平行布置在容器（1）的相对侧壁上，此外一对电极（2）平行布置在容器（1）的底部。
2.根据权利要求1所述的利用电容法检测物料成分和重量的智能食槽，其特征在于：金属制成的容器（1）的一侧壁为电极（2）。
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