CN105928474B - 粮仓内粮面位置探测设备及探测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种粮仓内粮面位置探测设备及探测方法。所述粮仓内粮面位置探测设备，包括：发射天线；接收天线，与发射天线在粮仓两侧的相对放置，用于接收发射天线发送的微波信号；信号发射和接收单元，分别与发射天线和接收天线电性连接，用于向发射天线发射微波信号并接收来自接收天线的微波信号；控制器，与信号发射和接收单元电性连接，用于控制信号的发射和接收，其中，发射天线和接收天线能够沿着粮仓的高度方向移动，来不断调节探测位置。本发明中的粮仓内粮面位置探测设备，利用微波透射方法探测粮面位置克服了墙体因素的影响，由于该探测设备布置在粮仓外部使用，在不用打开仓门的情况下便可探测粮仓内粮面位置。

Description

粮仓内粮面位置探测设备及探测方法

技术领域

本发明涉及探测技术，更具体地，涉及一种粮仓内粮面位置探测设备及探测方法。

背景技术

我国是储粮大国，每年我国都会开展的粮食库存检查，在粮食库存检查的工作中，有时会出现被检查粮仓刚刚进行完熏蒸处理，不能打开仓门进行检查的情况。此时，如果使用一定的测量仪器在粮仓外面检查仓中是否有装粮，或标识出装粮线的位置，就以减少双方的争议。

国家储备粮所使用的粮仓95％为平房仓，粮仓跨度大于18米，墙厚大于0.5米，装粮高度大于5米，粮仓上部不小于1.5米部分为空气。在论文《粮仓储粮数量检查新方法探讨》(载于《粮食储藏》2010年第5期)中提出使用探地雷达天线沿粮仓壁由上而下或由下而上垂直移动，根据不同介质表面对微波的反射强度不同的原理，可以在装粮面处发现探地雷达信号的改变，依据信号变化类型的特征，反演出内部结构，并判断装粮面位置的方法。在假定墙壁均匀的条件下，还可以使用射线背散射测量仪器，沿墙壁自下而上或自下而下进行测量，在散射光子的强度发生突变的地方就可以认为是粮面。使用冲击回波法在测量时，对于粮仓的墙壁，厚度、及截面类型相同时，根据波速，频率值的变化就可以区分出与粮仓墙壁相邻的物质是粮食还是空气，然后通过多点测量的方法定位出装粮面的位置。

上述使用探地雷达、射线背散射、冲击回波检测粮仓中的装粮面方法，要比较粮面引起的测量差异和墙体因素(如墙厚度不均、材料变化、钢筋疏密)引起的测量差异，测量结果的准确度不高，无法在粮食库存检查中应用。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种在不用打开仓门的情况下便可探测粮仓内粮面位置的粮仓内粮面位置探测设备及探测方法。

本发明的另一目的在于提供一种能够大大提高探测效率的粮仓内粮面位置探测设备及探测方法。

根据本发明的第一方面，提供一种粮仓内粮面位置探测设备，其特征在于，包括：发射天线；接收天线，与所述发射天线间隔一定距离的对应设置，用于接收所述发射天线发送的微波信号；信号发射和接收单元，分别与所述发射天线和接收天线电性连接，用于向所述发射天线发射微波信号并接收来自接收天线的微波信号；控制器，与所述信号发射和接收单元电性连接，用于控制信号的发射和接收，其中，发射天线和接收天线能够沿着所述粮仓的高度方向移动，来不断调节探测位置。

优选地，还包括第一动力装置和第二动力装置，所述发射天线和接收天线分别安装在所述第一动力装置和第二动力装置上，所述第一动力装置和第二动力装置分别用于驱动所述发射天线和接收天线沿着粮仓的高度方向运动。

优选地，所述第一动力装置和第二动力装置分别与所述控制器电性连接，并在所述控制器的控制下运行。

优选地，所述第一动力装置和第二动力装置各自包括第一动力单元，分别用于驱动所述发射天线和接收天线做竖直运动。

优选地，所述第一动力单元为齿轮齿条传动结构。

优选地，所述第一动力装置和第二动力装置还各自包括第二动力单元，分别用于驱动所述发射天线和接收天线做水平运动。

优选地，包括连接杆，所述发射天线和接收天线通过各自的连接杆分别固定在第一动力装置和第二动力装置上。

优选地，所述连接杆为可伸缩式结构。

优选地，还包括位移传感器，所述位移传感器设置于所述发射天线和接收天线连接杆的至少其中之一上。

优选地，所述位移传感器与所述控制器电性连接。

优选地，所述信号发射和接收单元包括发射机和接收机，两者分别与控制器电性连接。

优选地，所述发射机与发射天线电性连接，所述接收机与接收天线电性连接。

优选地，还包括与所述控制器电性连接的显示装置，所述显示装置接收并显示所述控制器传送的信号。

优选地，所述发射天线为定向天线。

根据本发明的第二方面，提供一种粮仓内粮面位置的探测方法，包括以下步骤：多次发射微波信号，并进行接收；对接收到的微波信号进行幅度测量，并根据测量结果多次调整微波信号的发射和接收位置，直至测量到的幅度值达到预定值。

优选地，还包括以下步骤：在对接收到的微波信号进行幅度测量后，首先判定该次幅度测量是否为第一次幅度测量，当该次幅度测量为第一次幅度测量时，将第一次幅度测量得到的幅度值记录为第一幅度值，并沿着粮仓高度方向朝向下方继续移动微波信号的发射和接收位置，当该次幅度测量不是第一次幅度测量时，进入下一步的幅度测量值比较步骤。

优选地，所述幅度测量值比较步骤包括：当幅度测量值大于等于第二幅度值时，继续沿着粮仓高度方向朝向下方移动微波信号的发射和接收位置，当幅度测量值小于第二幅度值时，记录此时微波信号的发射高度，结束探测。

优选地，所述第二幅度值为第一幅度值的1/4-1/2。

优选地，还包括以下探测步骤：沿着所述粮仓的长度方向，设置多个探测位置，并在所述多个探测位置上分别进行探测。

本发明提供的粮仓内粮面位置探测设备，利用微波透射方法探测粮面位置克服了墙体因素的影响，由于该探测设备布置在粮仓外部使用，实现了完全不接触式探测，在不用打开仓门的情况下便可探测粮仓内粮面位置，提高了探测效率。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。

图1为根据本发明实施例的粮仓内粮面位置探测设备的应用状态示意图。

图2为根据本发明实施例的粮仓内粮面位置探测设备的结构示意图；

图3为根据本发明实施例的粮仓内粮面位置探测设备的探测流程图。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本发明的各种实施例。在各个附图中，相同的元件采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。

参考图1-2，根据本发明实施例的粮仓内粮面位置探测设备，用于设置在粮仓3000的外部来检测粮仓内的粮面1000的位置，包括：

发射天线1；

接收天线2，与所述发射天线1间隔一定距离的对应设置，用于接收所述发射天线1发送的微波信号；

信号发射和接收单元3，分别与所述发射天线1和接收天线2电性连接，用于向所述发射天线1发射微波信号并接收来自接收天线2的微波信号；

控制器4，与所述信号发射和接收单元3电性连接，用于控制信号的发射和接收。其中，发射天线1和接收天线2能够沿着所述粮仓的高度方向移动，来不断调节探测位置。

优选的，所述发射天线1为定向天线，并与所述接收天线2相配合，用来定向发射接收微波信号。

进一步的，所述粮仓内粮面位置探测设备，还包括第一动力装置5和第二动力装置6，所述发射天线1和接收天线2分别安装在所述第一动力装置和5第二动力装置6上，所述第一动力装置和第二动力装置分别用于驱动所述发射天线和接收天线沿着粮仓的高度方向运动。

所述第一动力装置5和第二动力装置6分别与所述控制器4电性连接，并在所述控制器4的控制下运行。所述第一动力装置5和第二动力装置6各自包括第一动力单元(图中未示)，分别用于驱动所述发射天线1和接收天线2做竖直运动，从而调整微波信号的发射和接收位置。

进一步的，所述第一动力装置5和第二动力装置6还各自包括第二动力单元(图中未示)，分别用于驱动所述发射天线1和接收天线2做水平运动，从而沿着粮仓的长度方向进行多点探测。当然，也可省掉所述第二动力单元，仅通过在所述第一动力装置5和第二动力装置6的底座上设置例如万向轮的部件，通过推动或者拉动的方式，同样可以实现对发射天线和接收天线的水平移动。

在所述两个动力装置上还设置有连接杆100，所述发射天线1和接收天线2通过各自的连接杆分别固定在第一动力装置和第二动力装置上。优选地，所述连接杆为可伸缩式结构，这样可以根据需要调整杆的长度，同时便于折叠携带。

在一个实施例中，所述第一动力单元为齿轮齿条传动结构，齿轮通过电机驱动，齿条的一端与所述连接杆连接，另一端与所述齿轮啮合。电机接收来自控制器的命令转动，带动所述连接杆100，驱动所述发射天线和或者接收天线上下移动。本技术领域人员应该理解，齿轮齿条传动结构仅为其中的一种实施方式，其他能够实现相同或者类似运动的传动结构均属于本发明的构思。

进一步的，所述粮仓内粮面位置探测设备还包括有位移传感器(图中未示)，例如拉线式位移传感器。在其中一个实施例中，所述位移传感器设置于第一动力装置5上，例如将拉线传感器固定在第一动力装置5上，并将其拉线端固定在相应连接杆100与所述发射单元1相连接的一端的端部，发射单元1上下移动来带动拉线传感器的拉线运动。所述传感器与所述控制器电性连接，用于检测微波信号的发射位置。

作为一种优选方案，还可在两个连接杆上同时设置位移传感器，并同时通过电控系统实现发射天线1和接收天线2的同步运动。例如发射天线的位移传感器可用来测定微波信号的发射高度，同时控制器通过比较发射天线的位移传感器和接收天线的位移传感器的测量值，来及时调整发射天线和接收天线的高度，从而实现两者的同步运动，增加探测的准确性。

所述信号发射和接收单元3包括发射机31和接收机32，两者分别与控制器4电性连接。所述发射机与发射天线电性连接，所述接收机与接收天线电性连接。

进一步的，所述粮仓内粮面位置探测设备还可包括与所述控制器电性连接的显示装置7，所述显示装置可为液晶显示屏，用于接收并显示所述控制器传送的信号，例如显示该粮仓内粮面位置探测设备的当前运行参数，或者实时显示微波信号的发射位置，亦或是粮仓长度-粮面位置坐标曲线。当然，所述显示装置也可以为触摸屏，作为该检测设备的上位机，既可以显示各种参数，又可以输入命令。

在其中一个实施例中，所述信号发射和接收单元3、控制器4、显示器7形成一个整体组装结构，所述连接杆可拆卸安装于各自的动力装置上。这样的结构设计相对紧凑，并且在不使用状态下，还可形成几个携带单元，便于携带运输。

参考图3，运用本发明中的所述粮仓内粮面位置探测设备可对粮仓内的两面高度进行探测。在进行探测之前，首先布置该探测设备，将所述发射天线和接收天线分别相对设置于所述粮仓沿着宽度方向的两侧，并在高度上相对应，以便能够更好的接收微波信号。在进行粮面位置探测时，可包括以下步骤：

在步骤S1中，为了便于测量，首先根据装粮线的位置，将发射天线1和接收天线2放置在装粮线2000的上方一定距离处，然后进行微波信号的发射和接收：发射天线1发射微波信号，该微波信号穿透整个粮仓后，达到另一侧，由接收天线2接收；

在步骤S2中，对接收天线2接收到的微波信号传给接收机32，接收机将微波信号幅度转换为电压信号，并在控制器控制下进行模数转换，测出幅度值；

在步骤S3中，对在步骤S2中测得的幅度值首先进行进行判定，

当该次幅度测量为第一次幅度测量时，将该次测得的幅度值记录为第一幅度值，同时启动第一动力单元，推动所述发射天线和接收天线沿着粮仓的高度方向朝向下方移动相同距离，从而调整微波信号的发射和接收位置，

当该次幅度测量不是第一次幅度测量时，进入步骤S4；

在步骤S4中，当该次幅度测量不是第一次幅度测量时，控制器4会将该次测得的幅度值与第二幅度值进行比较，

当幅度测量值大于等于第二幅度值时，继续启动第一动力单元，推动所述发射天线和接收天线沿着粮仓的高度方向朝向下方移动相同距离，沿着粮仓高度方向朝向下方移动微波信号的发射和接收位置，

当幅度测量值小于第二幅度值时，位移传感器将此时测得发射天线，和/或，接收天线的位移值传送到控制器，经过处理后，计算出此时微波信号的发射位置，即发射高度，从而测出粮面位置，结束探测。

其中，根据不同粮食对微波信号吸收能力的强弱，所述第二幅度值为第一幅度值的1/4-1/2，例如1/3。

进一步的，为了更准确的探测出粮仓的粮面位置，还可增加S5探测步骤。

在步骤S5中，沿着所述粮仓的长度方向，设置多个探测位置，并在所述多个探测位置上分别进行探测，并可在控制器的作用下，将探测结果形成粮仓长度-粮面位置坐标曲线，并通过显示装置显示出来。这样可以有效避免由于沿着粮仓的高度方向，粮面不平整所带来的测量误差。

本技术领域人员应当理解，也可根据微波信号穿过粮食时，信号幅度会产生较大程度的衰减的原理，将粮仓装粮线的下方一定距离处，作为初始探测位置，沿着粮仓的高度方向从下方朝向上方逐步探测，直至探测到粮面。此种探测方法的探测原理与步骤与上述步骤类似，这里不再赘述。

本发明中的粮仓内粮面位置探测设备，利用微波透射方法探测粮面位置克服了墙体因素的影响，由于该探测设备布置在粮仓外部使用，实现了完全不接触式探测，在不用打开仓门的情况下便可探测粮仓内粮面位置，大大提高了探测效率。

应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (16)

1.一种粮仓内粮面位置探测设备，其特征在于，包括：

发射天线(1)；

接收天线(2)，与所述发射天线(1)间隔一定距离的对应设置，用于接收所述发射天线(1)发送的微波信号；

信号发射和接收单元(3)，分别与所述发射天线(1)和接收天线(2)电性连接，用于向所述发射天线(1)发射微波信号并接收来自接收天线的微波信号；

控制器(4)，与所述信号发射和接收单元(3)电性连接，用于控制信号的发射和接收，

其中，发射天线(1)和接收天线(2)能够沿着所述粮仓的高度和长度方向移动，来不断调节探测位置，

所述粮仓内粮面位置探测设备还包括第一动力装置(5)和第二动力装置(6)，所述第一动力装置和第二动力装置放置在所述粮仓外部的地面上，分别位于粮仓的彼此相对的两侧，所述发射天线(1)和接收天线(2)通过各自的连接杆(100)分别安装在所述第一动力装置(5)和第二动力装置(6)上，所述第一动力装置和第二动力装置分别用于驱动所述发射天线和接收天线沿着粮仓的高度方向和长度方向运动。

2.根据权利要求1所述的粮仓内粮面位置探测设备，其特征在于，所述第一动力装置(5)和第二动力装置(6)分别与所述控制器电性连接，并在所述控制器(4)的控制下运行。

3.根据权利要求2所述的粮仓内粮面位置探测设备，其特征在于，所述第一动力装置(5)和第二动力装置(6)各自包括第一动力单元，分别用于驱动所述发射天线(1)和接收天线(2)做竖直运动。

4.根据权利要求3所述的粮仓内粮面位置探测设备，其特征在于，所述第一动力单元为齿轮齿条传动结构。

5.根据权利要求3所述的粮仓内粮面位置探测设备，其特征在于，所述第一动力装置(5)和第二动力装置(6)还各自包括第二动力单元，分别用于驱动所述发射天线和接收天线做水平运动。

6.根据权利要求1所述的粮仓内粮面位置探测设备，其特征在于，所述连接杆(100)为可伸缩式结构。

7.根据权利要求1所述的粮仓内粮面位置探测设备，其特征在于，还包括位移传感器，所述位移传感器设置于所述发射天线(1)和接收天线(2)连接杆的至少其中之一上。

8.根据权利要求7所述的粮仓内粮面位置探测设备，其特征在于，所述位移传感器与所述控制器(4)电性连接。

9.根据权利要求1所述的粮仓内粮面位置探测设备，其特征在于，所述信号发射和接收单元(3)包括发射机(31)和接收机(32)，两者分别与控制器(4)电性连接。

10.根据权利要求9所述的粮仓内粮面位置探测设备，其特征在于，所述发射机(31)与发射天线(1)电性连接，所述接收机(32)与接收天线(2)电性连接。

11.根据权利要求1所述的粮仓内粮面位置探测设备，其特征在于，还包括与所述控制器电性连接的显示装置(7)，所述显示装置接收并显示所述控制器(4)传送的信号。

12.根据权利要求1所述的粮仓内粮面位置探测设备，其特征在于，所述发射天线(1)为定向天线。

13.一种粮仓内粮面位置的探测方法，其特征在于，由根据权利要求1至12中任一项所述的粮仓内粮面位置探测设备执行，所述探测方法包括以下步骤：

控制发射天线(1)和接收天线(2)沿着所述粮仓的高度和长度方向移动，分别在不同的高度和长度处多次发射微波信号，并进行接收；

对接收到的微波信号进行幅度测量，并根据测量结果多次调整微波信号的发射和接收位置，直至测量到的幅度值达到预定值。

14.根据权利要求13所述的粮仓内粮面位置的探测方法，其特征在于，还包括以下步骤：

在对接收到的微波信号进行幅度测量后，首先判定该次幅度测量是否为第一次幅度测量，

当该次幅度测量为第一次幅度测量时，将第一次幅度测量得到的幅度值记录为第一幅度值，并沿着粮仓高度方向朝向下方继续移动微波信号的发射和接收位置，

当该次幅度测量不是第一次幅度测量时，进入下一步的幅度测量值比较步骤。

15.根据权利要求14所述的粮仓内粮面位置的探测方法，其特征在于，所述幅度测量值比较步骤包括：

当幅度测量值大于等于第二幅度值时，继续沿着粮仓高度方向朝向下方移动微波信号的发射和接收位置，

当幅度测量值小于第二幅度值时，记录此时微波信号的发射高度，结束探测。

16.根据权利要求15所述的粮仓内粮面位置的探测方法，其特征在于，所述第二幅度值为第一幅度值的1/4-1/2。