FR2943414A1

FR2943414A1 - Product i.e. food product, level measuring method for silo in enterprise, involves activating sensor for emitting wave having high amplitude ranging between specific volts, so as to clean sensor head for measuring product level in container

Info

Publication number: FR2943414A1
Application number: FR0901337A
Authority: FR
Inventors: Strat Olivier Le; Yoann Treguier; Gac Arnaud Le
Original assignee: Ijinus SAS
Current assignee: Ijinus SAS
Priority date: 2009-03-23
Filing date: 2009-03-23
Publication date: 2010-09-24
Anticipated expiration: 2029-03-23
Also published as: FR2943414B1

Abstract

The method involves emitting an ultrasonic wave having determined frequency ranging between 20 and 400 kilo Hertz, by an ultrasonic sensor (16) provided with a head. The ultrasonic sensor is set in receiving mode to receive a received return signal. The ultrasonic sensor is activated for emitting a wave having high amplitude ranging between 40 volts and 2500 volts, at regular intervals so as to clean the head of the sensor for measuring a level of a product (10) contained in a container i.e. silo (12). An independent claim is also included for a sensor for measuring a product level in a container, comprising a control unit.

Description

Procédé de mesure d'un niveau de produit dans un contenant et capteur pour la mise en oeuvre du procédé. A method of measuring a product level in a container and a sensor for carrying out the method

La présente invention se rapporte aux procédés de mesure de produit dans un contenant, par exemple des produits alimentaires dans un silo. Plus particulièrement, elle concerne un procédé de mesure d'un niveau de produit dans un contenant, le procédé comportant les étapes suivantes : émission par un capteur ultrasonore d'une onde ultrasonore présentant une fréquence déterminée entre 20 et 400 kHz, mise en mode réception du capteur ultrasonore de manière à recevoir le signal reçu en retour, les étapes précédentes étant réalisées de manière récurrente. Il est actuellement connu d'utiliser des systèmes de radar, utilisant des ondes électriques, pour mesurer des niveaux de produits dans un contenant. The present invention relates to methods for measuring product in a container, for example food products in a silo. More particularly, it relates to a method of measuring a product level in a container, the method comprising the following steps: emission by an ultrasonic sensor of an ultrasonic wave having a frequency determined between 20 and 400 kHz, put in reception mode of the ultrasonic sensor so as to receive the signal received in return, the preceding steps being performed recurrently. It is currently known to use radar systems, using electric waves, to measure product levels in a container.

Toutefois ces systèmes ne sont pas utilisables pour toutes les matières, notamment les matières ayant une faible constante diélectrique, et toutes configurations, notamment dans un environnement poussiéreux, la poussière pouvant se poser sur l'antenne radar et risquant de la désaccorder. Il est aussi possible d'utiliser des capteurs ultrasonores pour mesurer le niveau d'un produit dans des contenant fermés, dont le volume intérieur est difficile ou impossible d'accès. Toutefois les capteurs soumis à des atmosphères remplies de fines particules, notamment de la poussière, s'encrassent rapidement et ne peuvent plus fonctionner correctement. La fiabilité des mesures à long terme est donc très largement diminuée. Le but de la présente invention est de pallier ces inconvénients et de proposer un capteur et un procédé permettant de nettoyer, de manière simple et sans apport d'énergie ou de système mécanique complémentaire, le capteur afin d'obtenir une mesure fiable et durable. However these systems are not usable for all materials, including materials with a low dielectric constant, and all configurations, especially in a dusty environment, the dust may land on the radar antenna and may detune it. It is also possible to use ultrasonic sensors to measure the level of a product in closed containers, whose interior volume is difficult or impossible to access. However, sensors subject to atmospheres filled with fine particles, especially dust, become dirty quickly and can not function properly. The reliability of long-term measurements is therefore very much diminished. The object of the present invention is to overcome these disadvantages and to provide a sensor and a method for cleaning, in a simple manner and without input of energy or additional mechanical system, the sensor to obtain a reliable and durable measurement.

A cet effet le procédé tel que décrit précédemment est caractérisé en ce que le capteur ultrasonore est activé pour émettre une onde à forte amplitude comprise entre 40 Volts et 2500 Volts, de manière à nettoyer la tête du capteur du produit disposé dans le contenant. For this purpose the method as described above is characterized in that the ultrasonic sensor is activated to emit a high amplitude wave between 40 volts and 2500 volts, so as to clean the sensor head of the product disposed in the container.

Grâce à ces dispositions le capteur n'est pas encrassé et reste propre en continu, assurant une mesure correcte du niveau de produit dans le contenant, en temps réel. Selon d'autres caractéristiques : - le capteur est activé pour émettre une onde à forte amplitude à intervalle régulier ; - le capteur est activé pour émettre une onde à forte amplitude avant chaque étape d'émission ; - le capteur est activé pour émettre une onde à forte amplitude sur commande de l'utilisateur ; - après émission d'une onde à forte amplitude, le capteur est en mode repos, selon un temps prédéterminé par l'utilisateur correspondant sensiblement au temps d'amortissement de l'onde ultrasonore à forte amplitude. Thanks to these provisions the sensor is not dirty and remains clean continuously, ensuring a correct measurement of the product level in the container, in real time. According to other characteristics: the sensor is activated to emit a high amplitude wave at regular intervals; the sensor is activated to emit a high amplitude wave before each transmission step; the sensor is activated to emit a high amplitude wave at the user's command; - After emission of a high amplitude wave, the sensor is in idle mode, according to a predetermined time by the user substantially corresponding to the damping time of the ultrasonic wave with high amplitude.

L'invention concerne aussi un capteur pour la mise en oeuvre du procédé et qui comporte un moyen de commande adapté à déclencher l'émission d'une onde à forte amplitude. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit réalisée sur la base des dessins annexés dans lesquels : La figure 1 représente un capteur selon l'invention installé dans un silo contenant un produit alimentaire, La figure 2 illustre un exemple de capteur selon l'invention. Dans la description qui suit, les termes haut, bas, vertical, horizontal, supérieur, inférieur seront utilisés selon leur sens conventionnel dans un bâtiment. La présente invention concerne notamment un procédé pour contrôler, en continu, le niveau de stockage d'un produit 10 dans un contenant 12 présentant un volume déterminé. Tel que représenté sur la figure 1, il s'agit de mesurer le niveau de poudre d'aliment contenue dans un silo 12. Le contenu pourrait être choisi parmi le ciment, des billes plastiques, du sable, des granulats, des copeaux de bois, des céréales, du sucre, des matières minérales, de la farine, des miettes, ou bien des adjuvants ciment, du fioul, de l'eau de la colle, de la mélasse, des huiles et de la graisse, des acides aminés, des acides organiques, des additifs liquides et pâteux, des déchets. Ces produits pouvant être contenus dans des silos, des cuves, des citernes, des conteneurs ou des réservoirs prévus à cet effet. L'invention concerne aussi le contrôle de niveau de flux de matières dans des canalisations. Ces canalisations peuvent être ouvertes ou fermées comme les rivières, les bassins, les canalisations d'eaux usées, d'eau potable ou d'eau de pluie. De préférence, le contenu sera choisi parmi des éléments granulaires, composés de solide en petits morceaux dont l'ensemble présente une surface supérieure 14 qui peut être non plane, telle que visible sur la figure 1. Le procédé comporte une première étape d'émission d'une onde ultrasonore par un capteur ultrasonore 16 et une deuxième étape dans laquelle le capteur ultrasonore 16 reçoit le signal réfléchi et reçu en retour. L'onde émise par le capteur 16 est comprise entre 20 et 400 kHz. La fréquence de l'onde est déterminée en fonction de la distance entre le capteur et la matière sur laquelle l'onde est réfléchie, car plus la distance de mesure augmente, plus la fréquence ultrasonore choisie doit être basse. Le capteur 16 permet de détecter la présence ou non d'objet dans le silo 12, et peut en outre évaluer la distance séparant l'objet du détecteur. Afin d'obtenir une mesure continue du niveau du produit 10 dans le silo 12, les étapes d'émission et de réception sont réalisées de manière récurrente, selon un intervalle de temps prédéterminé. A cet effet le capteur 16 ultrasonore comporte un boîtier 18, visible sur la figure 2, dans lequel sont disposés l'émetteur et le récepteur de l'onde ultrasonore. Le temps que l'onde met pour revenir vers le capteur 16 permet de déterminer la distance de l'objet détecté par rapport au détecteur. Les ondes ultrasonores sont créées grâce aux vibrations de matériaux auxquels une tension a été appliquée. Ainsi lorsque le capteur 16 est alimenté en tension, un élément piézo-électrique se met à vibrer. La vibration est transmise à l'air ambiant grâce à une tête 20 du capteur 16. Dans des environnements poussiéreux, des types décrits précédemment, le capteur 16 peut être encrassé par des dépôts de poussière ou de produit 10 et peut ne plus émettre ou recevoir l'onde ultrasonore de manière fiable. Afin d'éviter de tels inconvénients, le procédé selon l'invention comporte une étape de nettoyage de la tête 20 du capteur 16, dans laquelle le capteur 16 ultrasonore est activé pour émettre une onde de forte amplitude. Grâce à l'émission d'une onde de forte amplitude, les dépôts de poussière ou de produit 10 adhérents à la surface de la tête 20 du capteur 16 sont arrachés de celle-ci. Ce résultat est obtenu grâce au phénomène de vibration mécanique provoquant une lame d'air entre le dépôt de poussières et la tête 20 du capteur 16, facilitant ainsi leur détachement. Plus la fréquence est basse, plus les forces d'arrachement seront élevées. The invention also relates to a sensor for implementing the method and which comprises a control means adapted to trigger the emission of a high amplitude wave. The present invention will be better understood on reading the following detailed description based on the accompanying drawings in which: FIG. 1 shows a sensor according to the invention installed in a silo containing a food product, FIG. 2 illustrates an example sensor according to the invention. In the following description, the terms up, down, vertical, horizontal, upper, lower will be used according to their conventional sense in a building. The present invention relates in particular to a method for continuously monitoring the level of storage of a product 10 in a container 12 having a determined volume. As represented in FIG. 1, it is a question of measuring the level of food powder contained in a silo 12. The content could be chosen from cement, plastic beads, sand, aggregates, wood chips , cereals, sugar, minerals, flour, crumbs, or cement additives, fuel oil, water glue, molasses, oils and grease, amino acids, organic acids, liquid and pasty additives, waste. These products may be contained in silos, tanks, tanks, containers or tanks provided for this purpose. The invention also relates to controlling the level of material flow in pipes. These pipes can be opened or closed like rivers, ponds, sewage pipes, drinking water or rainwater. Preferably, the content will be selected from granular elements, consisting of solid into small pieces, all of which has an upper surface 14 which may be non-planar, as can be seen in FIG. 1. The method comprises a first emission step an ultrasonic wave by an ultrasonic sensor 16 and a second step in which the ultrasonic sensor 16 receives the signal reflected and received back. The wave emitted by the sensor 16 is between 20 and 400 kHz. The frequency of the wave is determined as a function of the distance between the sensor and the material on which the wave is reflected, because the greater the measurement distance, the lower the ultrasound frequency chosen. The sensor 16 makes it possible to detect the presence or absence of an object in the silo 12, and can furthermore evaluate the distance separating the object from the detector. In order to obtain a continuous measurement of the level of the product 10 in the silo 12, the transmission and reception steps are performed recurrently, according to a predetermined time interval. For this purpose, the ultrasonic sensor 16 comprises a housing 18, visible in FIG. 2, in which the emitter and the receiver of the ultrasonic wave are arranged. The time that the wave puts to return to the sensor 16 makes it possible to determine the distance of the detected object with respect to the detector. Ultrasonic waves are created by the vibration of materials to which a voltage has been applied. Thus when the sensor 16 is supplied with voltage, a piezoelectric element begins to vibrate. The vibration is transmitted to the ambient air by means of a sensor head 16. In dusty environments, of the types previously described, the sensor 16 may be fouled by deposits of dust or product and may no longer emit or receive the ultrasound wave reliably. In order to avoid such drawbacks, the method according to the invention comprises a step of cleaning the head 20 of the sensor 16, in which the ultrasonic sensor 16 is activated to emit a wave of high amplitude. Due to the emission of a high amplitude wave, deposits of dust or product adhering to the surface of the head 20 of the sensor 16 are torn off from it. This result is obtained thanks to the phenomenon of mechanical vibration causing an air gap between the dust deposit and the head 20 of the sensor 16, thus facilitating their detachment. The lower the frequency, the higher the pullout forces will be.

Dans un milieu très poussiéreux, le choix de la fréquence sera de préférence comprise entre 20 et 40 kHz. A cet effet, le capteur 16 selon l'invention comporte en outre un moyen de commande adapté à déclencher l'émission d'une onde de forte amplitude. Le moyen de commande permet d'appliquer au capteur 16 ultrasonore une tension comprise entre 40V et 2500V provoquant l'émission d'une onde de forte amplitude et un déplacement de la tête du capteur ultrasonore de quelques micromètres (10 à 500pm) Le moyen de commande permet en outre que le déclenchement de l'émission d'une onde de forte amplitude soit réalisé à un instant prédéterminé. In a very dusty environment, the choice of the frequency will preferably be between 20 and 40 kHz. For this purpose, the sensor 16 according to the invention further comprises a control means adapted to trigger the emission of a high amplitude wave. The control means makes it possible to apply to the ultrasonic sensor 16 a voltage of between 40 V and 2500 V causing the emission of a wave of high amplitude and a displacement of the head of the ultrasonic sensor by a few microns (10 to 500 μm). control further allows that the triggering of the emission of a high amplitude wave is performed at a predetermined time.

Selon une première variante, l'onde de forte amplitude est émise avant chaque étape d'émission de l'onde ultrasonore émise pour détecter le niveau de matériau.. Selon une deuxième variante de réalisation, l'onde basse fréquence est émise selon un intervalle régulier prédéterminé. Selon une troisième variante de réalisation, l'onde ultrasonore est émise sur commande de l'utilisateur. Dans tous les cas, après émission d'une onde forte amplitude, le capteur 16 est en mode repos, et n'émet et ne reçoit aucune onde ultrasonore de sorte à ce que la vibration de la tête 20 du capteur 16 soit amortie et n'interfère pas avec une valeur à capter. According to a first variant, the wave of high amplitude is emitted before each emitting step of the emitted ultrasonic wave to detect the level of material. According to a second variant embodiment, the low frequency wave is emitted according to an interval predetermined regular. According to a third variant embodiment, the ultrasonic wave is transmitted on the user's command. In all cases, after emitting a high amplitude wave, the sensor 16 is in the idle mode, and emits and receives no ultrasonic wave so that the vibration of the head 20 of the sensor 16 is damped and n does not interfere with a value to be captured.

La période de temps pendant laquelle le capteur 16 est en mode repos est calculée en fonction de la fréquence d'onde émise et du matériau constituant la partie vibrante du capteur 16. Tel que représenté sur la figure 1, le capteur 16 est relié à un ordinateur distant, par exemple par ligne téléphonique ou GPRS. L'utilisateur peut donc consulter à partir de son ordinateur les données fournies par le capteur 16 et vérifier le niveau des stocks de produits 10 dans les contenants. De manière générale, la présente invention permet un nettoyage automatique des têtes 20 de capteurs ultrasonores 16, et facilite ainsi la maintenance de ces derniers. De plus grâce aux mesures réalisées en continu, les stocks sont mesurés en temps réel, ce qui évite les déplacements pour les inventaires d'une entreprise. Enfin la présente invention permet d'améliorer la sécurité des utilisateurs, car elle permet de limiter les interventions dans les silos et par conséquent les risques de chute dans les silos. Elle permet en outre d'éviter les ruptures de stock ou les surcharges dans les silos et permet de surveiller l'état des silos (anomalie de stock, de température, de livraison...). The period of time during which the sensor 16 is in idle mode is calculated according to the transmitted wave frequency and the material constituting the vibrating part of the sensor 16. As shown in FIG. 1, the sensor 16 is connected to a remote computer, for example by telephone line or GPRS. The user can therefore consult from his computer the data provided by the sensor 16 and check the level of the stocks of products 10 in the containers. In general, the present invention allows automatic cleaning of ultrasonic sensor heads 16, and thus facilitates the maintenance thereof. Moreover, thanks to the measurements taken continuously, the stocks are measured in real time, which avoids the displacements for the inventories of a company. Finally, the present invention makes it possible to improve the safety of the users, since it makes it possible to limit the interventions in the silos and consequently the risks of falling in the silos. It also makes it possible to avoid stockouts or overloads in the silos and makes it possible to monitor the state of the silos (abnormal stock, temperature, delivery, etc.).

Claims

Revendications1. A method of measuring a product level (10) in a container, the method comprising the steps of: - transmitting by an ultrasonic sensor (16), comprising a head (20), an ultrasonic wave having a determined frequency between 20 and 400 kHz, - setting in reception mode of the ultrasonic sensor (16) so as to receive the signal received in return, - the steps (a) and (b) being performed recurrently, characterized in that the ultrasonic sensor ( 16) is activated to emit a wave of high amplitude between 40V and 2500V, so as to clean the head (20) of the sensor (16) of the product (10) disposed in the container.

2. The method of claim 1, wherein the sensor (16) is activated to emit a wave of high amplitude at regular intervals.

3. The method of claim 1 wherein the sensor (16) is activated to emit a high amplitude wave before each transmission step (a).

4. The method of claim 1, wherein the sensor (16) is activated to emit a wave of high amplitude on command of the user.

5. Method according to one of claims 1 to 4, wherein after emission of a high amplitude wave, the sensor (16) is in idle mode, according to a predetermined time by the user substantially corresponding to the damping time of the strong wave amplitude.

6. Sensor for implementing the method according to one of claims 1 to 5, characterized in that it comprises a control means adapted to trigger the emission of a high amplitude wave of between 20 and 400 kHz. 5