CN105157814A - 一种道路运输托盘货物非接触检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种道路运输托盘货物非接触检测装置，由检测单元和活动极板组成；检测单元包括交流激励、电容检测放大、检波、低通滤波、凋零、单片机处理、无线通信电路，电池供电；检测单元和活动极板通过紧固圈固着在货垛中段，设有紧固搭扣调节松紧；检测单元具有唯一序号，和无线通信基站保持指令数据通信，无线通信基站安装在运输车辆上，实时采集货垛位置偏移数据；本发明采用电容传感器检测货垛之间位置偏移，货垛之间保持非接触，安全可靠；采用检测单元和活动极板分离技术方案，提高检测装置安装组合灵活性，便于按需部署；成本低、能耗低，可重复使用，具有广阔市场应用前景。

Description

一种道路运输托盘货物非接触检测装置

技术领域

本发明涉及一种道路运输托盘货物非接触检测装置，尤其涉及采用电容式传感器检测物流平托盘装载货物在途振动状况的无线感知装置，属于测量测试技术领域。

背景技术

近年来，我国道路运输的货运量保持较快增长，运输市场出现供大于求的局面，道路运输在货运量、周转量等方面均遥遥领先于铁路、水路运输方式的总合。目前，人口20万以上的城市高速公路连接率达到90％。

便捷的道路网络对道路运输方式的选择起着十分重要的作用，在中短途运输中，由于道路运输可以实现“门到门”直达运输，中途不需要倒运、转运就可以直接将货物运达目的地，因此，与其他运输方式相比，其货物在途时间较短，运送速度较快。

但是由于全国道路建设的投入、标准、规格具有地域性和时效性，有的路段路况较好，而有的路段路况较差；同样，参与运输的汽车车辆也存在着车况的差异，吨位越大的货车车辆稳定性越好，吨位越小的货车车辆稳定性欠佳。另一方面，货物在货车车厢内的堆列状况也对货物在途的动力学特征产生影响，有经验的物流公司增加货物防撞措施，从而降低货物在途运输的破损损失。

托盘运输是道路运输的单元化、集成化运输的一种有效方式，托盘运输是以物流托盘为载体，承运货物堆垛在物流托盘平面上，便于机械作业，和周转作业，托盘因此也被誉为“移动的货台”。

但是托盘运输过程中，托盘与货物之间缺乏固定装置，为了加强货物的稳固性，现有技术采用打包捆扎带捆扎、裹膜打包、车载气囊等方式对货物和托盘进行加固，从而增加了包装成本。

对于具有相对固定的运输线路、运输车辆，以及货物特征的短途托盘运输，路况较好的路段，不需要额外的组垛包装，而路况较差的路段则需要额外的组垛包装，如何确定组垛包装的方式和强度，是节约包装耗材成本，降低包装作业时间，提高托盘运输效率，节能减排的重要措施手段。

为了获得货物组垛在运输途中的动力学特征数据，就需要对货物在运输途中的相对位置偏移状态进行检测测量，由于货物组垛形式多样，为了便于安装相对位置偏移检测传感器，本发明提供一种采用电容式传感器的货物在途振动的非接触检测装置。

发明内容

本发明目的在于解决现有上述技术难题，提供一种道路运输托盘货物非接触检测装置，具体地说，采用非接触式电容传感器，其单个检测装置由检测单元和检测单元活动极板组成；

所述检测单元和检测单元活动极板分开使用，分别安装在相邻货垛的相对侧柱面的相同位置，使得检测单元的电容固定极板和检测单元活动极板的中心点互相正对；

作为优选，检测单元的电容固定极板和检测单元活动极板同为圆形或矩形，活动极板的长宽尺寸为固定极板的2倍；

所述检测单元电路由交流激励、电容检测放大电路、检波电路、低通滤波电路、凋零电路、单片机处理电路，及无线通信电路组成；采用电池供电，所述交流激励产生一定频率和幅度的正弦信号，通过包含电容传感器的电容检测放大电路，输出移相后的交流信号，进入检波电路，输出单向脉动信号，再经过低通滤波电路，滤除汽车电子、无线通信带入的高频信号分量，由单片机处理电路进行模拟/数字转换后，通过无线通信电路实时发送出去；所述调零电路作用于单片机处理电路，用于两个货垛之间初始位置的调零校准；

所述检测单元和检测单元活动极板通过紧固圈固着在货垛的中断，紧固圈设有紧固搭扣用于根据货垛尺寸调节松紧并速紧设备；

作为优选，一个货垛的四个侧柱面分别安装第一检测单元、第二检测单元活动极板、第三检测单元、第四检测单元活动极板，分别和四个相邻货垛的第一检测单元活动极板、第二检测单元、第三检测单元活动极板、第四检测单元成对组成检测装置；

所述检测单元具有唯一的单元序号，通过无线通信方式和无线通信基站保持指令和数据通信，无线通信基站安装在运输车辆上，实时采集车厢内托盘货物的位置偏移状态数据；

作为优选，每个检测装置每隔检测时间间隔进行一次电容传感器电容值检测，记录电容值的变化量，用以表征货垛之间位置变化量，得到随货物在途时间变化的数列，结合GPS数据分析不同路况的货物振动情况。

综上所述，本发明所提出的技术方案的有益技术效果是：采用电容式传感器检测货垛之间的位置偏移，货垛之间保持非接触，检测装置安全可靠；采用检测单元和活动极板分离的技术方案，提高了检测装置安装组合的灵活性，便于按需部署检测装置；电容式传感器成本低、能耗低，可重复使用，具有广阔的市场应用前景。

附图说明

图1是本发明一种道路运输托盘货物非接触检测装置的安装实施例示意图；

图2是本发明一种道路运输托盘货物非接触检测装置的位置偏移检测实施例立体示意图；

图3是本发明一种道路运输托盘货物非接触检测装置实施例的检测原理图；

图4是本发明一种道路运输托盘货物非接触检测装置的电路框图；

图5是本发明一种道路运输托盘货物非接触检测装置实施例的托盘货物在途振动信号波形示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案进一步说明。

实施例：本发明的道路运输托盘货物非接触检测装置的一个实施例的安装图(如图1)中，一个物流平托盘100对称装载有九个货垛，以中央货垛109为例，其四个侧柱面分别安装有第一检测单元102、第二检测单元活动极板104、第三检测单元106、第四检测单元活动极板108；和中央货垛109相邻的其他货垛：第一货垛110、第二货垛113、第三货垛112、第四货垛111的相对应位置安装第一检测单元活动极板101、第二检测单元103、第三检测单元活动极板105、第四检测单元107；中央货垛109的第一检测单元102、第二检测单元活动极板104、第三检测单元106、第四检测单元活动极板108由紧固圈114紧贴中央货垛109的四个侧柱面安装；每个检测单元具有唯一的单元序号，通过无线通信方式和无线通信基站115保持指令和数据通信；无线通信基站115安装在运输车辆上，实时采集车厢内托盘货物的位置偏移状态数据。

实施例：本发明的道路运输托盘货物非接触检测装置的一个实施例(如图2)中，图1中的第一检测单元102通过紧固圈114固着在中央货垛109的中段，以保证固着稳固，紧固搭扣200用于根据货垛尺寸调节松紧并束紧设备；第一检测单元活动极板101通过紧固圈114固着在第一货垛110的中段，同样，通过紧固搭扣200调节松紧程度；第一检测单元102正对第一检测单元活动极板101，中央货垛109和第一货垛110之间的相对位置发生偏移、偏转时，第一检测单元102的固定电容极板和第一检测单元活动极板101之间的间距和角度发生变化，从而改变电容传感器容值，由第一检测单元102的检测电路提取变化量，作为跟踪中央货垛109和第一货垛110之间的位置偏移的采集数据。

实施例：本发明的道路运输托盘货物非接触检测装置的一个实施例的原理图(如图3)，图中示出两种改变电容传感器容值的情况：平移和旋转；两极板组成的电容传感器的容值C如果忽略边缘效应，可由公式计算：

$C=\frac{\mathrm{\ϵS}}{d}$

式中ε为两极板间介质的介电常数，在此为空气的介电常数；S为两极板间相互投影面积；d为两极板间的距离；

平移的实施例：检测单元固定极板300和活动极板原始位置301之间的距离为活动极板原始距离305，对应两个货垛之间原始位置的电容值；检测单元固定极板300和活动极板平移后位置302之间的距离为活动极板平移后距离304，对应两个货垛之间平移后位置的电容值；

旋转的实施例：检测单元固定极板300和活动极板原始位置301之间的相互投影面积为原始投影面积306，对应两个货垛之间原始位置的电容值；检测单元固定极板300和活动极板旋转后位置303之间的相互投影面积为旋转后投影面积307，对应两个货垛之间旋转后位置的电容值；

由于在货物运输过程中，虽然在车厢内货物位置偏移的幅度受到限制，但是为了减低两个极板的失配概率和降低边缘效应，活动极板的长宽尺寸为固定极板的2倍，两个极板同为圆形或矩形，且两者中心点互相正对。

如图4所示，本发明道路运输托盘货物非接触检测装置的电路框图，由交流激励400、电容检测放大电路402、检波电路404、低通滤波电路406、调零电路407、单片机处理电路408，及无线通信电路409组成，电池供电；所述交流激励400产生一定频率和幅度的正弦波信号401，通过包含电容传感器的电容检测放大电路402，输出移相后的交流信号403，进入检波电路404，输出单向脉动信号405，再经过低通滤波电路406，滤除汽车电子、无线通信带入的高频信号分量，由单片机处理电路408进行模拟/数字转换后，通过无线通信电路409实时发送出去，调零电路407作用于单片机处理电路408，用于两个货垛之间初始位置的调零校准。

实施例：本发明道路运输托盘货物非接触检测装置托盘货物在途振动信号波形示意图(如图5)，由于提高两个货垛之间的位移、旋转绝对值的测量精度需要复杂的电路，且增加检测电路的能耗，对于道路运输托盘货物的在途振动情况，只需要检测振动带来的电容值的变化值，以此表征货垛之间位置变化量，电容传感器两个极板之间的平移和旋转都会带来电容值的改变，在此不加以区分；

因此，图中每隔检测时间间隔500进行一次电容传感器电容值检测，记录电容值的变化量，用以表征货垛之间位置变化量，得到随货物在途时间变化的数列，变化量平稳的表明处于平稳路段501，变化量剧烈的表明处于颠簸路段502，结合GPS数据分析路段的振动情况。

Claims (4)

1.一种道路运输托盘货物非接触检测装置，其特征在于：单个检测装置由检测单元和检测单元活动极板组成；

所述检测单元和检测单元活动极板分开使用，分别安装在相邻货垛的相对侧柱面的相同位置，使得检测单元的电容固定极板和检测单元活动极板的中心点互相正对；

所述检测单元电路由交流激励、电容检测放大电路、检波电路、低通滤波电路、凋零电路、单片机处理电路，及无线通信电路组成，采用电池供电；

所述交流激励产生一定频率和幅度的正弦信号，通过包含电容传感器的电容检测放大电路，输出移相后的交流信号，进入检波电路，输出单向脉动信号，再经过低通滤波电路，滤除汽车电子、无线通信带入的高频信号分量，由单片机处理电路进行模拟/数字转换后，通过无线通信电路实时发送出去；所述调零电路作用于单片机处理电路，用于两个货垛之间初始位置的调零校准；

所述检测单元和检测单元活动极板通过紧固圈固着在货垛的中段，紧固圈设有紧固搭扣用于根据货垛尺寸调节松紧并速紧设备；

所述检测单元具有唯一的单元序号，通过无线通信方式和无线通信基站保持指令和数据通信，无线通信基站安装在运输车辆上，实时采集车厢内托盘货物的位置偏移状态数据。

2.如权利要求1所述一种道路运输托盘货物非接触检测装置，其特征在于：所述检测单元的电容固定极板和检测单元活动极板同为圆形或矩形，活动极板的长宽尺寸为固定极板的2倍。

3.如权利要求1所述一种道路运输托盘货物非接触检测装置，其特征在于：所述检测装置安装在一个货垛的四个侧柱面，即：第一检测单元、第二检测单元活动极板、第三检测单元、第四检测单元活动极板，分别和四个相邻货垛的第一检测单元活动极板、第二检测单元、第三检测单元活动极板、第四检测单元成对组成检测装置。

4.如权利要求1所述一种道路运输托盘货物非接触检测装置，其特征在于：所述检测装置每隔检测时间间隔进行一次电容传感器电容值检测，记录电容值的变化量，用以表征货垛之间位置变化量，得到随货物在途时间变化的数列，结合GPS数据分析不同路况的货物振动情况。