CN218630183U - 等效多位置无死角的电磁波3d扫描雷达 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种等效多位置无死角的电磁波3D扫描雷达。电磁波3D扫描雷达包括波束发射/接收装置和信号发生/处理装置；波束发射/接收装置基于信号发生/处理装置生成的第一初始微波信号，发射第一发射波束；第一发射波束经内壁至少一次反射后到达物料的表面；第一发射波束经物料反射，形成第一回射波束；第一回射波束经内壁至少一次反射后被波束发射/接收装置接收并上传信号发生/处理装置；信号发生/处理装置至少根据第一回射波束的信号特征、电磁波3D扫描雷达的安装位置信息和内壁的位置信息获取物料的表面的空间信息。

Description

等效多位置无死角的电磁波3D扫描雷达

技术领域

本实用新型实施例涉及物料测量技术领域，尤其涉及一种等效多位置无死角的电磁波3D扫描雷达。

背景技术

随着工业自动化、信息化水平的持续提高，越来越多的厂家用户需要检测固态物料的三维形态，从而获得物料的体积、质量、料位等相关信息。

目前，一些厂家用户在料仓的固定位置安装有非移动式3D扫描雷达，但固态物料在进出料过程中会形成山丘形态的物料堆积情况，从而产生安息角。

图1是现有技术中使用的非移动式3D扫描雷达的测量盲区示意图，参见图1，如果非移动式3D扫描雷达A发射的信号的角度较为倾斜，或者非移动式3D扫描雷达A的安装位置远离山丘形态物料，则山丘形态的物料会使非移动式3D扫描雷达A形成较大范围的测量盲区B，无法测量到“山丘”背面的物料形态，降低了3D扫描雷达的三维测量精度，严重影响了3D扫描雷达对物料的质量、体积等相关参数的计算。可以理解的是，这种问题在物料料位较高时尤为明显。

另外，有部分厂家用户提出的解决方案是在料仓的多个固定位置安装多台非移动式3D扫描雷达A，但这样不仅会增加打孔安装的工作量以及系统成本，还会使整个物料测量系统趋于复杂。

实用新型内容

本实用新型提供一种等效多位置无死角的电磁波3D扫描雷达，以在不增加安装工作量、系统成本和系统复杂程度的基础上，提高3D扫描雷达的三维测量精度。

本实用新型提供了一种等效多位置无死角的电磁波3D扫描雷达，所述电磁波3D扫描雷达固定安装至料仓，以测量所述料仓内物料的表面三维形态；

所述电磁波3D扫描雷达包括波束发射/接收装置和信号发生/处理装置；

所述波束发射/接收装置至少用于发射第一发射波束，以使所述第一发射波束经所述料仓的内壁至少一次反射后到达所述物料的表面，并经所述物料的表面反射形成第一回射波束，所述第一回射波束再经所述内壁至少一次反射后被所述波束发射/接收装置所接收；

所述信号发生/处理装置与所述波束发射/接收装置连接，至少用于生成第一初始微波信号，以使所述波束发射/接收装置基于所述第一初始微波信号发射所述第一发射波束；以及，接收经由所述波束发射/接收装置传递的所述第一回射波束，并至少根据所述第一回射波束的信号特征、所述电磁波3D扫描雷达的安装位置信息和所述料仓的内壁的位置信息，获取所述物料的表面的空间信息。

可选地，所述料仓的内壁为金属材质，或者结构中含有金属并具有微波反射特性的材质。

可选地，所述第一发射波束为多发射角度的波束或可变角度波束，以使所述第一发射波束经所述内壁至少一次反射后到达所述物料的全部表面区域或部分表面区域。

可选地，所述波束发射/接收装置还用于发射第二发射波束，以直接出射至所述物料的部分表面区域，并经所述物料的表面反射形成第二回射波束直接被所述波束发射/接收装置所接收，和/或经所述内壁至少一次反射后被所述波束发射/接收装置接收；

所述信号发生/处理装置还用于生成第二初始微波信号，以使所述波束发射/接收装置基于所述第二初始微波信号发射所述第二发射波束；以及，通过所述波束发射/接收装置接收所述第二回射波束，并至少根据所述第一回射波束的信号特征、所述第二回射波束的信号特征、所述电磁波3D扫描雷达的安装位置信息和所述料仓的内壁的位置信息，获取所述物料的表面的空间信息；

其中，所述第一发射波束和所述第二发射波束为多发射角度的波束或可变角度波束。

可选地，所述波束发射/接收装置包括至少两个探头，所述至少两个探头具有至少两个波束发射角度，以使所述波束发射/接收装置发射所述第一发射波束并形成所述多发射角度的波束。

可选地，所述波束发射/接收装置包括至少两个探头，所述至少两个探头具有至少两个波束发射角度，以使所述波束发射/接收装置发射所述第一发射波束和所述第二发射波束并形成所述多发射角度的波束。

可选地，所述第一初始微波信号的频率与所述第二初始微波信号的频率不相同。

可选地，所述信号发生/处理装置不同时生成所述第一初始微波信号和所述第二初始微波信号。

可选地，发射所述第一发射波束的所述探头每隔第一预设时间发射一次所述第一发射波束。

可选地，发射所述第二发射波束的所述探头每隔第二预设时间发射一次所述第二发射波束，发射所述第一发射波束的所述探头每隔第一预设时间发射一次所述第一发射波束。

可选地，所述波束发射/接收装置包括角度调整机构和至少一个探头，所述角度调整机构驱动所述至少一个探头运动至多个角度，以使所述波束发射/接收装置发射的所述第一发射波束为所述可变角度波束，并且在至少一个角度上的所述第一发射波束经所述内壁至少一次反射后到达所述物料的表面。

可选地，所述波束发射/接收装置包括角度调整机构和至少一个探头，所述角度调整机构驱动所述至少一个探头运动至多个角度，以使所述波束发射/接收装置发射的所述第一发射波束以及第二发射波束为所述可变角度波束，并且在至少一个角度上的所述第一发射波束经所述内壁至少一次反射后到达所述物料的表面，以及在至少一个角度上的所述第二发射波束直接出射至所述物料的表面。

可选地，当所述探头的数量大于或等于2时，各个所述探头平行设置且间隔预设距离，或者各个所述探头之间具有预设角度。

可选地，各个所述探头对应发射的所述第一发射波束以及所述第二发射波束的频率互不相同。

可选地，各个所述探头被所述角度调整机构驱动的角度变化范围为：

水平方向角度为0°至360°，和/或竖直方向角度为-90°至+90°。

可选地，所述第一初始微波信号为调频连续波或者脉冲波，且所述第一初始微波信号的频率大于24GHz。

可选地，所述第一初始微波信号以及所述第二初始微波信号为调频连续波或者脉冲波，且所述第一初始微波信号以及所述第二初始微波信号的频率大于24GHz。

可选地，还包括测量主机、通讯模块和电源模块；

所述测量主机通过所述通讯模块与所述信号发生/处理装置建立通信连接，所述信号发生/处理装置通过所述通讯模块将所述物料的表面的空间信息传输至所述测量主机，所述测量主机基于预设料仓模型建立三维坐标系，并基于所述探头的位置信息及所述探头的角度信息，将所述物料的表面的空间信息转换为三维点云坐标，以获得所述物料的表面三维形态；

所述电源模块，与所述信号发生/处理装置连接，用于接收外部供电，并将所述外部供电转换为多级工作电压，以维持所述电磁波3D扫描雷达的正常工作。

可选地，所述测量主机包括数据存储模块；

所述数据存储模块至少用于对预设时间段内获得的所述物料的表面三维形态、体积、质量、平均料位、最高料位和最低料位进行存储，以获得所述物料的表面历史数据。

可选地，所述测量主机还包括显示模块；

所述显示模块用于显示所述物料的表面三维形态、所述体积、所述质量、所述平均料位、所述最高料位、所述最低料位和所述表面历史数据中的至少一个。

可选地，还包括壳体及固定安装座；

所述波束发射/接收装置与所述信号发生/处理装置设置在所述壳体的内部；所述壳体设置有第一端部与第二端部，所述第一端部开口且所述第二端部的材质为透波材质；所述波束发射/接收装置靠近所述第二端部设置，以使所述多发射角度的波束或所述可变角度波束透过所述第二端部射出，并使回射波束透过所述第二端部被所述波束发射/接收装置接收；所述壳体的第一端部与所述固定安装座连接，所述固定安装座远离所述壳体的第二端部的一端设置有至少一个孔位，以安装所述电磁波3D扫描雷达。

可选地，还包括防护罩体和下沉支架；

所述防护罩体为下端开口的中空结构，所述壳体设置在所述防护罩体的中空结构内，所述防护罩体的上端设置有与所述固定安装座相对应的孔位，以使所述固定安装座与所述防护罩体固定连接，避免外部水分溅至所述壳体；

所述下沉支架包括连接杆、支架底座及法兰盘，所述支架底座与所述防护罩体的上端固定连接，所述连接杆连接在所述支架底座与所述法兰盘之间，所述法兰盘与所述料仓固定连接，以将所述电磁波3D扫描雷达安装至所述料仓。

可选地，所述连接杆采用可拆卸结构且长度可调，以使所述电磁波3D扫描雷达的下沉距离可调。

附图说明

图1是现有技术中使用的非移动式3D扫描雷达的测量盲区示意图。

图2是本实用新型实施例提供的一种等效多位置无死角的电磁波3D扫描雷达的结构示意图。

图3是本实用新型实施例提供的一种等效多位置无死角的电磁波3D扫描雷达对物料的表面进行测量的过程示意图。

图4是本实用新型实施例提供的另一种等效多位置无死角的电磁波3D扫描雷达对物料的表面进行测量的过程示意图。

图5是本实用新型实施例提供的又一种等效多位置无死角的电磁波3D扫描雷达对物料的表面进行测量的过程示意图。

图6是本实用新型实施例提供的一种波束发射/接收装置的结构示意图。

图7是本实用新型实施例提供的另一种等效多位置无死角的电磁波3D扫描雷达的结构示意图。

图8是本实用新型实施例提供的一种下沉支架的结构示意图。

附图标记说明

100 扫描雷达

101 等效位置雷达

102 第一等效位置雷达

103 第二等效位置雷达

104 第三等效位置雷达

105 第四等效位置雷达

110 波束发射/接收装置

120 信号发生/处理装置

130 测量主机

140 通讯模块

150 电源模块

200 料仓

300 物料

801 法兰盘

802 连接杆

803 支架底座

1101 探头

A 扫描雷达

B 测量盲区。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

图2是本实用新型实施例提供的一种等效多位置无死角的电磁波3D扫描雷达的结构示意图。参见图2，电磁波3D扫描雷达100固定安装至料仓，以测量料仓内物料的表面三维形态；电磁波3D扫描雷达100包括波束发射/接收装置110和信号发生/处理装置120；波束发射/接收装置110至少用于发射第一发射波束，以使第一发射波束经料仓的内壁至少一次反射后到达物料的表面，并经物料的表面反射形成第一回射波束，第一回射波束再经内壁至少一次反射后被波束发射/接收装置110所接收；信号发生/处理装置120与波束发射/接收装置110连接，至少用于生成第一初始微波信号，以使波束发射/接收装置110基于第一初始微波信号发射第一发射波束；以及，接收经由波束发射/接收装置110传递的第一回射波束，并至少根据第一回射波束的信号特征、电磁波3D扫描雷达100的安装位置信息和料仓的内壁的位置信息，获取物料的表面的空间信息。

其中，电磁波3D扫描雷达100可以为3D微波扫描雷达。料仓的形状可以是正方体、长方体或棱柱体等，但优选设定为圆柱形。

示例性地，信号发生/处理装置120可以包括微波芯片，以生成第一初始微波信号并接收第一回射信号。具体来说，信号发生/处理装置120中的微波芯片可以包括处理器、锁相环、信号发射模块、信号接收模块、混频器、中频放大器和AD采集器等，本实用新型实施例对此不进行限制；前述微波芯片例如可以采用中国专利申请CN114609625A中微波模块的电路结构，或者由该电路结构引申出的其他电路。

示例性地，电磁波3D扫描雷达100的安装位置信息可以是通过建立料仓的三维坐标系而确定的，能够表征电磁波3D扫描雷达100的安装位置的三维坐标。

可以理解的是，物料的表面可以是物料的部分表面，或者可以是物料的全部表面。基于此，示例性地，当物料的表面是指物料的全部表面时，等效多位置无死角的电磁波3D扫描雷达100的工作流程具体如下：

信号发生/处理装置120生成第一初始微波信号，并将第一初始微波信号传递至波束发射/接收装置110；波束发射/接收装置110基于第一初始微波信号，发射第一发射波束；第一发射波束到达料仓的内壁，经内壁至少一次反射后到达物料的全部表面区域；物料对第一发射波束进行反射，形成第一回射波束；第一回射波束经内壁至少一次反射后被波束发射/接收装置110接收，进而传递至信号发生/处理装置120；信号发生/处理装置120至少根据第一回射波束的信号特征、电磁波3D扫描雷达100的安装位置信息和料仓的内壁的位置信息，获取物料的表面的空间信息。

可知地，即使是在电磁波3D扫描雷达100的安装位置远离山丘形态的物料，或者波束发射/接收装置110发射的信号的角度较为倾斜等非理想工况下，本实用新型实施例也可以利用料仓的内壁反射第一发射波束，以使第一发射波束能够到达位于“山丘”背面的物料表面，即基于第一发射波束，电磁波3D扫描雷达100可以覆盖物料的全部表面区域进行无死角测量；另外，第一发射波束经“山丘”背面的物料表面反射后，第一回射波束得以形成，此时，第一回射波束可能也会被处于山丘形态的物料遮挡，但第一回射波束同样能够利用料仓的内壁进行至少一次反射后再被波束发射/接收装置110接收，进而传递至信号发生/处理装置120，最后，信号发生/处理装置120至少根据第一回射波束的信号特征、电磁波3D扫描雷达100的安装位置信息和料仓的内壁的位置信息，获取山丘形态的物料的全部表面区域的空间信息。

由此可见，本实用新型实施例只需设置一台电磁波3D扫描雷达即可实现对物料的全部表面区域的测量，解决了现有非移动式3D扫描雷达无法测量到“山丘”背面的物料形态，三维测量精度偏低的问题，也克服了现有安装多台非移动式3D扫描雷达的解决方案安装工作量大，系统成本高，以及系统趋于复杂的缺陷，在不增加安装工作量、系统成本和系统复杂程度的基础上，提高了3D扫描雷达的三维测量精度。

需要说明的是，物料的状态优选设定为固态，例如可以是粉末、尘粒等，但也可以是液态或混合态。可以理解的是，当物料的状态为液态时，物料的形状不可能是山丘状态，但是，料仓结构较为复杂，料仓中固有的梁柱结构、搅拌结构等均可能阻碍电磁波3D扫描雷达射出的部分发射波束，此时，同样可以利用料仓的内壁反射第一发射波束，以使第一发射波束到达原本因料仓中固有的梁柱结构、搅拌结构等阻挡而无法到达的物料的表面区域。除此以外，本实用新型实施例还适用于料罐工况，例如圆柱形料罐。

还需要说明的是，可选地，料仓的内壁为金属材质，或者结构中含有金属并具有微波反射特性的材质。第一发射波束为多发射角度的波束或可变角度波束，以使第一发射波束经内壁至少一次反射后到达物料的全部表面区域或部分表面区域。第一初始微波信号为调频连续波或者脉冲波，且第一初始微波信号的频率大于24GHz。

其中，内壁的材质可以但不限于是不锈钢。可知地，通过设置料仓的内壁的材质，本实用新型实施例能使内壁具有适宜的波束反射性能，进而使得第一发射波束可以经内壁至少一次反射后到达物料的表面。

可知地，当第一初始微波信号为调频连续波时，第一初始微波信号是频率受特定信号调制的连续波，此时，第一初始微波信号的信号调制方式可以是三角波调制、锯齿波调制或正弦波调制等。另外，当第一初始微波信号是脉冲波时，第一初始微波信号例如可以是矩形波、锯齿波、三角波、尖峰波或阶梯波等。

示例性地，波束发射/接收装置110至少包括2个探头，探头可以包括天线、透镜和波导等部件，天线可以是锥形天线或喇叭天线等，透镜可以设置在天线的前端，波导可以设置在天线的内部，信号发生/处理装置120生成的第一初始微波信号被波束发射/接收装置110的天线和波导传输，再由透镜汇聚后射出形成第一发射波束。具体而言，波束发射/接收装置110可以采用中国专利CN215865393U中由波导、喇叭天线、第一透镜以及第二透镜等部件构成的探头，或是与其类似的探头结构。

图6是本实用新型实施例提供的一种波束发射/接收装置的结构示意图，参见图6，波束发射/接收装置包括4个探头1101，可以将每个探头1101的安装角度设置为互不相同，以使各个探头1101具有互不相同的波束发射角度，形成多个第一发射波束的同时，使得波束发射/接收装置110发射的第一发射波束为多发射角度的波束，此时，信号发生/处理装置120可以包括具有多发多收通道的微波芯片，或者可以使用由多个具有单发单收通道的微波芯片级联而成的芯片结构，以生成多个第一初始微波信号并对应传递至波束发射/接收装置110的多个探头1101，以发射出多个第一发射波束，形成多发射角度的波束。可以理解的是，图6示例性示出了波束发射/接收装置110中包含的探头1101的数量为4个，但不作为对本实用新型实施例的限定；此外，探头1101的安装角度、数量也可以根据料仓的大小、电磁波3D扫描雷达的安装位置和/或物料的堆砌形态等进行适应性设置或调整。

在另一些实施例中，可选地，波束发射/接收装置包括角度调整机构和至少一个探头，示例性地，角度调整机构可以是具有至少一个自由度的机械结构；具体地，角度调整机构可以是能够执行水平移动(或转动)和/或俯仰转动的带轮联接结构；可以理解的是，当角度调整机构带动探头进行水平移动(或转动)和/或俯仰转动时，不同时刻下探头发射的第一发射波束具有不同的方向性，即第一发射波束为可变角度波束。角度调整机构可驱动至少一个探头运动至多个角度，以使波束发射/接收装置发射的第一发射波束为可变角度波束，并且在至少一个角度上的第一发射波束经内壁至少一次反射后到达物料的全部表面区域或部分表面区域。

可选地，发射第一发射波束的探头每隔第一预设时间发射一次第一发射波束。其中，第一预设时间可以根据电磁波3D扫描雷达的实际应用工况进行适应性选取，本实用新型实施例对此不进行限制。

在上述实施例的基础上，图3是本实用新型实施例提供的一种等效多位置无死角的电磁波3D扫描雷达对物料的表面进行测量的过程示意图，图4是本实用新型实施例提供的另一种等效多位置无死角的电磁波3D扫描雷达对物料的表面进行测量的过程示意图，图5是本实用新型实施例提供的又一种等效多位置无死角的电磁波3D扫描雷达对物料的表面进行测量的过程示意图。

参见图3、图4和图5，可选地，波束发射/接收装置110除用于发射第一发射波束经料仓内壁至少一次反射后到达物料300的部分表面区域，波束发射/接收装置110还用于发射第二发射波束，以直接出射至物料300的部分表面区域，并经物料300的表面反射形成第二回射波束直接被波束发射/接收装置所接收，和/或经内壁至少一次反射后被波束发射/接收装置接收；信号发生/处理装置120还用于生成第二初始微波信号，以使波束发射/接收装置110基于第二初始微波信号发射第二发射波束；以及，通过波束发射/接收装置110还可接收第二回射波束，并至少根据第一回射波束的信号特征、第二回射波束的信号特征、电磁波3D扫描雷达100的安装位置信息和料仓200的内壁的位置信息，获取物料300的表面的空间信息。

其中，第一发射波束和第二发射波束为多发射角度的波束或可变角度波束。

继续参见图3，第一发射波束经料仓200的内壁反射生成了第一反射波束(第一反射波束是指图3中用实线表示的波束，图3中示例性示出了第一发射波束及第一反射波束的数量均为3条)，上述3条第一反射波束沿自身出射的反方向穿过料仓200的内壁汇聚于一点，该点为等效位置雷达101的波束发射点，第一反射波束即相当于由等效位置雷达101直接发射的部分发射波束。可以理解的是，实际应用中第一发射波束及第一反射波束的数量可以不为3条，且等效位置雷达101也可以不止一个。

继续参见图4，第一发射波束经料仓200的内壁反射生成了第一反射波束(第一反射波束是指图4中用实线表示的波束，图4示例性示出了第一发射波束的数量为5条，第一反射波束的数量均为4条，即图4未完整示出全部第一发射波束所对应的第一反射波束)，上述4条第一反射波束沿自身出射的反方向穿过料仓200的内壁汇聚于两点，分别为第一等效位置雷达102和第二等效位置雷达103的波束发射点，4条第一反射波束即相当于由第一等效位置雷达102和第二等效位置雷达103直接发射的部分发射波束。可以理解的是，实际应用中第一发射波束的数量可以不为5条、第一反射波束的数量可以不为4条，且等效位置雷达也可以不止第一等效位置雷达102和第二等效位置雷达103。

继续参见图5，第一发射波束经料仓200的内壁反射生成了第一反射波束(第一反射波束是指图5中用实线表示的波束，图5示例性示出了第一发射波束的数量为6条，第一反射波束的数量均为4条，即图5未完整示出全部第一发射波束所对应的第一反射波束)，其中一条第一发射波束经料仓内壁2次反射后到达料仓内物料表面，图5示出的4条第一反射波束沿自身出射的反方向穿过料仓200的内壁汇聚于两点，分别为第三等效位置雷达104和第四等效位置雷达105的波束发射点，4条第一反射波束即相当于由第三等效位置雷达104和第四等效位置雷达105直接发射的部分发射波束。可以理解的是，实际应用中第一发射波束、第一反射波束的数量可以不为图5示出的数量，且等效位置雷达也可以不止第三等效位置雷达104和第四等效位置雷达105。

除此以外，图3示例性示出了第二发射波束的数量为7条，图4示例性示出了第二发射波束的数量为6条，图5示例性示出了第二发射波束的数量为5条，但均不对本实用新型实施例构成限制。

示例性地，等效多位置无死角的电磁波3D扫描雷达100的工作流程具体如下：

信号发生/处理装置生成第一初始微波信号以及第二初始微波信号，并将第一初始微波信号以及第二初始微波信号传递至波束发射/接收装置。波束发射/接收装置基于第一初始微波信号以及第二初始微波信号，发射第一发射波束和第二发射波束。第一发射波束到达料仓200的内壁，经内壁至少一次反射后到达物料300的部分表面区域；物料300对第一发射波束进行反射，形成第一回射波束；第一回射波束经内壁至少一次反射后被波束发射/接收装置接收，进而传递至信号发生/处理装置；另外，第二发射波束直接到达物料300的部分表面区域；物料300对第二发射波束进行反射，形成第二回射波束；第二回射波束直接被波束发射/接收装置接收，和/或经内壁至少一次反射后被波束发射/接收装置接收，进而传递至信号发生/处理装置。信号发生/处理装置至少根据第一回射波束的信号特征、第二回射波束的信号特征、电磁波3D扫描雷达100的安装位置信息和料仓200的内壁的位置信息，获取物料300的表面的空间信息。

可知地，即使是在电磁波3D扫描雷达100的安装位置远离山丘形态的物料300，或者波束发射/接收装置发射的信号的角度较为倾斜等非理想工况下，本实用新型实施例也可以利用料仓200的内壁反射第一发射波束，以使第一发射波束能够到达位于“山丘”背面的物料300表面；还可以利用第二发射波束直接出射至“山丘”正面的物料300表面，即在第一发射波束和第二发射波束的配合下，电磁波3D扫描雷达100可以覆盖物料300的全部表面区域进行无死角测量；另外，第一发射波束经“山丘”背面的物料300表面反射后，第一回射波束得以形成，此时第一回射波束同样能够利用料仓200的内壁进行至少一次反射后再被波束发射/接收装置接收，进而传递至信号发生/处理装置，最后，信号发生/处理装置至少根据第一回射波束的信号特征、第二回射波束的信号特征、电磁波3D扫描雷达100的安装位置信息和料仓200的内壁的位置信息，获取山丘形态的物料300的全部表面区域的空间信息。

由此可见，本实用新型实施例只需设置一台电磁波3D扫描雷达即可实现对物料的全部表面区域的测量，解决了现有非移动式3D扫描雷达无法测量到“山丘”背面的物料形态，三维测量精度偏低的问题，也克服了现有安装多台非移动式3D扫描雷达的解决方案安装工作量大，系统成本高，以及系统趋于复杂的缺陷，在不增加安装工作量、系统成本和系统复杂程度的基础上，提高了3D扫描雷达的三维测量精度。

综上所述，本实用新型实施例提供的电磁波3D扫描雷达是一种等效多位置无死角的电磁波3D扫描雷达。

需要说明的是，当第一发射波束和第二发射波束均为多发射角度的波束时，可选地，波束发射/接收装置110包括至少两个探头，至少两个探头具有至少两个波束发射角度，以使波束发射/接收装置发射第一发射波束和第二发射波束并形成多发射角度的波束。可参见图6，波束发射/接收装置包括4个探头，将每个探头1101的安装角度设置为互不相同，以使各个探头1101具有互不相同的波束发射角度，形成多个第一发射波束的同时，使得波束发射/接收装置110发射的第一发射波束为多发射角度的波束，此时，信号发生/处理装置120可以包括具有多发多收通道的微波芯片，或者可以使用由多个具有单发单收通道的微波芯片级联而成的芯片结构，以生成多个第一初始微波信号并对应传递至波束发射/接收装置110的多个探头1101，以发射出多个第一发射波束，形成多发射角度的波束。

适应性地，当第一发射波束和第二发射波束均为可变角度波束时，可选地，波束发射/接收装置110包括角度调整机构和至少一个探头，角度调整机构驱动至少一个探头运动至多个角度，以使波束发射/接收装置110发射的第一发射波束以及第二发射波束为可变角度波束，并且在至少一个角度上的第一发射波束经内壁至少一次反射后到达物料的表面，以及在至少一个角度上的第二发射波束直接出射至物料的表面。示例性地，角度调整机构可以是具有至少一个自由度的机械结构；具体地，角度调整机构可以是能够执行水平移动(或转动)和/或俯仰转动的带轮联接结构；可以理解的是，当角度调整机构带动探头进行水平移动(或转动)和/或俯仰转动时，角度调整机构可驱动至少一个探头运动至多个角度，不同时刻下探头发射的第一发射波束以及第二发射波束具有不同的方向性，以使波束发射/接收装置发射的第一发射波束以及第二发射波束为可变角度波束，并且在至少一个角度上的第一发射波束经内壁至少一次反射后到达物料的部分表面区域；至少一个角度上的第二发射波束直接到达物料的部分表面区域。

可选地，至少一个探头被角度调整机构驱动的角度变化范围为：水平方向角度为0°至360°，和/或竖直方向角度为-90°至+90°。

其中，在某些场景下，料仓内物料的位置需要限定在某一物位值以下，角度调整机构只需在较小的竖直方向角度范围内驱动至少一个探头运动即可实现对物料的表面三维形态的测量，此时，竖直方向角度可以优选设置为-45°至+45°；这样设置也可以减少角度调整机构的工作量，有利于延长角度调整机构的使用寿命，降低电磁波3D扫描雷达的维护成本。

可以理解的是，角度调整机构在水平方向和/或竖直方向上单次调整的角度间隔可以根据料仓尺寸、物料物位高度等影响因素进行适应性设置，本实用新型实施例对此不进行限制。

可选地，第一初始微波信号的频率与第二初始微波信号的频率不相同，此外，本领域技术人员应当理解的是，第一初始微波信号的频率与第二初始微波信号的频率也可以相同。

可选地，信号发生/处理装置不同时生成第一初始微波信号和第二初始微波信号，此外，本领域技术人员应当理解的是，信号发生/处理装置也可以同时生成第一初始微波信号与第二初始微波信号。

其中，当第一初始微波信号和第二初始微波信号是由信号发生/处理装置在不同时刻生成时，波束发射/接收装置不同时发射第一发射波束和第二发射波束。

可以理解的是，在一些实施例中，第一初始微波信号的频率与第二初始微波信号的频率不相同，但信号发生/处理装置同时生成第一初始微波信号和第二初始微波信号；或者，第一初始微波信号的频率与第二初始微波信号的频率相同，但信号发生/处理装置不同时生成第一初始微波信号和第二初始微波信号；或者，第一初始微波信号的频率与第二初始微波信号的频率相同，并且信号发生/处理装置同时生成第一初始微波信号和第二初始微波信号，但第一初始微波信号与第二初始微波信号的幅值、相位等信号特征不同。

可选地，发射第二发射波束的探头每隔第二预设时间发射一次第二发射波束，发射第一发射波束的探头每隔第一预设时间发射一次第一发射波束。

可选地，当探头的数量大于或等于2时，各个探头平行设置且间隔预设距离，或者各个探头之间具有预设角度。

可以理解的是，第二预设时间、预设距离和预设角度均可根据电磁波3D扫描雷达的实际应用工况进行适应性调整，本实用新型实施例对此均不作限定。

可选地，第一初始微波信号以及第二初始微波信号为调频连续波或者脉冲波，且第一初始微波信号以及第二初始微波信号的频率大于24GHz。

可选地，各个探头对应发射的第一发射波束以及第二发射波束的频率互不相同。

其中，本实用新型实施例可以控制多个探头同时发出不同频率的第一发射波束和第二发射波束，以获取不同分辨率下料仓内物料的表面三维形态测量结果。这样设置的原因在于，在对不同结构的料仓和/或不同类型的物料进行测量的过程中，单一频率的发射波束很难同时满足多种测量工况和/或多种物料类型的实际测量需求，采用不同频率的第一发射波束以及第二发射波束能够有效拓宽3D扫描雷达的使用场景。

可以理解的是，在一些实施例中，各个探头对应发射的第一发射波束以及第二发射波束的频率可以相同，但第一发射波束以及第二发射波束的幅值、相位等特征参数不同。

在上述实施例的基础上，图7是本实用新型实施例提供的另一种等效多位置无死角的电磁波3D扫描雷达的结构示意图，图8是本实用新型实施例提供的一种下沉支架的结构示意图。参见图7和图8，可选地，还包括测量主机130、通讯模块140和电源模块150；测量主机130通过通讯模块140与信号发生/处理装置120建立通信连接，信号发生/处理装置120通过通讯模块140将物料的表面的空间信息传输至测量主机130，测量主机130基于预设料仓模型建立三维坐标系，并基于波束发射/接收装置的探头的位置信息及探头的角度信息，将物料的表面的空间信息转换为三维点云坐标，以获得物料的表面三维形态；电源模块150，与信号发生/处理装置120连接，用于接收外部供电，并将外部供电转换为多级工作电压，以维持电磁波3D扫描雷达的正常工作。

可选地，测量主机130包括数据存储模块(图中未示出)；

数据存储模块至少用于对预设时间段内获得的物料的表面三维形态、体积、质量、平均料位、最高料位和最低料位进行存储，以获得物料的表面历史数据。

可选地，测量主机130还包括显示模块(图中未示出)；

显示模块用于显示物料的表面三维形态、体积、质量、平均料位、最高料位、最低料位和表面历史数据中的至少一个。

可选地，还包括壳体(图中未示出)及固定安装座(图中未示出)；

波束发射/接收装置110与信号发生/处理装置120设置在壳体的内部；壳体设置有第一端部与第二端部，第一端部开口且第二端部的材质为透波材质；波束发射/接收装置110靠近第二端部设置，以使多发射角度的波束或可变角度波束透过第二端部射出，并使回射波束透过第二端部被波束发射/接收装置110接收；壳体的第一端部与固定安装座连接，固定安装座远离壳体的第二端部的一端设置有至少一个孔位，以安装电磁波3D扫描雷达。

可选地，还包括防护罩体(图中未示出)和下沉支架；防护罩体为下端开口的中空结构，壳体设置在防护罩体的中空结构内，防护罩体的上端设置有与固定安装座相对应的孔位，以使固定安装座与防护罩体固定连接，避免外部水分溅至壳体；下沉支架包括连接杆802、支架底座803及法兰盘801，支架底座803与防护罩体的上端固定连接，连接杆802连接在支架底座803与法兰盘801之间，法兰盘801与料仓固定连接，以将电磁波3D扫描雷达安装至料仓。

可选地，连接杆802采用可拆卸结构且长度可调，以使电磁波3D扫描雷达的下沉距离可调。

其中，测量主机130可以为工控机；通讯模块140的通讯方式可以是无线通讯或有线通讯，例如可以是WiFi、蓝牙、RS485、光纤或网线等；预设料仓模型可以包括料仓形状、制作材料和结构尺寸等参数。

示例性地，探头的位置信息可以是三维坐标系中能够表征探头位置的三维坐标，探头的角度信息可以是能够表征探头偏转程度的角度分量。

可知地，物料的表面的三维点云坐标是指在同一空间参考系下表达物料的表面空间分布的多个空间采样点的坐标。可以理解的是，在一些实施例中，测量主机130还能生成物料的表面三维形态图，即能够表征物料的表面形态的三维图，适应性地，物料的表面三维形态图由同一空间参考系下表达物料的表面空间分布的全部空间采样点构成。

可知地，外部供电可以是市电，多级工作电压用于保障信号发生/处理装置120、通讯模块140、波束发射/接收装置110以及测量主机130等的稳态工作，进而维持整个电磁波3D扫描雷达的正常工作，示例性地，多级工作电压可以包括3.3V、5V、±12V、±15V或24V等电压等级。

可知地，数据存储模块可以是数据库、硬盘、工作站等数据存储专用设备；物料的表面历史数据是指，预设时间段内物料的表面三维形态、体积、质量、平均料位、最高料位和最低料位。可以理解的是，预设时间段可以根据电磁波3D扫描雷达的实际运行工况进行适应性改变，本实用新型实施例对此不作限定。

示例性地，当物料的形态为固态，并且物料的表面呈坡状时，物料的最高料位是指位于坡顶的物料在料仓中的空间位置，物料的最低料位是指位于坡底的物料在料仓中的空间位置。可以理解的是，物料的平均料位可以是物料表面所有料位之和的平均值。

可知地，显示模块可以但不限于采用CRT显示屏、LCD显示屏和LED显示屏；显示模块可以以表格或曲线等形式显示表面历史数据。

示例性地，可以采用中国专利CN215865393U中的密封罩及第一壳体作为本实用新型实施例的壳体；壳体的第二端部的材质可以是塑料、陶瓷或玻璃等透波材质。

可知地，连接杆802包括内轮廓和外轮廓，连接杆802的外轮廓及内轮廓形状可以但不限于是圆形、椭圆形或方形。可以理解的是，可拆卸结构的数量和长度可以根据电磁波3D扫描雷达拟下沉安装的深度进行适应性改变，本实用新型实施例对此不进行限制。另外，可拆卸结构的具体构造及长度可以完全相同，或者可以不完全相同，或者可以完全不同。

综上，本实用新型实施例只需设置一台电磁波3D扫描雷达即可实现对物料的全部表面区域的测量，解决了现有非移动式3D扫描雷达无法测量到“山丘”背面的物料形态，三维测量精度偏低的问题，也克服了现有安装多台非移动式3D扫描雷达的解决方案安装工作量大，系统成本高，以及系统趋于复杂的缺陷，在不增加安装工作量、系统成本和系统复杂程度的基础上，提高了3D扫描雷达的三维测量精度。

同时，本实用新型实施例通过设置采用可拆卸结构且长度可调的连接杆，使得电磁波3D扫描雷达能够下沉至料仓的内部，同时，连接杆的下沉深度还可以根据电磁波3D扫描雷达的实际安装需求自适应调整。由此可见，本实用新型实施例一方面能够在电磁波3D扫描雷达下沉安装较浅时，避免直接使用一长杆径而造成的资源浪费；另一方面，与现有直接设置在料仓顶部的开口处的非移动式3D扫描雷达相比，本实用新型实施例能够有效缩短电磁波3D扫描雷达与物料的表面之间的距离，进一步提高了3D扫描雷达的三维测量精度。

即使是在电磁波3D扫描雷达的安装位置远离山丘形态的物料，或者波束发射/接收装置发射的信号的角度较为倾斜等非理想工况下，本实用新型实施例也可以利用料仓的内壁反射第一发射波束，以使第一发射波束能够到达位于“山丘”背面的物料表面；还可以利用第二发射波束直接出射至“山丘”正面的物料表面，即在第一发射波束和第二发射波束的配合下，电磁波3D扫描雷达可以覆盖物料的全部表面区域进行无死角测量；另外，第一发射波束经“山丘”背面的物料表面反射后，第一回射波束得以形成，第一回射波束同样能够利用料仓的内壁进行至少一次反射后再被波束发射/接收装置接收，进而传递至信号发生/处理装置，最后，信号发生/处理装置至少根据第一回射波束的信号特征、第二回射波束的信号特征、电磁波3D扫描雷达的安装位置信息和料仓的内壁的位置信息，获取山丘形态的物料的全部表面区域的空间信息。

由此可见，本实用新型实施例只需设置一台电磁波3D扫描雷达即可实现对物料的全部表面区域的测量，解决了现有非移动式3D扫描雷达无法测量到“山丘”背面的物料形态，三维测量精度偏低的问题，也克服了现有安装多台非移动式3D扫描雷达的解决方案安装工作量大，系统成本高，以及系统趋于复杂的缺陷，在不增加安装工作量、系统成本和系统复杂程度的基础上，提高了3D扫描雷达的三维测量精度。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (13)

1.一种等效多位置无死角的电磁波3D扫描雷达，其特征在于，所述电磁波3D扫描雷达固定安装至料仓，以测量所述料仓内物料的表面三维形态；

所述电磁波3D扫描雷达包括波束发射/接收装置和信号发生/处理装置；

所述波束发射/接收装置至少用于发射第一发射波束，以使所述第一发射波束经所述料仓的内壁至少一次反射后到达所述物料的表面，并经所述物料的表面反射形成第一回射波束，所述第一回射波束再经所述内壁至少一次反射后被所述波束发射/接收装置所接收；

所述信号发生/处理装置与所述波束发射/接收装置连接，至少用于生成第一初始微波信号，以使所述波束发射/接收装置基于所述第一初始微波信号发射所述第一发射波束；以及，接收经由所述波束发射/接收装置传递的所述第一回射波束，并至少根据所述第一回射波束的信号特征、所述电磁波3D扫描雷达的安装位置信息和所述料仓的内壁的位置信息，获取所述物料的表面的空间信息；

其中，所述波束发射/接收装置包括至少两个探头，所述至少两个探头具有至少两个波束发射角度，以使所述波束发射/接收装置发射所述第一发射波束并形成多发射角度的波束或可变角度波束，以使所述第一发射波束经所述内壁至少一次反射后到达所述物料的全部表面区域或部分表面区域；或者，所述波束发射/接收装置包括角度调整机构和至少一个探头，所述角度调整机构驱动所述至少一个探头运动至多个角度，以使所述波束发射/接收装置发射的所述第一发射波束为可变角度波束，并且在至少一个角度上的所述第一发射波束经所述内壁至少一次反射后到达所述物料的表面。

2.根据权利要求1所述的等效多位置无死角的电磁波3D扫描雷达，其特征在于，所述料仓的内壁为金属材质，或者所述料仓的结构中含有金属并具有微波反射特性的材质。

3.根据权利要求1所述的等效多位置无死角的电磁波3D扫描雷达，其特征在于，所述波束发射/接收装置还用于发射第二发射波束，以直接出射至所述物料的部分表面区域，并经所述物料的表面反射形成第二回射波束直接被所述波束发射/接收装置所接收，和/或经所述内壁至少一次反射后被所述波束发射/接收装置接收；

所述信号发生/处理装置还用于生成第二初始微波信号，以使所述波束发射/接收装置基于所述第二初始微波信号发射所述第二发射波束；以及，通过所述波束发射/接收装置接收所述第二回射波束，并至少根据所述第一回射波束的信号特征、所述第二回射波束的信号特征、所述电磁波3D扫描雷达的安装位置信息和所述料仓的内壁的位置信息，获取所述物料的表面的空间信息；

其中，所述第二发射波束为多发射角度的波束或可变角度波束。

4.根据权利要求3所述的等效多位置无死角的电磁波3D扫描雷达，其特征在于，所述波束发射/接收装置包括至少两个探头，所述至少两个探头具有至少两个波束发射角度，以使所述波束发射/接收装置发射所述第一发射波束和所述第二发射波束并形成多发射角度的波束。

5.根据权利要求3所述的等效多位置无死角的电磁波3D扫描雷达，其特征在于，所述波束发射/接收装置包括角度调整机构和至少一个探头，所述角度调整机构驱动所述至少一个探头运动至多个角度，以使所述波束发射/接收装置发射的所述第一发射波束以及第二发射波束为可变角度波束，并且在至少一个角度上的所述第一发射波束经所述内壁至少一次反射后到达所述物料的表面，以及在至少一个角度上的所述第二发射波束直接出射至所述物料的表面。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的等效多位置无死角的电磁波3D扫描雷达，其特征在于，当所述探头的数量大于或等于2时，各个所述探头平行设置且间隔预设距离，或者各个所述探头之间具有预设角度。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的等效多位置无死角的电磁波3D扫描雷达，其特征在于，各个所述探头被所述角度调整机构驱动的角度变化范围为：

水平方向角度为0°至360°，和/或竖直方向角度为-90°至+90°。

8.根据权利要求1至5中任一项所述的等效多位置无死角的电磁波3D扫描雷达，其特征在于，还包括测量主机、通讯模块和电源模块；

所述测量主机通过所述通讯模块与所述信号发生/处理装置建立通信连接，所述信号发生/处理装置通过所述通讯模块将所述物料的表面的空间信息传输至所述测量主机，所述测量主机基于预设料仓模型建立三维坐标系，并基于所述探头的位置信息及所述探头的角度信息，将所述物料的表面的空间信息转换为三维点云坐标，以获得所述物料的表面三维形态；

所述电源模块，与所述信号发生/处理装置连接，用于接收外部供电，并将所述外部供电转换为多级工作电压，以维持所述电磁波3D扫描雷达的正常工作。

9.根据权利要求8所述的等效多位置无死角的电磁波3D扫描雷达，其特征在于，所述测量主机包括数据存储模块；

所述数据存储模块至少用于对预设时间段内获得的所述物料的表面三维形态、体积、质量、平均料位、最高料位和最低料位进行存储，以获得所述物料的表面历史数据。

10.根据权利要求9所述的等效多位置无死角的电磁波3D扫描雷达，其特征在于，所述测量主机还包括显示模块；

所述显示模块用于显示所述物料的表面三维形态、所述体积、所述质量、所述平均料位、所述最高料位、所述最低料位和所述表面历史数据中的至少一个。

11.根据权利要求1至5中任一项所述的等效多位置无死角的电磁波3D扫描雷达，其特征在于，还包括壳体及固定安装座；

所述波束发射/接收装置与所述信号发生/处理装置设置在所述壳体的内部；所述壳体设置有第一端部与第二端部，所述第一端部开口且所述第二端部的材质为透波材质；所述波束发射/接收装置靠近所述第二端部设置，以使所述多发射角度的波束或所述可变角度波束透过所述第二端部射出，并使回射波束透过所述第二端部被所述波束发射/接收装置接收；所述壳体的第一端部与所述固定安装座连接，所述固定安装座远离所述壳体的第二端部的一端设置有至少一个孔位，以安装所述电磁波3D扫描雷达。

12.根据权利要求11所述的等效多位置无死角的电磁波3D扫描雷达，其特征在于，还包括防护罩体和下沉支架；

所述防护罩体为下端开口的中空结构，所述壳体设置在所述防护罩体的中空结构内，所述防护罩体的上端设置有与所述固定安装座相对应的孔位，以使所述固定安装座与所述防护罩体固定连接，避免外部水分溅至所述壳体；

所述下沉支架包括连接杆、支架底座及法兰盘，所述支架底座与所述防护罩体的上端固定连接，所述连接杆连接在所述支架底座与所述法兰盘之间，所述法兰盘与所述料仓固定连接，以将所述电磁波3D扫描雷达安装至所述料仓。

13.根据权利要求12所述的等效多位置无死角的电磁波3D扫描雷达，其特征在于，所述连接杆采用可拆卸结构且长度可调，以使所述电磁波3D扫描雷达的下沉距离可调。

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