CN109253776B - 一种雷达多点物位测量3d成像仪 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种雷达多点物位测量3D成像仪，包括设置在仓体顶部的3D物位扫描仪，所述的仓体内部装有物料，所述的3D物位扫描仪通过雷达对仓体内部或者物料形成的料堆进行扫描，通过RS485或者光纤传输在电脑屏幕上显示仓体内部物料形状的3D图像，同时实现对物料的体积测量、重量计算，显示仓体内部物料的最高料位、最低料位和平均料位。该3D成像仪采用雷达电磁波作为信号，利用雷达电磁波能很好的穿透粉尘，而且噪声也不会对电磁波产生影响等优势，实现多点测量并且根据测量数据模拟料仓内物料分布高低及形状在电脑屏幕上3D成像。
Description
技术领域
本发明涉及雷达物位计在料仓内的物料物位与体积测量，特别是涉及一种雷达多点物位测量3D成像仪。
背景技术
工业领域的散状物料在料仓中的检测一直是各企业专业负责人头疼的问题。散状物料在料仓内的特点是粉尘弥漫、安息角大、分布高低不平不均匀、容易粘附仓壁或传感器。现有的物位检测技术有如下几种：
1、雷达物位计:雷达物位计是天线发出电磁波，在遇到物料表面后反射回来，通过计算时间可以得出物位高度。由于是电磁波原理，所以雷达可以在高粉尘，安息角大等条件下工作。但是由于其工作体制只能检测料仓内某一点的料位高度，不能体现料仓内的物料形状，分布以及仓内物料体积等信息，更不能成像。
2、声波3D扫描仪:声波3D扫描仪是通过3个天线依次发出低频率声波，三个天线同时接收回波信号，通过回波信号定位来计算并模拟仓内物料成像以及体现仓内物料体积等信息。但是在粉尘比较大的工况，声波根本穿不透粉尘；并且声波发送的频率比较低，工厂的任何电机或者设备运行的噪音都会对声波造成极大干扰，导致声波产品在高噪音工况根本不能使用。
3、激光3D扫描仪:是通过激光发生器发射一束激光，到物料表面后反射，接收器接收到反射光后来计算测量距离。也可以通过机械传动摆动激光探头来进行物料表面的轮廓扫描，然后把扫描数据合成3D图像，并且体现物料的体积等信息。但是由于激光是可见光，在粉尘、雾气、蒸汽的工况下根本不能工作。
目前行业中化工和采矿、冶金、水泥生产等工况，无法更好的检测仓内真的料位信息。物料在输送带上装运时，伴随着噪声、粉尘等恶劣工况，行业迫切需要一种能在复杂工况下测量物位的3D仪表。目前市面上有超声波3D扫描仪，可惜的是噪声对它干扰很严重，粉尘对激光3D扫描仪干扰也很严重。
库存物料的多少直接影响到企业决策人是否采购的决定，采购早了会增加管理、财务及运营成本，采购晚了又会影响生产，但是如果要准确的了解储仓内散状物料的多少，就必须要有适合的设备来进行准确计量。
发明内容
本发明旨在提供一种雷达多点物位测量3D成像仪，采用雷达电磁波作为信号，利用雷达电磁波能很好的穿透粉尘，而且噪声也不会对电磁波产生影响等优势，实现多点测量并且根据测量数据模拟料仓内物料分布高低及形状在电脑屏幕上3D成像。
本发明提供一种雷达多点物位测量3D成像仪，包括设置在仓体顶部的3D物位扫描仪，所述的仓体内部装有物料，所述的3D物位扫描仪通过雷达对仓体内部或者物料形成的料堆进行扫描，通过RS485或者光纤传输在电脑屏幕上显示仓体内部物料形状的3D图像，同时实现对物料的体积测量、重量计算，显示仓体内部物料的最高料位、最低料位和平均料位。
所述的3D物位扫描仪采用雷达电磁波信号作为发射信号。
所述的3D物位扫描仪采用5个或多于5个的多个雷达波发射和接收天线。每个雷达波发射和接收天线可以是固定的，也可以通过电机驱动移动扫描测量。
所述的3D物位扫描仪包括上壳体和下壳体，所述的上壳体安装在下壳体的顶部；上壳体和下壳体之间还设置有法兰，所述的3D物位扫描仪通过法兰和螺栓安装在仓体的顶部。
所述的上壳体的顶部还设置有3D壳体盖，3D壳体盖的顶部设置透明的显示窗口。
所述的上壳体的侧壁上设置有整流罩。
所述的下壳体的底部设置有挡板。
所述的上壳体的侧壁上还设置有电气接口和电气堵头。
所述的3D物位扫描仪的内部设置有数字信号处理器，该数字信号处理器对接受的信号进行采样和分析，从而对存放物料进行精确的物位、体积和重量测量，通过3D绘图方式呈现仓体容器的内存物料的分布情况，将其显示出来或发送到远程计算机屏幕上。
所述的数字信号处理器包括控制单元，该控制单元通过HART调制解调器、HART数字与模拟显示单元电连接；所述的数字信号处理器由24V 电源供电；数字信号处理器通过RS-485与RS-485/USB模块和电缆与电脑连接，或通过TTL与显示单元连接。
有益效果
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
在工业散状物料储存过程中，了解料位的高低和仓内物料的分布非常重要，本发明所述的雷达多点物位测量3D成像仪通过设备来控制电机来进出料，会大大减少用人成本；同时料仓内的物料分布通过成像显示，会发现物料分布是否高度差太大，避免料仓因为物料分布差太大造成倒塌，显著增加企业和社会的经济效益。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的具体实施方式一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。
图1是所述的雷达多点物位测量3D成像仪的安装示意图。
图2是所述的雷达多点物位测量3D成像仪的结构示意图。
图3是所述的雷达多点物位测量3D成像仪的仪表接线图。
具体实施方式
在下文中更详细地描述了本发明以有助于对本发明的理解。
如图1至图3所示，本发明所述的雷达多点物位测量3D成像仪包括设置在仓体102顶部的3D物位扫描仪101，所述的仓体102内部装有物料103，所述的3D物位扫描仪通过雷达对仓体内部或者物料形成的料堆进行扫描，通过RS485或者光纤传输在电脑屏幕上显示仓体内部物料形状的3D图像，同时实现对物料的体积测量、重量计算，显示仓体内部物料的最高料位、最低料位和平均料位。
所述的3D物位扫描仪采用雷达电磁波信号作为发射信号。
所述的3D物位扫描仪采用5个或多于5个的多个雷达波发射和接收天线。
如图2所示，所述的3D物位扫描仪包括上壳体22和下壳体27，所述的上壳体安装在下壳体的顶部；上壳体和下壳体之间还设置有法兰26，所述的3D物位扫描仪通过法兰和螺栓29安装在仓体的顶部。
所述的上壳体的顶部还设置有3D壳体盖21，3D壳体盖的顶部设置透明的显示窗口。
所述的上壳体的侧壁上设置有整流罩23。
所述的下壳体的底部设置有挡板28。
所述的上壳体的侧壁上还设置有电气接口24和电气堵头25。
所述的3D物位扫描仪的内部设置有数字信号处理器，该数字信号处理器对接受的信号进行采样和分析，从而对存放物料进行精确的物位、体积和重量测量，通过3D绘图方式呈现仓体容器的内存物料的分布情况，将其显示出来或发送到远程计算机屏幕上。
如图3所示，所述的数字信号处理器包括控制单元4(例如PLC)，该控制单元通过HART调制解调器5、HART数字6与模拟显示单元7电连接；所述的数字信号处理器由24V电源8供电；数字信号处理器通过RS-485 (3)与RS-485/USB模块2和电缆1与电脑连接，或通过TTL与显示单元连接。
所述的数字信号处理单元还设置有可扩展模块接口，工业用户可以根据自己的需要选择相应的模块与此接口相连，以实现所需的功能。可选的模块包括数字日志模块、继电器模块、USB通讯模块、HART模块、Modbus 模块、温度补偿模块、光学辅助测量模块、无线通讯模块。
所述的数字信号处理器还设置有继电器模块9、SD存储卡槽10、开关配置输出RS-485模块11、开关地址模块12和USB连接电脑模块13。其中SD存储卡槽10和USB连接电脑模块13均可扩展。
本发明所述的雷达多点物位测量3D成像仪采用雷达多点测量，通过电磁波照射固定的面积，观察料面的具体情况。而且对于不同的工况要求的精度不同，可以安装的探头数量从5探头到无数多个探头；提高被测介质的分辨率，提高测量精度。对于仓体的直径大小不同，可以通过人工或者电机改变探头的角度后扩大检测面积。在粉尘大，噪音大的场合，不会影响仪表的测量。
工作原理：
⑴.基于光学电磁波原理的雷达技术扫描，不受被测介质影响，可以测量粉末、颗粒、球体、以及其他固体。
⑵非接触式测量，防粉尘独特设计。充分考虑材料表面的变化情况，测量不受环境影响干扰，能够在超声波、声波和激光无法测量的情况下给出准确的测量结果。
本发明所述的雷达多点物位测量3D成像仪涉及通过雷达对各种形状的料仓内部或者料堆进行扫描，通过RS485或者光纤传输在电脑屏幕上显示固体料仓内部物料形状的3D图像，包括对物料的体积测量、重量计算、仓内物料最高、最低、平均料位。
所以不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本专利的保护范围之内。
本发明所述的雷达多点物位测量3D成像仪通过扩展，可以根据被测面的大小无限增加多台单体设备，以增加测量点；设备天线发射角度，可根据测量范围改变；多点雷达电磁波检测的信号采集，通过软件计算，模拟物料表面形状，形成3D图像。
以上描述了本发明优选实施方式，然其并非用以限定本发明。本领域技术人员对在此公开的实施方案可进行并不偏离本发明范畴和精神的改进和变化。
Claims (5)
1.一种雷达多点物位测量3D成像仪，其特征在于，包括设置在仓体顶部的3D物位扫描仪，所述的仓体内部装有物料，所述的3D物位扫描仪通过雷达对仓体内部或者物料形成的料堆进行扫描，通过RS485或者光纤传输在电脑屏幕上显示仓体内部物料形状的3D图像，同时实现对物料的体积测量和重量计算，显示仓体内部物料的最高料位、最低料位和平均料位；
所述的3D物位扫描仪包括上壳体和下壳体，所述的上壳体安装在下壳体的顶部；上壳体和下壳体之间还设置有法兰，所述的3D物位扫描仪通过法兰和螺栓安装在仓体的顶部；
所述的上壳体的顶部还设置有3D壳体盖，3D壳体盖的顶部设置透明的显示窗口；
所述的上壳体的侧壁上设置有整流罩；
所述的下壳体的底部设置有挡板；
所述的上壳体的侧壁上还设置有电气接口和电气堵头。
2.根据权利要求1所述的雷达多点物位测量3D成像仪，其特征在于，所述的3D物位扫描仪采用雷达电磁波信号作为发射信号。
3.根据权利要求2所述的雷达多点物位测量3D成像仪，其特征在于，所述的3D物位扫描仪采用5个或多于5个的多个雷达波发射和接收天线；每个雷达波发射和接收天线是固定的，或通过电机驱动移动扫描测量。
4.根据权利要求1所述的雷达多点物位测量3D成像仪，其特征在于，所述的3D物位扫描仪的内部设置有数字信号处理器，该数字信号处理器对接受的信号进行采样和分析，从而对存放物料进行精确的物位、体积和重量测量，通过3D绘图方式呈现仓体容器的内存物料的分布情况，将其显示出来或发送到远程计算机屏幕上。
5.根据权利要求4所述的雷达多点物位测量3D成像仪，其特征在于，所述的数字信号处理器包括控制单元，该控制单元通过HART调制解调器、HART数字与模拟显示单元电连接；所述的数字信号处理器由24V电源供电；数字信号处理器通过RS-485与RS-485/USB模块和电缆与电脑连接，或通过TTL与显示单元连接。
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