CN116626162A - 饲喂管道物料浓度与堵塞检测装置和检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了饲喂管道物料浓度与堵塞检测装置和检测方法，涉及管道物料检测技术领域，包括激振器，激振器设置在待测管道的外壁的一侧，且激振器的激振头可抵接并振动敲击待测管道的外壁，以在待测管道内产生声波；声波转换器，声波转换器设置在待测管道外壁与激振器相对的另一侧；且声波转换器的接收端与待测管道外壁间隙设置或接触设置，以接收和产生声波反馈信号；主控系统和上位机，激振器与声波转换器均与主控系统电性连接，且激振器与声波转换器均受控于主控系统；主控系统内置无线通讯模块，且与上位机无线通讯连接；供电机构，供电机构与主控系统电性连接；本发明无需打开管道即可检测管道物料浓度与堵塞情况，安装和操作便捷。
Description
技术领域
本发明涉及管道物料检测技术领域，特别是涉及饲喂管道物料浓度与堵塞检测装置和检测方法。
背景技术
稀料饲喂的方式已广泛应用于生猪养殖中，输送稀饲料主要采用管道输送。由于物料打浆不均匀或不同物料流动性差异，导致在管道输送过程中出现堵塞，此外，由于物料输送流动不均匀，要想实现精准下料，需要准确监测管道内物料浓度。当前国内外针对管道的堵塞检测问题，大多使用热成像检测法、化学特性法、管道应力应变法、γ射线法等。但是这些传统的检测手段成本较高。
虽然管道堵塞故障检测方法众多，但是这些检测手段存在操作困难、对人员要求较高和检测成本高的问题。在各种检测方法中，声学检测方法表现出显著优势，主要体现在声音信号在固液气三态中均可传播，不会受到管路复杂程度的影响。管道堵塞识别属于管道故障识别研究中的一种，相关领域的研究主要集中在堵塞故障检测和泄漏故障检测两个方面，基于声学方法的研究又分为被动检测(声发射)和主动检测(声反射)两种方式。但相关研究主要集中于管道内部的检测，为完成实验研究，难免会破坏管道，也与实际检测存在差异。现有基于声学的检测方法应用对象受限，难以满足饲喂管道物料堵塞状态检测要求。目前市面上还没有一款可以根据自激励声音信号，实现管道物料浓度与堵塞状态检测的装置。
因此，如何提供饲喂管道物料浓度与堵塞检测装置，可利用外部激振敲击管道外壁产生声波，并采集音频信号进行分析以检测判断管道堵塞情况，无需打开管道即可进行检测，且具有安装和操作简单、使用方便的特点是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了饲喂管道物料浓度与堵塞检测装置和自动脱钩方法，旨在解决上述技术问题。本发明提出的饲喂管道物料浓度与堵塞检测装置可利用外部激振敲击管道外壁产生声波，并采集音频信号进行分析以检测判断管道堵塞情况，无需打开管道即可进行检测，且具有安装和操作简单、使用方便的优点。
为了实现上述目的，本发明的一个方面提供了饲喂管道物料浓度与堵塞检测装置，包括：
激振器，所述激振器设置在待测管道的外壁的一侧，且所述激振器的激振头可抵接并振动敲击所述待测管道的外壁，以在所述待测管道(6)内产生声波；
声波转换器，所述声波转换器设置在所述待测管道外壁与所述激振器相对的另一侧；且所述声波转换器的接收端与所述待测管道外壁间隙设置或接触设置，以接收和产生声波反馈信号；
主控系统和上位机，所述激振器与所述声波转换器均与所述主控系统电性连接，且所述激振器与所述声波转换器均受控于所述主控系统；所述主控系统内置无线通讯模块，且与所述上位机无线通讯连接；
供电机构，所述供电机构与所述主控系统电性连接。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供的饲喂管道物料浓度与堵塞检测装置可利用激振器的激振头从管道外一侧敲击管道外壁产生声波，并通过位于待测管道外壁另一侧的声波转换器采集声波信号并反馈给主控系统，并最终将声波反馈信号远程无线传输给上位机进行分析以检测判断管道内输送状态下的物料浓度以及管道堵塞情况；本发明技术方案无需打开管道且在管道正常输送物料的条件下即可对饲喂管道内部物料浓度及是否存在堵塞的情况进行检测，具有安装和操作简单、使用方便的优点。
作为上述技术方案的进一步改进，还包括：
壳体，所述壳体包括壳体一和壳体二，所述壳体一和所述壳体二分别抵接在所述待测管道相对的两侧壁，且所述壳体一和所述壳体二相对的侧部均具有与所述管道外壁相适配的凹槽结构；所述壳体一和所述壳体二之间通过连接件紧固连接；
所述供电机构和所述激振器均固定在所述壳体一内部；所述壳体一对应所述激振头的位置具有第一避让通孔；所述声波转换器固定在所述壳体二内部，所述壳体二对应所述声波转换器的接收端的位置具有第二避让通孔。
作为上述技术方案的进一步改进，所述主控系统包括单片机、设定键、显示屏、继电器模块；所述供电机构包括电池、稳压模块、可调稳压模块；所述稳压模块分别与所述电池和所述单片机电性连接，用于将所述电池的电压转换为所述单片机的工作电压；所述继电器模块分别与所述激振器和所述单片机电性连接，所述单片机通过控制所述继电器模块进而控制所述激振器产生激振；所述可调稳压模块分别与所述电池和所述继电器模块电性连接，所述可调稳压模块用于调节所述激振器的供电电压；所述单片机内置无线通讯模块且与所述上位机无线通讯连接；
所述单片机、所述设定键和所述显示屏均设置在所述壳体二上；所述电池、所述稳压模块、所述可调稳压模块和所述继电器模块均设置在所述壳体一内部。
壳体一和壳体二便于激振器和声波转换器的相对固定，且实现了电池、所述稳压模块、所述可调稳压模块和所述继电器模块与声波转换器和单片机的分离布置，可在一定程度上避免了复杂的线路电流及电磁对声波转换器和单片机的信号干扰，利于后期声波反馈信号的分析和处理，进一步提高了检测精确度。稳压模块的作用是将电池的电压降至单片机的工作电压，并提供稳定电压；可调稳压模块的作用是为激振器提供电压，并可通过调节供电电压的大小来控制激振器的振动强度。
作为上述技术方案的进一步改进，所述激振器的激振头为撞针，所述激振器还包括驱动所述撞针振动的电磁驱动部，所述电磁驱动部固定在所述壳体二内；所述撞针的一端螺纹连接在所述电磁驱动部的驱动端，另一端穿过所述第一避让通孔且与所述待测管道外壁抵接；所述电磁驱动部与所述继电器模块电性连接。
与电磁驱动部的驱动端螺纹连接的撞针可进行拆卸与更换，可根据管路的不同特性适配不同规格的撞针，利于产生有效的声波信号，便于提高检测精确度。
作为上述技术方案的进一步改进，所述电磁驱动部包括架体、电磁线圈、铁芯、弹性件；
所述架体固定在所述壳体一内部；
所述电磁线圈固定在所述架体内部；所述电磁线圈与所述继电器模块电性连接；
所述铁芯一端活动穿设在所述电磁线圈的一端，另一端贯穿所述架体且位于所述架体外部，并与所述撞针螺纹连接；
所述弹性件套设在所述铁芯上，且位于所述架体外部；所述弹性件两端分别与所述架体和所述铁芯端部的凸台抵接。
继电器模块接收主控系统的信号用于控制电磁线圈的通断，可调稳压模块可调节电磁线圈的电压高低，进而改变电磁线圈对铁芯的电磁吸力大小；铁芯在电磁线圈的电磁吸力作用下可压缩弹性件并缩回至电磁线圈中，电磁线圈断电时弹性件可进一步将铁芯弹出，从而带动撞针敲击管道外壁；通过可调稳压模块调节电磁线圈的电压高低即可控制弹性件压缩量，进而控制敲击管壁时产生声波的能量。
作为上述技术方案的进一步改进，所述激振器还包括导向连杆和定位螺母；所述导向连杆的一端活动穿设在所述电磁线圈内，且与所述铁芯远离所述撞针的一端固定连接；所述导向连杆的另一端穿过所述架体且与所述定位螺母螺纹连接。
可通过调节定位螺母改变弹性件压缩量，进而调节撞针与管道外壁的初始抵压力的大小。
作为上述技术方案的进一步改进，所述声波转换器为声电换能器；所述单片机为ESP32单片机；所述电池为12V锂电池；所述稳压模块为5v稳压模块；所述可调稳压模块为0V-12V连续可调。
作为上述技术方案的进一步改进，所述无线通讯模块采用wifi模块和双蓝牙模块。
本发明的另一个方面提供了一种饲喂管道物料浓度与堵塞的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：将饲喂管道物料浓度与堵塞检测装置安装在正常输送状态下的所述待测管道上，安装时可根据待测管道管网长度及分布面积的实际情况，将多个装置呈分布式安装在待测管道管网的不同位置进行多点检测；
步骤2：根据管网中不同位置的所述待测管道管壁材质或厚度的不同，对多个装置的所述激振器的工作参数进行针对性地设定；通过所述设定键进行设定所述激振器的敲击时间、敲击次数和敲击频率，设定的敲击时间、敲击次数和敲击频率可显示在所述显示屏上；通过所述可调稳压模块进行调节所述激振器的敲击强度；所述声波转换器将接收到的声波信号转换成模拟电信号反馈传输至所述单片机；
步骤3：所述单片机将接收到的声波反馈信号通过无线通讯模块无线传输至所述上位机；
步骤4：采用完全经验模态分解CEEMD对不同堵塞程度的声波反馈信号进行分解，得到本征模态函数IMF；
步骤5：使用改进RNN-LSTM算法模型进行识别声波反馈信号，为整个装置的实际运行提供算法支持；完成对饲喂管道管网中不同检测点的输送饲料浓度的识别和管道堵塞状态的检测。
作为上述技术方案的进一步改进，步骤5的使用改进RNN-LSTM算法模型进行识别声波反馈信号的具体步骤为：
步骤5.1：从分解后得到的本征模态函数IMF分量中提取特征能量占比、近似熵和中心频率等特征向量用于表征被检测对象的不同状态，并进行特征选择；
步骤5.2：利用皮尔逊相关系数结合距离可分性判据对特征向量进行筛选，剔除相关性差和区分度低的特征向量；
步骤5.3：将经过筛选后的特征向量构成特征集合；
步骤5.4：采用循环神经网络RNN—长短期记忆模型LSTM算法模型对信号进行识别；
步骤5.5：完成对饲喂管道中输送饲料浓度的识别和管道堵塞的检测。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了饲喂管道物料浓度与堵塞检测装置和检测方法，具有以下优点及有益效果：
1、本发明采用声波分析的方法在管道外部直接检测，确定管道堵塞情况，实时测定管道内物料浓度或者水料比，不受管道长度和堵塞位置的影响；可在管道不截断或开口的情况下直接获得浓度与堵塞状态数据。
2、本发明采用无线通信的方式，将模拟信号发送至上位机，适用于在特殊位置以及特殊环境中使用。
3、本发明利用声振信号获得物料浓度与堵塞状态的算法，采用了CEEMD分解声音反馈信号，从分解后得到的本征模态函数IMF分量中提取特征向量并进行特征选择，使用改进RNN-LSTM算法模型进行识别声信号，为整个装置的实际运行提供算法支持，提高了测量的准确性。
4、本发明可将多个饲喂管道物料浓度与堵塞检测装置分布式安装在管道管网中组合使用，通过对多个检测点的声波反馈信号分析处理，可综合判断管道内物料浓度的分布与堵塞情况。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1本发明饲喂管道物料浓度与堵塞检测装置内部结构示意图；
图2本发明饲喂管道物料浓度与堵塞检测装置外部结构示意图；
图3本发明饲喂管道物料浓度与堵塞检测装置激振器结构示意图；
图4本发明饲喂管道物料浓度与堵塞检测装置工作原理示意图；
图5本发明饲喂管道物料浓度与堵塞检测装置在饲喂系统管网中分布式安装示意图。
图中：1、激振器；11、撞针；12、电磁驱动部；121、架体；122、电磁线圈；123、铁芯；124、弹性件；13、导向连杆；14、定位螺母；2、声波转换器；3、主控系统；31、单片机；32、设定键；33、显示屏；34、继电器模块；4、供电机构；41、电池；42、稳压模块；43、可调稳压模块；5、壳体；51、壳体一；511、第一避让通孔；52、壳体二；521、第二避让通孔；6、待测管道；7、布线管；8、饲喂系统；81、直管；82、弯管；83、三通管；84、电机；85、阀门；86、饲喂箱；9、检测装置。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明以猪场常使用的薯渣、玉米、麸皮等饲料在镀锌管道中的声振特性为研究对象，旨在解决目前稀料饲喂系统中存在的下料精度不高、容易堵塞、饲料适用范围有限的问题。通过运用特定外源激励与声信号反馈模型实现对管道内部物料流动状态与堵塞情况的智能检测。克服传统仪表检测范围有限、移动性能和定位精度差、对管道内干物质流量与流动状态缺乏有效监测、无法快速准确定位堵塞等问题。
常见稀饲料一般水和饲料按照2：1～4：1比例混合后饲喂。一些饲料粉碎后，其吸收水分变强，造成了流动性差，同时为了给生猪补充营养物质，还在稀饲料中添加打浆后的青贮饲料，极易造成管道堵塞。尤其对于大型猪场，传输管道较长，接口较多，若管道堵塞，难以快速查出，从而造成猪采食量受到限制，堵塞严重将造成管道爆裂。
如图1至5所示，饲喂管道物料浓度与堵塞检测装置，包括：
激振器1，激振器1设置在待测管道6的外壁的一侧，且激振器1的激振头可抵接并振动敲击待测管道6的外壁，以在待测管道6内产生声波；
声波转换器2，声波转换器2设置在待测管道6外壁与激振器1相对的另一侧；且声波转换器2的接收端与待测管道6外壁间隙设置或接触设置，以接收和产生声波反馈信号；
主控系统3和上位机，激振器1与声波转换器2均与主控系统3电性连接，且激振器1与声波转换器2均受控于主控系统3；主控系统3内置无线通讯模块，且可与上位机(图中未示出)无线通讯连接；
供电机构4，供电机构4与主控系统3电性连接。
优选的，还包括：壳体5，壳体5包括壳体一51和壳体二52，壳体一51和壳体二52分别抵接在待测管道6相对的两侧壁，且壳体一51和壳体二52相对的侧部均具有与管道外壁相适配的凹槽结构；壳体一51和壳体二52之间通过连接件紧固连接；
具体的，连接件可选用长螺栓。
供电机构4和激振器1均固定在壳体一51内部；壳体一51对应激振头的位置具有第一避让通孔511；声波转换器2固定在壳体二52内部，壳体二52对应声波转换器2的接收端的位置具有第二避让通孔521。
优选的，主控系统3包括单片机31、设定键32、显示屏33、继电器模块34；供电机构4包括电池41、稳压模块42、可调稳压模块43；稳压模块42分别与电池41和单片机31电性连接，用于将电池41的电压转换为单片机31的工作电压；继电器模块34分别与激振器1和单片机31电性连接，单片机31通过控制继电器模块34进而控制激振器1产生激振；可调稳压模块43分别与电池41和继电器模块34电性连接，可调稳压模块43用于调节激振器1的供电电压；单片机31内置无线通讯模块且与上位机无线通讯连接；
单片机31、设定键32和显示屏33均固定在壳体二52上；电池41、稳压模块42、可调稳压模块43和继电器模块34均固定在壳体一51内部。
壳体一51和壳体二52便于激振器1和声波转换器2的相对固定定位，且实现了电池41、稳压模块42、可调稳压模块43和继电器模块34与声波转换器2和单片机31的分离布置，可在一定程度上避免了复杂的线路电流及电磁对声波转换器2和单片机31的信号干扰，利于后期声波反馈信号的分析和处理，进一步提高了检测精确度。稳压模块42的作用是将电池41的电压降至单片机31的工作电压，并提供稳定电压；可调稳压模块43的作用是为激振器1提供电压，并可通过调节供电电压的大小来控制激振器1的振动强度。
优选的，激振器1的激振头为撞针11，激振器1还包括驱动撞针11振动的电磁驱动部12，电磁驱动部12固定在壳体二52内；撞针11的一端螺纹连接在电磁驱动部12的驱动端，另一端穿过第一避让通孔511且与待测管道6外壁抵接；电磁驱动部12与继电器模块34电性连接。
与电磁驱动部12的驱动端螺纹连接的撞针11可进行拆卸与更换，可根据管路的不同特性适配不同规格的撞针11，利于产生有效的声波信号，便于提高检测精确度。
优选的，电磁驱动部12包括架体121、电磁线圈122、铁芯123、弹性件124；架体121固定在壳体一51内部；电磁线圈122固定在架体121内部；电磁线圈122与继电器模块34电性连接；铁芯123一端活动穿设在电磁线圈122的一端，另一端贯穿架体121且位于架体121外部，并与撞针11螺纹连接；
弹性件124套设在铁芯123上，且位于架体121外部；弹性件124两端分别与架体121和铁芯123端部的凸台1231抵接。
继电器模块34接收主控系统3的信号用于控制电磁线圈122的通断，可调稳压模块43可调节电磁线圈122的电压高低，进而改变电磁线圈122对铁芯123的电磁吸力大小；铁芯123在电磁线圈122的电磁吸力作用下可压缩弹性件124并缩回至电磁线圈122中，电磁线圈122断电时弹性件124可进一步将铁芯123弹出，从而带动撞针11敲击管道外壁；通过可调稳压模块43调节电磁线圈122的电压高低即可控制弹性件124压缩量，进而控制敲击管壁时产生声波的能量。
具体的，弹性件124可选用弹簧。
具体的，壳体一51和壳体二52为注塑加工制作。
具体的，壳体一51和壳体二52之间连接有布线管7，布线管7位于壳体一51和壳体二52对应的侧端，布线管7用于在壳体一51和壳体二52之间穿设连接线，避免连接线裸露在外。
优选的，激振器1还包括导向连杆13和定位螺母14；导向连杆13的一端活动穿设在电磁线圈122内，且与铁芯123远离撞针11的一端固定连接；导向连杆13的另一端活动穿过架体121且与定位螺母14螺纹连接。
可通过调节定位螺母14在导向连杆13上的位置来改变弹性件124压缩量，进而调节撞针11与管道外壁的初始抵压力的大小。
优选的，声波转换器2为声电换能器；单片机31为ESP32单片机；电池41为可充电12V锂电池；稳压模块42为5v稳压模块；可调稳压模块43为0V-12V连续可调。
具体的，声波转换器2可选用麦克风声电换能器；稳压模块42、可调稳压模块43的具体结构为现有技术，在次不在赘述。
优选的，无线通讯模块采用现有技术中的wifi模块和双蓝牙模块。
具体的，饲喂管道物料浓度与堵塞检测的应用，如图5所示，整个饲喂系统8包括管网、电机84、安装在管网中垂直下料通道上的阀门85和位于下料通道下方的饲喂箱86；管网由直管81、弯管82、三通管83等不同部件组成的多条管路连接构成；通过阀门85控制每条下料通道的闭合，通过电机84抽取稀饲料，运送到各个饲喂箱86完成对猪的喂养工作。用于饲喂管道物料浓度与堵塞检测的检测装置9安装在连接三通管与弯管的直管段易堵塞的特殊位置，对待测管道内部物料流动状态与堵塞情况的进行智能检测。
本发明的饲喂管道物料浓度与堵塞的检测方法，包括以下步骤：
步骤1：将饲喂管道物料浓度与堵塞检测装置9安装在正常输送状态下的待测管道6上，安装时可根据待测管道管网长度及分布面积的实际情况，将多个装置呈分布式安装在待测管道管网的不同位置进行多点检测；
步骤2：根据管网中不同位置的待测管道6管壁材质或厚度的不同，对多个装置的激振器1的工作参数进行针对性地设定；通过设定键32进行设定激振器1的敲击时间、敲击次数和敲击频率，设定的敲击时间、敲击次数和敲击频率可显示在显示屏33上；通过可调稳压模块43进行调节激振器1的敲击强度；声波转换器2将接收到的声波信号转换成模拟电信号反馈传输至单片机31；
步骤3：单片机31将接收到的声波反馈信号通过无线通讯模块无线传输至上位机；
步骤4：采用完全经验模态分解CEEMD对不同堵塞程度的声波反馈信号进行分解，得到本征模态函数IMF；
步骤5：使用改进RNN-LSTM算法模型进行识别声波反馈信号，为整个装置的实际运行提供算法支持；完成对饲喂管道管网中不同检测点的输送饲料浓度的识别和管道堵塞状态的检测。
优选的，步骤5的使用改进RNN-LSTM算法模型进行识别声波反馈信号的具体步骤为：
步骤5.1：从分解后得到的本征模态函数IMF分量中提取特征能量占比、近似熵和中心频率等特征向量用于表征被检测对象的不同状态，并进行特征选择；
步骤5.2：利用皮尔逊相关系数结合距离可分性判据对特征向量进行筛选，剔除相关性差和区分度低的特征向量；
步骤5.3：将经过筛选后的特征向量构成特征集合；
步骤5.4：采用循环神经网络RNN—长短期记忆模型LSTM算法模型对信号进行识别；
步骤5.5：完成对饲喂管道中输送饲料浓度的识别和管道堵塞的检测。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.饲喂管道物料浓度与堵塞检测装置，其特征在于，包括：
激振器(1)，所述激振器(1)设置在待测管道(6)的外壁的一侧，且所述激振器(1)的激振头可抵接并振动敲击所述待测管道(6)的外壁，以在所述待测管道(6)内产生声波；
声波转换器(2)，所述声波转换器(2)设置在所述待测管道(6)外壁与所述激振器(1)相对的另一侧；且所述声波转换器(2)的接收端与所述待测管道(6)外壁间隙设置或接触设置，以接收和产生声波反馈信号；
主控系统(3)和上位机，所述激振器(1)与所述声波转换器(2)均与所述主控系统(3)电性连接，且所述激振器(1)与所述声波转换器(2)均受控于所述主控系统(3)；所述主控系统(3)内置无线通讯模块，且与所述上位机无线通讯连接；
供电机构(4)，所述供电机构(4)与所述主控系统(3)电性连接。
2.根据权利要求1所述饲喂管道物料浓度与堵塞检测装置，其特征在于，还包括：
壳体(5)，所述壳体(5)包括壳体一(51)和壳体二(52)，所述壳体一(51)和所述壳体二(52)分别抵接在所述待测管道(6)相对的两侧壁，且所述壳体一(51)和所述壳体二(52)相对的侧部均具有与所述管道外壁相适配的凹槽结构；所述壳体一(51)和所述壳体二(52)之间通过连接件紧固连接；
所述供电机构(4)和所述激振器(1)均固定在所述壳体一(51)内部；所述壳体一(51)对应所述激振头的位置具有第一避让通孔(511)；所述声波转换器(2)固定在所述壳体二(52)内部，所述壳体二(52)对应所述声波转换器(2)的接收端的位置具有第二避让通孔(521)。
3.根据权利要求2所述饲喂管道物料浓度与堵塞检测装置，其特征在于，所述主控系统(3)包括单片机(31)、设定键(32)、显示屏(33)、继电器模块(34)；所述供电机构(4)包括电池(41)、稳压模块(42)、可调稳压模块(43)；所述稳压模块(42)分别与所述电池(41)和所述单片机(31)电性连接，用于将所述电池(41)的电压转换为所述单片机(31)的工作电压；所述继电器模块(34)分别与所述激振器(1)和所述单片机(31)电性连接，所述单片机(31)通过控制所述继电器模块(34)进而控制所述激振器(1)产生激振；所述可调稳压模块(43)分别与所述电池(41)和所述继电器模块(34)电性连接，所述可调稳压模块(43)用于调节所述激振器(1)的供电电压；所述单片机(31)内置无线通讯模块且与所述上位机无线通讯连接；
所述单片机(31)、所述设定键(32)和所述显示屏(33)均设置在所述壳体二(52)上；所述电池(41)、所述稳压模块(42)、所述可调稳压模块(43)和所述继电器模块(34)均设置在所述壳体一(51)内部。
4.根据权利要求3所述饲喂管道物料浓度与堵塞检测装置，其特征在于，
所述激振器(1)的激振头为撞针(11)，所述激振器(1)还包括驱动所述撞针(11)振动的电磁驱动部(12)，所述电磁驱动部(12)固定在所述壳体二(52)内；所述撞针(11)的一端螺纹连接在所述电磁驱动部(12)的驱动端，另一端穿过所述第一避让通孔(511)且与所述待测管道(6)外壁抵接；所述电磁驱动部(12)与所述继电器模块(34)电性连接。
5.根据权利要求4所述饲喂管道物料浓度与堵塞检测装置，其特征在于，
所述电磁驱动部(12)包括架体(121)、电磁线圈(122)、铁芯(123)、弹性件(124)；
所述架体(121)固定在所述壳体一(51)内部；
所述电磁线圈(122)固定在所述架体(121)内部；所述电磁线圈(122)与所述继电器模块(34)电性连接；
所述铁芯(123)一端活动穿设在所述电磁线圈(122)的一端，另一端贯穿所述架体(121)且位于所述架体(121)外部，并与所述撞针(11)螺纹连接；
所述弹性件(124)套设在所述铁芯(123)上，且位于所述架体(121)外部；所述弹性件(124)两端分别与所述架体(121)和所述铁芯(123)端部的凸台(1231)抵接。
6.根据权利要求5所述饲喂管道物料浓度与堵塞检测装置，其特征在于，所述激振器(1)还包括导向连杆(13)和定位螺母(14)；所述导向连杆(13)的一端活动穿设在所述电磁线圈(122)内，且与所述铁芯(123)远离所述撞针(11)的一端固定连接；所述导向连杆(13)的另一端穿过所述架体(121)且与所述定位螺母(14)螺纹连接。
7.根据权利要求6所述饲喂管道物料浓度与堵塞检测装置，其特征在于，所述声波转换器(2)为声电换能器；所述单片机(31)为ESP32单片机；所述电池(41)为12V锂电池；所述稳压模块(42)为5v稳压模块；所述可调稳压模块(43)为0V-12V连续可调。
8.根据权利要求6所述饲喂管道物料浓度与堵塞检测装置，其特征在于，所述无线通讯模块采用wifi模块和双蓝牙模块。
9.一种如权利要求1-8任一项所述的饲喂管道物料浓度与堵塞检测装置的饲喂管道物料浓度与堵塞检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：将饲喂管道物料浓度与堵塞检测装置安装在正常输送状态下的所述待测管道(6)上；安装时可根据待测管道管网长度及分布面积的实际情况，可将多个检测装置呈分布式安装在待测管道管网的不同位置进行多点检测；
步骤2：根据管网中不同位置的所述待测管道(6)管壁材质或厚度的不同，对多个装置的所述激振器(1)的工作参数进行针对性地设定；通过所述设定键(32)进行设定所述激振器(1)的敲击时间、敲击次数和敲击频率，设定的敲击时间、敲击次数和敲击频率可显示在所述显示屏(33)上；通过所述可调稳压模块(43)进行调节所述激振器(1)的敲击强度；所述声波转换器(2)将接收到的声波信号转换成模拟电信号反馈传输至所述单片机(31)；
步骤3：所述单片机(31)将接收到的声波反馈信号通过无线通讯模块无线传输至所述上位机；
步骤4：采用完全经验模态分解CEEMD对不同堵塞程度的声波反馈信号进行分解，得到本征模态函数IMF；
步骤5：使用改进RNN-LSTM算法模型进行识别声波反馈信号，为整个装置的实际运行提供算法支持；完成对饲喂管道管网中不同检测点的输送饲料浓度的识别和管道堵塞状态的检测。
10.根据权利要求9所述饲喂管道物料浓度与堵塞检测装置，其特征在于，步骤5的使用改进RNN-LSTM算法模型进行识别声波反馈信号的具体步骤为：
步骤5.1：从分解后得到的本征模态函数IMF分量中提取特征能量占比、近似熵和中心频率等特征向量用于表征被检测对象的不同状态，并进行特征选择；
步骤5.2：利用皮尔逊相关系数结合距离可分性判据对特征向量进行筛选，剔除相关性差和区分度低的特征向量；
步骤5.3：将经过筛选后的特征向量构成特征集合；
步骤5.4：采用循环神经网络RNN—长短期记忆模型LSTM算法模型对信号进行识别；
步骤5.5：完成对饲喂管道中输送饲料浓度的识别和管道堵塞的检测。
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|---|---|---|---|
| CN202310596045.9A CN116626162A (zh) | 2023-05-25 | 2023-05-25 | 饲喂管道物料浓度与堵塞检测装置和检测方法 |
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN117740936A (zh) * | 2023-12-21 | 2024-03-22 | 南京普来森仪器有限公司 | 一种浆体浓度检测系统 |
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2023
- 2023-05-25 CN CN202310596045.9A patent/CN116626162A/zh active Pending
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