CN109186648A - 基于无线电波的管道物料断流检测装置、系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于无线电波的物料断流的检测装置，包括无线电波发射装置、无线电波接收装置、无线电波屏蔽装置，在所述管道上设置无线电波发射孔和检测孔，所述无线电波发射装置连接无线电波发射孔用于向管道内发射无线电波，无线电波接收装置连接无线电波检测孔用于检测管道内的无线电波的电场强度，所述无线电波屏蔽装置设置在无线电波发射装置、无线电波接收装置和管道的外部。并公开了物料运输系统和物料断流检测方法，采用无线电波作为检测信号，利用无线电波在物料中传播时信号强度衰减的特性，实现物料断流的非接触式检测。

Description

基于无线电波的管道物料断流检测装置、系统和方法

技术领域

本发明涉及检测相关技术领域，具体的说，是涉及一种基于无线电波的物料断流的检测装置、系统和方法。

背景技术

工业生产中，有时采用管道输送颗粒物，为防止物料断流影响生产工艺过程，需实时监视颗粒物是否连续流动，常规的检测方法是在管道出口安装光电式检测装置或拨动开关。对于光电式检测装置，当有颗粒物通过时，光线被遮挡从而测得物料未断流；对于拨动开关，当颗粒物通过时，颗粒物流动使拨动开关动作，当无颗粒物通过时，拨动开关复位，从而检测到物料断流。

上述检测方法存在以下缺陷：物流是否断流只能从管道出口处检测，而此时管道内早已发生了断流，检测滞后，对于某些生产过程会产生不利的影响。

目前，还有一种安装在管道上的接触式检测装置，将传感器和保护外壳通过金属管道上的小孔伸入管道内，当管道内的物料经过时，物料与传感器的外壳摩擦发出摩擦声，将摩擦声转换成电信号并进行相应处理，即可判断物料是否断流。此方法存在以下问题：物料与传感器外壳接触并摩擦，影响传感器寿命；同时，物料种类的变化及颗粒物的大小的不同，导致物料与传感器外壳的摩擦声也不同；有时物料粘性大附着在传感器外壳上，摩擦声将会很小甚至消失，因此，上述检测方法可靠性差，在生产现场应用率低。

采用高能放射线也可以检测管道内物料的多少，但由于放射性检测装置容易对人体造成伤害、污染环境，因此不宜应用在生产现场。

因此，如何改进现有物料断流检测方法的不足，实现物料断流的可靠检测，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种基于无线电波的物料断流的检测装置、系统和方法，采用无线电波作为检测信号，利用无线电波在物料中传播时信号强度衰减的特性，实现物料断流的非接触式检测。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

基于无线电波的管道物料断流检测装置，包括：无线电波发射装置、无线电波接收装置、无线电波屏蔽装置，在所述管道上设置无线电波发射孔和检测孔，所述无线电波发射装置连接无线电波发射孔用于向管道内发射无线电波，无线电波接收装置连接无线电波检测孔用于检测管道内的无线电波的电场强度，所述无线电波屏蔽装置设置在无线电波发射装置、无线电波接收装置和管道的外部，用于使无线电波发射装置、无线电波接收装置和管道处于屏蔽空间内。

进一步的，基于无线电波的管道物料断流检测装置，还包括：控制器、显示器和报警器，所述控制器连接无线电波接收装置、显示器和报警器。

进一步的，基于无线电波的管道物料断流检测装置，还包括：密封装置，密封装置为非金属材料，所述密封装置用于密封无线电波发射孔或/和无线电波检测孔，所述密封装置为密封塞或者为密封片。

进一步的，所述无线电波发射装置为无线路由器或者为无线AP。

进一步的，所述无线电波接收装置为RSSI检测器。

进一步的，所述无线电波发射装置和无线电波接收装置的设置大于等于一组,所述每组无线电波发射装置和无线电波接收装置设置在以管道中心对称的两侧。

一种管道物料运送系统，包括上述基于无线电波的管道物料断流检测装置。

一种管道物料断流检测方法，采用上述基于无线电波的管道物料断流检测装置,包括如下步骤：

步骤1、开启管道物料断检测装置，控制管道内物料的运送量，获取不同物料运送量对应的无线电波的强度值，设定物料断流对应的无线电波强度阈值和发射无线电波的频率；

步骤2、发射设定频率下的无线电波信号，保持强度不变，在管道内的物料运送过程中，定时采集无线电波接收装置接收的无线电波的强度；

步骤3、将定时采集的无线电波的强度值与设定的无线电波强度阈值比较，如果大于设定的阈值，开启报警，否则，执行步骤2。

进一步的，所述步骤1设定发射无线电波的频率的方法具体为：

步骤101、开启检测装置，发送一定频率和强度的无线电波发射信号，控制管道内运送的物料量，在不同物料量时，检测接收到的无线电波的信号强度；

步骤102、保持强度不变，改变发射无线电波的频率，重复步骤101，获得不同频率无线电波对应的不同物料量时接收到的无线电波的信号强度；

步骤103、比较不同频率的发射无线电波对应的不同物料量的接收到的无线电波的信号强度的变化率，选取变化率最大对应的频率的无线电波作为检测信号，设定发射无线电波的频率；

进一步的，所述步骤1设定物料断流对应的无线电波强度阈值的方法具体为：根据物料的需求量获得管道内运送的最小物料量；发射强度不变和设定频率下的无线电波信号，检测最小物料量时接收的无线电波的信号强度，将最小物料量对应的接收到的无线电波的信号强度作为无线电波强度阈值。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明采用无线电波检测物料输送管道内物料是否断流，检测装置与物料不接触，可靠性高、设备使用寿命长、维护成本低，具有重要的社会效益和经济效益。

(2)本发明采用无线电波作为检测信号，不会对人体造成伤害，可广泛应用，本发明所述管道物料断流检测装置用于检测含有固体颗粒的物料，包括液体中含有固体颗粒物的物料，只要物料能够使无线电波的强度衰减都可以使用本申请的管道物料断流检测装置。

(3)本发明在管道物料运送过程中，当监测到物料断流时可进行实时报警，提示工作人员及时处理，避免发生断流可能造成的设备损坏及对生产过程的不利影响。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。

图1是本发明的管道为金属的物料断流检测装置结构图；

图2是本发明的管道为非金属金属的物料断流检测装置结构图；

图3是本发明的管道物料断流检测方法流程图；

其中：1、物料输送管道；2、发射孔；2-1检测孔；3、无线电波发射装置；4、密封片；5、非金属防护垫片；6、金属屏蔽盒；7、固定螺栓；8、无线电波接收装置；9、管道金属屏蔽层。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

下述实施例为本申请的一种典型的实施方式，如图1所示，基于无线电波的管道物料断流检测装置，包括：无线电波发射装置3、无线电波接收装置8、无线电波屏蔽装置，在所述管道上设置无线电波发射孔2和检测孔2-1，所述无线电波发射装置3连接无线电波发射孔2用于向管道1内发射无线电波，无线电波接收装置8连接无线电波检测孔2-1用于检测管道内的无线电波的电场强度，所述无线电波屏蔽装置设置在无线电波发射装置3、无线电波接收装置8和管道的外部，用于使无线电波发射装置、无线电波接收装置和管道处于屏蔽空间内。

无线电波发射装置3向物料输送管道1上的检测孔2内发射一定频率的无线电波，无线电波接收装置8从物料输送管道上的检测孔2-1处接收上述无线电波，根据接收到的无线电波信号强度判断管道1内物料是否断流；无线屏蔽装置用于使发射的无线电波在屏蔽空间内传播，无线电波接收装置8在屏蔽空间内避免了外界无线电波的干扰，检测的无线电波即为由本实施例的无线电波发射装置3发射在管道内传播衰减后的无线电波。物料量多，则无线电波信号衰减大，反之，无线电波信号衰减小。因此，当物料输送管道内充满物料时，无线电波接收装置8接收到的信号强度最弱。

如图1所示当管道为金属材料，当在管道1上设置无线电波发射孔2和检测孔2-1后，在无线电波发射孔2和检测孔2-1分别连接无线电波发射装置3和无线电波接收装置8，在无线电波发射装置3和无线电波接收装置8外部分别设置金属屏蔽盒6与管道外壁连接，金属屏蔽盒6与金属管道1共同构成屏蔽网，此时无线屏蔽装置为金属屏蔽盒6，无线电波主要由无线电波发射孔2到无线电波检测孔2-1的传播，无线电波信号的衰减主要与管道内物料的多少相关。如图2所示，当管道为非金属材料，在管道1外面设置金属屏蔽层9，在无线电波发射装置3与无线电波接收装置8外面分别设置金属屏蔽盒6，金属屏蔽层9和金属屏蔽盒6共同构成无线电波屏蔽装置，由无线电波发射装置3发射的无线电波在屏蔽空间内传播，并且由无线电波接收装置8接收。

本实施例的装置还包括控制器、显示器和报警器。所述控制器连接无线电波接收装置8、显示器和报警器。无线电波接收装置8检测到无线电波信号的强度信号，将强度信号发送到控制器，控制器根据设置的强度的阈值判断是否发生物料断流，当低于设置的阈值说明管道1内通过的物料多，当高于设定的阈值说明管道内物料少，则判定为物料断流。当判定为断流时，控制器控制报警器报警。控制器还可以将接收到的无线电波强度信号在显示器上显示。优选的，本实施例的无线电波接收装置选用RSSI检测器。所述报警器优选为声光报警器。

所述无线电波发射装置可以根据需要选用现有技术中的任意无线电波发射器，优选的，可以为无线路由器或者为无线AP。优选的，所述无线电波发射装置3选用现有技术中频率和强度可调的发射装置，当无线电波发射装置的强度或/和频率不可调时，可根据实际的需要选择能够达到检测效果的定频定强度的无线电波发射装置。

管道上的无线电波发射孔2和无线电波检测孔2-1，所述检测孔2-1和发射孔2为通孔，无线电波的传播特点为发散传播，发射孔2和检测孔2-1的设置可以是任意距离上的，优选的，无线电波发射装置3和无线电波接收装置8所在的发射孔2和检测孔2-1对称布置在管道1的两侧，并且在管道1截面圆的同一直径的两端，设置在以管道1中心线对称的两侧

一个无线电波发射装置3和一个无线电波接收装置8对应设置，所述对应设置是指一个无线电波接受装置8用于接收对应的无线电波发射装置3发出的无线电波。优选的，所述对应设置的无线电波发射装置3和无线电波接收装置8对称的设置在管道1的两侧，当管道为圆形时设置在在管道截面圆的同一直径的两端。将对应设置的一个无线电波发射装置3和一个无线电波接收装置8称为一组，可以设置多组对应的无线电波发射装置3和无线电波接收装置8。优选的，所述无线电波发射装置3和无线电波接收装置8的设置至少一组。

优选的，本实施例设置安装三组无线电波发射装置3和无线电波接收装置8，当任两组判断断流时，即发出断流报警。

优选的，为了保护无线电波发射装置和无线电波接收装置，在管道的无线电波发射孔2和无线电波检测孔处2-1设置密封装置，防止物料在的物料运送过程中损坏无线电波发射装置3或/和无线电波接收装置8，并且为了不影响无线电波的传输，密封装置选择非金属材料。

优选的，所述密封装置为密封塞，设置在无线电波发射孔2或/和无线电波检测2-1的孔内。

优选的，所述密封装置为密封片4，设置在无线电波发射孔2或/和无线电波检测孔2-1的孔外，用于密封无线电波发射孔2或者无线电波检测孔2-1。所述密封片通过非金属防护垫片7固定在管道1的管壁上。所述固定方式可以有多种，如螺纹固定、卡扣固定，如图1所示通过固定螺栓7将非金属防护片5固定在管道外壁上，通过非金属防护片5将密封片4压紧在无线电波发射孔2或无线电波检测孔上。

实施例2

本实施例提供一种基于上述装置的管道物料断流检测方法，如图3所示，包括如下步骤：

步骤1、开启检测装置，控制管道内物料的运送量，获取不同物料运送量对应的无线电波的强度值，设定物料断流对应的无线电波强度阈值和发射无线电波的频率；

所述步骤1设定发射无线电波的频率的方法具体为：

步骤101、开启检测装置，发送一定频率和强度的无线电波发射信号，控制管道内运送的物料量，在不同物料量时，检测接收到的无线电波的信号强度；

对于安装了上述实施例1的断流检测装置的运输系统，保持无线电波发射信号频率和强度一定，改变管道内物料量，使物料量从完全充满管道开始，逐渐减少，如：由100％充满管道横截面，减少为90％充满管道横截面、80％充满管道横截面，以充满管道横截面的比例10％递减，直到管道内无物料，记录各个过程无线电波接收装置接收到的无线电波信号强度。所述物料量的变化控制可以根据需要设定，例如还可以由少到多，物料量的控制也可以先大幅度变化率，再小幅度变化的控制方式。

步骤102、保持强度不变，改变发射无线电波的频率，重复步骤1-1，获得不同频率无线电波对应的不同物料量时接收到的无线电波的信号强度；

保持无线电波发射信号强度一定，改变发射无线电波的频率，改变管道内物料量，使物料量从完全充满管道开始，逐渐减少，如：由100％充满管道横截面，减少为90％充满管道横截面、80％充满管道横截面，以充满管道横截面的比例10％递减的直到管道内无物料，记录不同频率下无线电波接收装置接收到的无线电波信号强度。

步骤103、比较不同频率的发射无线电波对应的不同物料量的接收到的无线电波的信号强度的变化率，选取变化率最大对应的频率的无线电波作为检测信号，设定发射无线电波的频率；多次实验表明30MHz-30GHz的无线电波均在穿过非金属介质时产生衰减,无线电波在物料中传播时衰减比较明显，可在此范围内查找当物料量变化时变化率较大的频率。

所述步骤1设定物料断流对应的无线电波强度阈值的方法具体为：根据物料的需求量获得管道内运送的最小物料量；发射强度不变和设定频率下的无线电波信号，检测最小物料量时接收的无线电波的信号强度，将最小物料量对应的接收到的无线电波的信号强度作为无线电波强度阈值。

根据在生产工艺过程的实际需要，确定物料断流对应的管道内物料量充满管道横截面的范围，例如当小于40％充满管道横截面时不满足生产要求，40％充满管道横截面时满足生产要求，则测定40％充满管道横截面时对应的无线电波的检测值，将此检测值设为无线电波强度的阈值。

步骤2、发射强度不变和设定频率下的无线电波信号，在管道内的物料运送过程中，定时采集无线电波接收装置接收的无线电波的强度；定时采集仅仅是本实施的优选方式。

步骤3、将定时采集的无线电波的强度值与设定的无线电波强度阈值比较，如果大于设定的阈值，开启报警，否则，执行步骤2。

本实施例选用无线路由器作为无线电波发射装置和采用手机作为无线电波接收装置进行了物料断流的检测，用于说明本装置的使用，具体如下:

以当前广泛应用的无线上网路由器作为无线电波发射装置，选用2.4GHz的WLAN(无线局域网)信号，将无线路由器安装在图1中左侧的金属屏蔽盒6内；以具有WLAN功能的手机作为无线电波接收装置8，将其放在图1右侧金属屏蔽盒6处，暂时不安装右侧的金属屏蔽盒6；将手机与无线上网路由器建立通讯，观察手机上该WLAN信号的强度，本实施例物料输送管直径只有约0.5米，无线路由器和手机离得非常近，当物料输送管内无物料时，手机上的WLAN信号显示最强，即四个格；当物料输送管内充满物料时，手机上的WLAN信号显示只有一个格，有时显示无信号；将图1中的物料输送管水平放置，并将无线路由器所处的位置转到管的最下方，在管内放入一半的物料，使其盖住无线路由器所处的小孔，小孔至管中心线处的物料层厚度约0.25米，观察手机上的WLAN信号，显示有三个格；因此，WLAN信号四个格可代表管内无物料或接近无物料，一个格或无信号可代表管内充满物料，三个格可代表半管左右的物料。正常情况下，由于物料受到重力的影响，只要上部有物料，则自动下落到物料管内堆满管子，一旦未充满管道，则说明即将断料，因此，根据实际需要例如物料量小于半管可将WLAN信号大于二个格作为物料断流报警的定值，则发出报警，提醒人员注意并采取措施。打开无线路由器外面的金属屏蔽盒，无论管道中是否充满物料，手机上的WLAN信号均显示四个格，说明WLAN信号通过管道外面的空气传播到手机上，因此，金属屏蔽盒是实现本发明所述的检测功能必不可少的装置。无线电波接收强度信号的阈值可以通过多次试验确定。在无线电波发射装置的无线电波发射强度值不显示或者未设定发射波的强度检测装置时，也可以通过多次试验取平均值确定断流时的无线电波接收的数值设定为无线电波断流的强度阈值。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.基于无线电波的管道物料断流检测装置，其特征在于，包括：无线电波发射装置、无线电波接收装置、无线电波屏蔽装置，在所述管道上设置无线电波发射孔和检测孔，所述无线电波发射装置连接无线电波发射孔用于向管道内发射无线电波，无线电波接收装置连接无线电波检测孔用于检测管道内的无线电波的电场强度，所述无线电波屏蔽装置设置在无线电波发射装置、无线电波接收装置和管道的外部。

2.如权利要求1所述的基于无线电波的管道物料断流检测装置，其特征在于，还包括：控制器、显示器和报警器，所述控制器连接无线电波接收装置、显示器和报警器。

3.如权利要求1所述的基于无线电波的管道物料断流检测装置，其特征在于，还包括密封装置，密封装置为非金属材料，所述密封装置用于密封无线电波发射孔或/和无线电波检测孔，所述密封装置为密封塞或者为密封片。

4.如权利要求1所述的基于无线电波的管道物料断流检测装置，其特征在于：所述无线电波发射装置为无线路由器或者为无线AP。

5.如权利要求1所述的基于无线电波的管道物料断流检测装置，其特征在于：所述无线电波接收装置为RSSI检测器。

6.如权利要求1所述的基于无线电波的管道物料断流检测装置，其特征在于：所述无线电波发射装置和无线电波接收装置的设置至少一组,所述每组无线电波发射装置和无线电波接收装置设置在以管道中心线对称的两侧。

7.一种管道物料运送系统，其特征在于：包括权利要求1-6任一项所述的基于无线电波的管道物料断流检测装置。

8.基于权利要求1-6任一项所述的基于无线电波的管道物料断流检测装置的管道物料断流检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、开启检测装置，控制管道内物料的运送量，获取不同物料运送量对应的无线电波的强度值，设定物料断流对应的无线电波强度阈值和发射无线电波的频率；

步骤2、发射设定频率下和强度不变的无线电波信号，在管道内的物料运送过程中，定时采集无线电波接收装置接收的无线电波的强度；

步骤3、将定时采集的无线电波的强度值与设定的无线电波强度阈值比较，如果大于设定的阈值，开启报警，否则，执行步骤2。

9.如权利要求8所述的管道物料检测方法，其特征在于：所述步骤1设定发射无线电波的频率的方法具体为：

步骤101、开启检测装置，发送一定频率和强度的无线电波发射信号，控制管道内运送的物料量，在不同物料量时，检测接收到的无线电波的信号强度；

步骤102、保持强度不变，改变发射无线电波的频率，重复步骤1-1，获得不同频率无线电波对应的不同物料量时接收到的无线电波的信号强度；

步骤103、比较不同频率的发射无线电波对应的不同物料量的接收到的无线电波的信号强度的变化率，选取变化率最大对应的频率的无线电波作为检测信号，设定发射无线电波的频率。

10.如权利要求8所述的管道物料检测方法，其特征在于：所述步骤1设定物料断流对应的无线电波强度阈值具体为：根据物料的需求量获得管道内运送的最小物料量；发射强度不变和设定频率下的无线电波信号，检测最小物料量时接收的无线电波的信号强度，将最小物料量对应的接收到的无线电波的信号强度作为无线电波强度阈值。