TW201534894A - 用於偵測物件之特性的量測裝置與方法 - Google Patents

用於偵測物件之特性的量測裝置與方法 Download PDF

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Abstract

一種用於偵測物件(110)之特性的量測裝置(500，600，530，630)，包含具可預設寬度之物件導引裝置(101)、第一發射裝置(502)、至少兩個接收裝置(505)及控制裝置(501，601)。該控制裝置(501，601)適於對發射訊號(510，551，552，553，610，605，606)進行發射以及對接收訊號(510，551，552，553，610，605，606)進行接收。該控制裝置(501，601)適於根據該接收訊號(510，551，552，553，610，605，606)沿線狀區域(130，552'，552")在該物件導引裝置(101)之寬度(B)內對該物件(110)之構造進行分析。

Description

用於偵測物件之特性的量測裝置與方法
本發明係有關於量測技術之技術領域。特定言之，本發明係有關於一種用於偵測物件之特性的量測裝置、一種偵測物件之特性的方法及一種用於偵測物件之特性的電腦程式產品。
在對物件進行輸送時，通常需要確定所輸送之物件的量或數目。採石場中之傳送帶、農業或高爐工業中之傳送帶，以及應用於發電或港口設施之傳送帶皆會引起輸送量方面之問題。特定言之，在諸多此類工業分支中，皆需要在填充或排空過程中對透過傳送帶輸送的形式為體積值或質量值的物料量進行偵測，例如以便於隨後建立自動化清算或及時停止填充。
為測定物件之輸送量，例如可採用即時對傳送帶及被傳送之介質所施加的重力進行連續式偵測的皮帶秤。
但藉由皮帶秤監測輸送設備可能會導致運行振動，進而造成量測結果失真。此外，為使用皮帶秤，在構建輸送線時必須直接對量測裝置進行構造整合，且對現有設備之改裝較為繁冗。
有鑒於此，根據本發明的一個態樣，提出一種用於偵測物件之特性的量測裝置、一種偵測物件之特性的方法及一種用於偵測物件之 特性的電腦程式產品。
對運動物件之特性進行高效量測或為期望之舉。
本發明之標的參閱獨立項。本發明的其他實施例參閱附屬項。
根據本發明的一個態樣，提出一種用於對位於物件導引裝置上之物件的特性進行偵測的量測裝置。該量測裝置具有發射裝置、至少兩個接收裝置及控制裝置。根據一種示例，該量測裝置僅具單獨一個發射裝置。根據另一示例，該量測裝置具有至少兩個發射裝置。該控制裝置適於藉由該發射裝置將發射訊號發射。此外，該接收裝置適於藉由至少兩個接收裝置對接收訊號，特別是對至少兩個接收訊號進行接收，其中，該等接收訊號由該同一發射訊號引起。根據一種示例，該等至少兩個接收裝置大體並行地或同時對該接收訊號進行接收。在進行接收時，該等接收裝置可以具相移之方式對接收訊號進行接收，因為該等接收裝置可佈置在不同位置上。可透過該等接收裝置或接收單元之位置來測定該相移。該接收訊號可為發射訊號，其大體係透過該物件及/或該物件導引裝置上之反射而產生。特定言之，該接收訊號可透過該物件表面上之反射而產生。
該控制裝置適於根據該等至少兩個接收裝置之接收訊號，沿線狀區域在該物件導引裝置之寬度內對該物件之構造或拓撲進行分析。限制在可預設之寬度的方案可確保該等至少兩個接收裝置對屬於該物件之所有部分進行偵測。根據一種示例，可在該控制裝置上例如透過調節相應參數來對用於限制分析的寬度進行調節。
可透過該分析獲得該物件在參考平面上方沿該線狀區域之高度特性曲線。可提供此高度特性曲線。可根據此高度特性曲線測定位於高度特性曲線下方之體積。可提供此經測定之體積。
可以相對該物件導引裝置固定之方式對該量測裝置進行安裝。為此，該量測裝置可具有保持裝置。
透過將該物件導引裝置限制在可預設之寬度，還可對該線狀區域之寬度及/或長度進行限制，從而大體僅在經限制之區域內對該發射訊號及/或接收訊號進行觀察。舉例而言，如此便能將該發射訊號之發射射束方向及/或接收訊號之接收方向朝該線狀區域之寬度及/或長度聚焦。換言之可採用以下方案：該發射訊號及/或該接收訊號之射束方向的角度範圍係可預設，以便限制在一線狀區域上。該線狀區域之長度可大於該線狀區域之寬度。該線狀區域之長度可大致等於該物件導引裝置之寬度。根據一種示例，該線狀區域可呈矩形或卵形。該線狀區域可大致為該發射訊號及/或該接收訊號之佔據面積，或者為佔據面積的一部分。
換言之，該發射訊號可根據該天線特性對該物件之表面的某一大於該線狀區域的區域進行偵測。例如可透過物理聚焦裝置對該發射訊號進行物理射束整形，及/或藉由該發射訊號之射束整型，即藉由改變該等發射裝置彼此的相移，來對該天線特性及被照射之區域進行預設。該被照射之區域可包含該發射訊號所偵測之區域，且亦稱作被光照之區域。
隨後，透過例如藉由數位射束整形實現的對該等接收裝置之接收訊號的數位處理，該反射訊號能夠自該被照射之區域產生或提取所期望之線狀區域，以及/或者將該線狀區域拆分為矩形或圓形掃描面，以便對此等掃描面下之體積進行測定並將其累積成該線狀區域之總體積。在對該線狀區域之總體積進行計算時，可採用積分之方法，具體方式為：拆分成較小之掃描面，從而增大沿該線狀區域之掃描面的數目。該線狀區域亦可稱作時間片，其表示，線狀區域可具有該在量測過程中偵測之構造。
根據一種示例，作為對單獨一個發射裝置及至少兩個接收裝置的替代方案，設有至少兩個發射/接收裝置。發射/接收裝置可適於透 過單獨一個裝置對訊號進行發射及接收。透過在該控制裝置中進行切換，可以某種方式對該發射/接收裝置進行操作，從而由該發射/接收裝置發射訊號，以及由該發射/接收裝置接收反射訊號。發射該訊號時所處於之狀態可稱作發射模式，且接收該訊號時所處於之狀態可稱作接收模式。舉例而言，可透過該等至少兩個發射/接收裝置沿發射方向產生一對較大面進行照射的發射訊號，以及透過該等至少兩個發射/接收裝置對該接收射束進行射束整形，從而實現聚焦及/或將線狀區域拆分。為對該發射訊號及/或該接收訊號進行射束整形，可設有至少兩個發射裝置或至少兩個接收裝置，其彼此耦合從而構成一天線陣列。
根據本發明的另一態樣，描述一種測定位於物件導引裝置上之物件的特性的方法。該物件之特性可為該物件之表面構造及/或該物件之表面拓撲。該方法可如下設計：透過發射裝置發射一訊號並透過至少兩個接收裝置來對接收訊號進行接收，其中，該等接收訊號係由該同一發射訊號引起。根據一種示例，可大致同時對該等接收訊號進行接收。就此而言，“同時”係指大體在一可解釋為同時範圍的時間範圍內對該等接收訊號進行接收。“同時”、“並行”或“同一時間”概念表示該等接收訊號係由該同一發射訊號引起。由於該等接收裝置佈置於不同地點，在不同的接收裝置上進行接收時，該同一發射訊號之反射可能會在該時間範圍內的不同時間點到達。
舉例而言，在相對物件導引裝置間隔可預設之距離的同一平面中進行發射及接收。換言之，該物件導引裝置可沿訊號傳播方向相對設有該發射裝置及/或該等至少兩個接收裝置的平面佈置。但在已知該發射裝置及/或該接收裝置之相互位置的情況下，該發射裝置及/或該等至少兩個接收裝置亦可任意佈置。
透過將該物件之運動限制在位於可設定之寬度內的區域上，可 確保對該物件的所有待偵測部分進行偵測。可根據該物件導引裝置之界限對該發射訊號之天線特性進行調整。在採用單獨一個發射裝置時，該天線特性可為球形發射器之特性。但當在一陣列中採用至少兩個發射裝置時，該陣列亦可藉由射束整形產生任意特性。透過物理射束整形裝置或聚焦裝置，例如槽形抛物面，亦能實現射束整形。
在接收完接收訊號後，根據該等至少兩個接收裝置沿位於該物件導引裝置之寬度內的線狀區域所偵測的接收訊號，對該物件之構造進行分析。可在進行訊號後處理時，例如在該控制裝置中或在該分析裝置中透過數學運算對該線狀區域進行整形。根據一種示例，該位於物件導引裝置之寬度內的線狀區域可為一佔據面積或一投影，其係透過該發射裝置及/或透過該等至少兩個接收裝置產生。
根據本發明的又一態樣，提出一種電腦程式產品，其用於在由處理器實施的情況下對本發明之方法進行實施。
根據本發明的又一態樣，提出一種可電腦讀取的資料載體，在該資料載體上存儲有一程式碼，該程序碼用於在由處理器實施的情況下對本發明的測定物件特性之方法進行實施。
可電腦讀取的存儲介質可為軟碟、硬碟、DVD(Digital Versatile Disc)、Blu-Ray DiscTM、USB(Universal Serial Bus)存儲介質、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)或EPROM(Erasable Programmable Read Only Memory)。亦可將能實現程式碼之運行或下載的通信網路(如網際網路)視作可電腦讀取的存儲介質。
該量測裝置可為現場設備或感測器。該感測器可具有該發射裝置、該等至少兩個接收裝置及/或該控制裝置。根據一種示例，該量測裝置亦可包含具可預設之寬度的物件導引裝置。該感測器可與該物件導引裝置之幾何尺寸，特別是與該物件導引裝置之寬度相匹配。特定言之，該感測器之尺寸可與該物件導引裝置之幾何尺寸相匹配。但 根據一種示例，該感測器亦可小於該物件導引裝置之寬度，以及，透過控制該接收裝置來對較大之區域進行偵測。該現場設備可實施為料位量測儀、體積量測儀及/或流量量測儀，並可根據現有物件導引裝置對該現場設備進行調整。根據一種示例，可將該量測裝置與一料位量測儀相結合，並透過料位量測儀對被輸送之體積進行真實性檢查。
為與該物件導引裝置匹配，該現場設備及/或該量測裝置可具有聚焦裝置，其用於確定該物件之可偵測的線狀區域沿運動方向的寬度。獨立於上述方案，該現場設備及/或該量測裝置可具有用於射束整形之裝置，其用於該線狀區域的橫向長度進行調節及/或將該區域拆分為較小之掃描面。
該物件導引裝置可適於將該物件之運動限制在位於可預設之寬度內的區域上。故可在該控制裝置中對該物件導引裝置的可預設之寬度進行調節，以便將該等接收射束之接收區域，即將該等接收方向限制在該物件導引裝置之寬度上，或使得該等接收方向與該寬度匹配。根據一種示例，該物件導引裝置既能對該運動方向，又能對該物件之運動所處於的區域進行預設。根據另一示例，該物件自身可運動並對該運動方向進行預設。該物件導引裝置大體適於確保該物件在具該可設定之寬度的區域內，使得該線狀區域可在該等界限內被定位。為對運動進行限制，該物件導引裝置例如可具有界邊、導板或障壁，或者亦可具有沿重力方向下降之邊緣，使得該物件的位於該寬度外的部分落至底部。
根據一種示例，該物件導引裝置可獨立於該量測裝置進行工作。
該聚焦裝置或調焦裝置可實施為物理聚焦裝置，例如實施為槽型抛物面、天線陣列、介電柱面透鏡或諸如此類。此外，可透過SAR(Synthetic Aperture Radar)算法，對所偵測的用於沿該輸送裝置之 運動方向及/或沿該物件之運動方向進行數學聚焦的量測資料進行分析。若進行過沿該運動方形之物理聚焦，則不必進行SAR分析。該SAR分析毋需陣列，因為可僅對都卜勒參數進行分析。陣列由至少兩個接收裝置及/或至少一個發射裝置構成，其中，此等裝置相對彼此的空間位置係已知，且此等裝置彼此相連。該至少一個發射裝置可為單獨一個發射裝置或至少兩個發射裝置。可根據該彼此的空間位置來測定該等發射訊號及/或該等接收訊號見的相移。該等接收裝置及/或發射裝置可任意佈置在該陣列中。對該分析，特別是對該接收訊號之射束整形而言，需要瞭解該等接收裝置及/或發射裝置相對彼此的位置。透過將該等至少兩個接收裝置佈置為線性陣列可實現沿橫向之射束整形。
採用所描述之標的時，可對該物件導引裝置之線狀區域進行掃描，並籍此為經過該感測器之物件的表面建立拓撲。在此，該線狀區域可大體為該拓撲的一個時間片，其中，整個拓撲由多個時間片整合而成。可大致根據該物件之表面與該感測器的距離來測定該拓撲。該拓撲可給出該物件導引裝置之參考面上方的高度。該參考面可為容置該物件的面，例如傳送帶之皮帶。若該參考面之位置係已知，亦即該參考面與該感測器的距離已知，則可對該物件之絕對高度或該物件之表面之拓撲的高度進行測定。如此便能對該拓撲下之面積及/或該拓撲下之體積進行計算。若該物件之密度係已知，亦可對該體積之重量進行計算。當該物件發生運動時，可對每時間單位之運動體積進行測定，從而推斷出容器中之料位。例如可透過積分計算來測定沒時間單位之運動體積。其中，可將該物件之運動速度考慮在內。此外，可透過該控制裝置以某種方式對該物件之運動速度進行控制，以便獲得良好的積分結果。亦可任意確定該參考面。
該量測裝置可具有輸入裝置，其用於輸入參數，例如該物件之 密度(例如散裝物料之密度)。此外，可輸入一柵格尺寸，其用於確定兩個掃描位置的沿橫向及/或沿該物件之運動方向的間距。
因此，對在工業環境中在物件導引裝置中或透過輸送線(例如傳送帶)自原始地點朝目標地點運動的體積/質量而言，用於偵測物件之特性的量測裝置可實現對該體積及/或質量的偵測。在本發明之範圍內，除傳送帶外，亦可將其他適於使物件在參考平面上自原始地點朝目標地點運動的方案用作物件導引裝置或輸送線。該量測裝置亦適用於自身在參考平面上在該物件導引裝置內發生運動的物件。
該物件可為具有由峰及谷構成之隨機表面構造的散裝物料。該表面構造可呈波狀。若輸送線並非被散裝物料，而是被若干單個物件佔據，則可利用該量測裝置對此等物件進行偵測、計數及/或測定其尺寸。該量測裝置例如可應用於工廠自動化領域，但亦可應用於後勤領域，例如應用於郵件分配中心或機場。
物件導引裝置可理解為任一類適於使得質量或物件自原始位置朝目標位置運動的輸送線，故亦可將該量測裝置應用於交通監測領域，例如在道路交通中以及在軌道及船舶交通中進行分類及對車輛進行計數。一般而言，可藉由該量測裝置對一可預設之區域進行監測。
該物件導引裝置可用於界定物件可發生運動的區域。在採用傳送帶時，該界限係由該傳送帶之兩側給定，因為無法對伸出該傳送帶之兩側的物件進行輸送。特定言之，針對自身發生運動的物件(如人員或車輛)，可透過若干障壁或導板來確定可供該等物件傳播及前進之限制區域。
可藉由該限制將監測範圍減小為一經限制之區域，透過該發射訊號及/或接收訊號對該區域進行檢查及掃描。大體而言，此種區域可為長度受限、藉由該發射訊號及/或該接收訊號受到照射或掃描之直線。但若干物理效應導致無法始終精確地對該線狀區域進行偵測， 故對該接收訊號進行演算處理。該控制裝置可適於對該線狀區域之區域界限進行識別以及對位於該區域內之物件進行量測。
所發射之發射訊號可為雷達訊號。可以連續、脈衝或作為FMCW雷達訊號(Frequency Modulated Continuous Wave Radar)之方式對此種雷達訊號進行發射。藉由用透鏡或鏡子(例如用抛物面天線)實施的物理射束整形，或者藉由數位射束整形，便能使該發射訊號及/或該接收訊號對準該線狀區域，以便對沿運動方向儘可能窄的時間片進行偵測。如此便能以較窄之時間片對該物件之表面構造進行掃描。透過對源自該物件之反射進行分析，能夠對發生該反射時穿過該線狀限制區域運動的物件所具有的物件構造進行分析。在採用數位射束整形的情況下，例如在對該接收訊號進行分析時，即在對該接收訊號進行後處理時，透過數學算法或數學方法來實現射束整形。
該物件可指剛性體或散裝物料。大體而言，散裝物料係指該物件之部分的隨機堆疊，該等堆疊例如係基於流程鏈中之較高溫度因散裝物料之部分的靜止角、團聚、凝集或結塊而產生。團聚體可能係因殘留水分或化學反應而產生。該物件之拓撲可因此種堆疊而產生，亦即，該待偵測之物件可具有相應之拓撲。透過對堆疊原因進行分析，可對該表面之位置或構造進行預估並將其納入對體積之計算。
透過藉由該發射訊號及接收訊號實施之線狀掃描，大體可對該物件之拓撲在某一時間點的曲線進行測定。透過此種掃描或採樣，可對該物件在該量測時間點沿該線條的高度特性曲線進行測定。當已知參考高度或參考平面時，即已知容置該物件的平面的位置時，可對該物件在該量測時間點的體積，以及對該物件之量或質量進行測定。若還已知該物件之密度，則可對該物件在該量測時間點的重量進行測定。若在一時間間隔內以定距之方式重複此等量測，則可對在該時間間隔內輸送的物件的量進行測定。
根據本發明的另一態樣，該發射裝置及該等至少兩個接收裝置係以相對該物件導引裝置間隔可預設之距離的方式佈置於同一平面中。根據一種示例，容置該發射裝置及該等至少兩個接收裝置的平面與該物件導引裝置構成直角。根據另一示例，該發射裝置及該接收裝置之平面平行於該物件導引裝置之用於輸送該物件的平面，及/或平行於由標記裝置構成之表面。
根據一種示例，該量測裝置具有至少一第二發射裝置。該至少一第二發射裝置與該第一發射裝置佈置於同一平面中。
根據本發明的又一態樣，該發射裝置可與該等接收裝置線狀佈置，或者該等發射裝置可與該等接收裝置線狀佈置。
該等發射裝置及/或該等接收裝置可透過最終延伸而位於一個平面中，但係線狀佈置在該平面中。
透過該等發射裝置及該接收裝置之線狀定向，可沿該天線之線狀延伸，垂直於該物件之運動方向實現該等發射裝置及該接收裝置之聚焦。該大體垂直於該物件之運動方向延伸的方向可稱作橫向。除線狀佈置外，該等至少兩個接收裝置及/或該發射裝置亦可採用任意佈置方式。舉例而言，該等至少兩個接收裝置可半圓狀佈置。但可能需要瞭解各接收裝置相對彼此之位置，以便在分析該等接收訊號時將該位置考慮在內。該等至少兩個接收裝置的線狀佈置則能在對線狀區域進行分析時減少所需的計算步驟。
根據一種示例，該等接收裝置可圍繞該發射裝置或圍繞該等發射裝置對稱佈置。
根據另一示例，該發射裝置可佈置在該線條之中心處，以及，該等接收裝置可沿該線條之邊界佈置。透過此種佈置方案，可沿橫向，即以垂直於該物件運動方向之方式實現射束整形。該等發射裝置可彼此等距地佈置在中心區域內。該等接收裝置亦可以彼此等距的方 式佈置。為將該唯一性區域限制為90°的角，根據一種示例，該等接收裝置的間距可小於所使用的雷達訊號之半波長。其中，唯一性區域係指：在該區域內，計算出的接收訊號可被明確地分配給一個角度，即不具有含混性。
根據另一示例，接收元件亦可以彼此無特定位置關係之方式沿該線條之延伸靜態分佈。但應已知該等接收元件之間距，以便對拓撲進行測定。
根據本發明的另一態樣，該量測裝置具有物件導引裝置。該物件導引裝置適於將該物件之運動限制在寬度(B)內之範圍。
透過將該量測裝置與該物件導引裝置相結合，可根據該物件導引裝置之尺寸對該量測裝置進行調整。如此便能在該量測裝置中實現固定的角度範圍，並對預設的處於該物件導引裝置之寬度內的線狀區域進行偵測。如此便能提供一組件相互匹配的量測系統。
根據本發明的另一態樣，該等至少接收裝置及該發射裝置或該等發射裝置可佈置在具該物件導引裝置之寬度的區域內。
用於佈置該等發射裝置及/或該等接收裝置的寬度可與該物件導引裝置的寬度匹配。如此便可由該發射裝置及/或該接收裝置對該物件導引裝置之寬度進行良好地偵測。藉由對用於該主射束方向及/或該接收方向的角度進行調節，可額外地對該線狀區域之寬度進行調整。該用於佈置發射裝置及/或接收裝置之寬度可等於該物件導引單元之寬度。該用於佈置發射裝置及/或接收裝置之寬度亦可小於或大於該物件導引單元之寬度。該發射裝置及/或該等至少兩個接收裝置可構成線性陣列。根據一種示例，該線性陣列之寬度可等於該物件導引裝置之寬度。根據另一示例，該線性陣列之寬度可小於或大於該物件導引裝置之寬度。根據一種示例，該線性陣列之寬度為20cm。
根據本發明的又一態樣，該物件導引裝置具有標記，其用於確 定參考平面。
振動可引起該物件導引裝置之運動。在此情形下，例如並非該物件之高度，而是該物件導引裝置之位置發生改變，故該物件拓撲之量測結果可能會失真。但若該物件導引裝置具有標記或標記裝置，其能給定該物件導引裝置在特定量測時間點的、相對該發射裝置及/或該等接收裝置的瞬時位置，則可對測定之構造進行修正。可在該控制裝置中進行此種修正。
該量測裝置可適於識別該標記，以及根據該標記之位置將干擾性的機械影響自該量測結果移除。該量測裝置可具有用於識別該標記的標記識別裝置。
根據本發明的另一態樣，該量測裝置適於對該發射裝置之主射束方向及/或該接收裝置之主接收方向進行改變。
可藉由改變該主射束方向及/或該主接收方向沿該線狀區域對訊號進行偵測，從而對該表面在對應區域內的構造或拓撲進行偵測。透過使用若干不同的主接收方向，可自該線狀區域提取若干較小的掃描面，並對此等掃描面之寬度及對應體積進行測定。特定言之，可預設一角度範圍，在該角度範圍內實現對該線狀區域的劃分。可在後處理中對該等主射束方向進行分析。特定言之，藉由改變該主接收方向，便可針對性地對該線狀區域之區段進行分析。
根據本發明的又一態樣，使用數位射束整形法來改變該接收裝置之主接收方向。特定言之，改變該主接收方向，從而沿橫向對該線狀區域進行分析。例如將該橫向區域拆分為若干較小的掃描面，其尺寸與該等接收裝置之角度相對應。
除沿橫向分析外，可實施沿運動方向之聚焦。該聚焦可用於沿運動方向界定出一儘可能窄的區域。為進行聚焦，可使用物理聚焦裝置及/或數學計算法。例如可將SAR算法(Synthetic Aperture Radar Algorithmus)用作聚焦用計算法。作為附加或替代方案，可將透鏡或天線，例如將槽形抛物面用作物理聚焦裝置。
換言之，可透過該聚焦裝置沿運動方向將該聚焦裝置窄化，以及，透過改變該主射束方向及/或該主接收方向沿橫向，即垂直於該運動方向對該經窄化之區域進行檢查。透過改變該主接收方向，可大體限定該寬度之大小，即確定該線狀區域之長度。透過該主接收方向，可對該線狀區域的被分配給相應角度的不同區段進行檢查。此外，透過改變該主接收方向，可將該線狀區域之長度限制為該物件導引裝置的及/或相應配設的標記裝置的寬度。透過該聚焦便能對該物件之表面構造的儘可能窄的區域進行量測，以及產生較窄的時間片。透過設置該主接收裝置的較小角度範圍，可進一步縮小該掃描面。
視具體需求，可採用數學及/或物理射束整形。
根據本發明的又一態樣，該物件導引裝置可選自裝置之群，該群由傳送帶、振動裝置及路面構成。
所有此等裝置能夠沿給定的方向對該物件進行輸送，以及在輸送期間對該物件進行空間限制。此等物件導引裝置同樣各具一參考平面，該物件在該參考平面上運動。
根據本發明的另一態樣，該量測裝置還具有速度量測裝置，其中，該速度量測裝置適於對該物件之運動速度進行測定。
在已知該物件之運動速度的情況下，可對該物件在某一時間間隔內被輸送的體積或重量進行測定。該速度量測裝置可實施為旋轉編碼器及/或速度雷達。亦可對該物件之運動速度進行控制。
根據另一態樣，該被輸送之物件為散裝物料、車輛及/或人員。
根據本發明的另一態樣，該控制裝置適於對該物件之拓撲進行測定，以及根據該拓撲對該物件之體積及/或質量進行測定。
可以不採用秤的方式來測定該拓撲。如此便毋需將其裝入物件 導引裝置的支承點。因此，可輕易實現對用於測定物件拓撲的量測裝置的改裝。
根據本發明的另一態樣，該量測裝置實施為雙線系統。
該雙線系統可使用4…20mA訊號。雙線系統可僅透過雙線連接獲取操縱該量測裝置所需的能量，特別是操作該控制裝置、該感測器、該陣列、該發射裝置及/或該接收裝置所需的能量。該雙線線路還適於通信，特別是適於將至少一量測值或由此推導出之量測值，如拓撲曲線、容器中之質量或被輸送之體積輸出。該雙線系統可實現雙向通信，同時還可為該量測裝置，特別是為該量測裝置之有源組件供能。
透過將該量測裝置實施為雙線系統，可藉由用於提供量測結果的物理線路來進行供電。為進行資料傳輸，可採用符合HART®標準之協定或4…20mA訊號。該量測儀裝置可具有一量測儀介面，其係選自量測儀介面之群，其中，該群由I2C介面、HART®介面、4…20mA介面或者4至20mA介面構成。
特定言之，採用HART®介面的HART®協定(Highway Addressable Remote Transducer)可稱作用於可匯流排定址的現場設備的主從協定。其能實施一方法，藉由頻移鍵控(FSK)以置於4至20mA處理訊號上之方式對資料進行傳輸，從而實現遠程配置及診斷檢查。HART®協定或對應的HART®介面亦可用於傳輸原始資料。4至20mA介面或HART®介面係一種硬體介面，其中，4至20mA介面為一種類比介面，該介面透過採用HART®協定及其組件或硬體而具備傳輸數位資料的能力。
在該量測儀介面上，要麼可提供經處理的、形式為每時間單位之重量或每時間單位之體積的量測值，要麼為給出物件表面之構造或物件之拓撲的曲線。此等拓撲曲線或表面曲線可給出沿該線狀區域之 高度特性曲線。可藉由在沿該線狀區域的不同位置上進行傳輸時間量測，或藉由沿該橫向線狀區域的不同角度來測定該拓撲曲線。例如可透過對雷達波之自發射時間點至接收時間點的傳輸時間進行量測，來實施傳輸時間量測。根據一種示例，可對該拓撲曲線之高度特性曲線進行測定，具體方式為，在不同之角度下對各接收單元或各接收裝置之回波曲線進行分析。而該拓撲曲線自身可不為回波曲線。可直接在該量測裝置上進行該分析。但亦可將該分析遷移至一外部分析儀，其中僅為該外部分析儀提供原始資料。向外部設備的遷移可減小該量測裝置的電力需求，特別是對雙線系統而言，此為良好的能源管理方案。
該發射裝置及/或該等至少兩個接收裝置可為一感測器的一部分，該感測器將所接收的訊號以回波曲線的形式提供。可根據此等接收的訊號來測定該拓撲曲線。該感測器又可為現場設備的一部分，或自身作為現場設備。該量測裝置可具有該感測器或該現場設備以及一分析裝置。該分析裝置可實施為外部設備，其透過該等量測儀介面中的一個，例如透過雙線介面、控制環路或雙線線路，與該現場設備及/或與該量測裝置進行通信。根據另一示例，該分析裝置可整合至該現場設備。舉例而言，該分析裝置係可旋接至該現場設備並直接在該量測裝置上提供量測值，例如每時間單位之體積或重量，或者相應累積的值。此外，可對計算出的量測值進行接收及顯示。
需要注意，本發明的不同態樣係結合不同標的加以描述。特定言之，部分態樣係結合裝置請求項加以描述，而其他態樣則結合方法請求項加以描述。本領域通常知識者能夠自上述及下文將述之說明中認識到，在未另作描述的情況下，除屬於一種標的類別的特徵之任意組合外，針對不同標的類別的特徵之任意組合，亦視作本文所揭露之內容。特定言之，裝置請求權的特徵與方法請求項的特徵之組合，亦 被揭露。
100‧‧‧輸送線，輸送裝置
101‧‧‧物件導引裝置，傳送帶
102‧‧‧物件輸入裝置，儲倉
103‧‧‧目標地點
110‧‧‧物件，介質
111‧‧‧物件收集裝置，容器
112‧‧‧轉向滑輪，輪子
112a‧‧‧轉向滑輪
113‧‧‧縫隙
130‧‧‧線狀區域
131‧‧‧參考平面
202‧‧‧支承點
203‧‧‧支承點
204‧‧‧皮帶秤
206‧‧‧運動方向
301‧‧‧放射量測式感測器，放射源
304‧‧‧放射量測式感測器，偵測器
305‧‧‧放射性輻射
401‧‧‧感測器，量測儀
402‧‧‧感測器
404‧‧‧雷射光
405‧‧‧位置，表面
406‧‧‧位置，表面
407‧‧‧位置，表面
410‧‧‧箭頭
500‧‧‧感測器，現場設備
501‧‧‧控制裝置
502‧‧‧發射裝置
504‧‧‧天線陣列，陣列
505‧‧‧接收裝置
507‧‧‧位置，接收訊號
508‧‧‧位置，接收訊號
509‧‧‧位置，接收訊號
510‧‧‧接收訊號
511‧‧‧位置
512‧‧‧位置
513‧‧‧位置
520‧‧‧運動方向
521‧‧‧旋轉軸
522‧‧‧轉向滑輪，輪子
530‧‧‧量測裝置
531‧‧‧位置，接收訊號
533‧‧‧位置，接收訊號
551‧‧‧接收訊號
552‧‧‧接收訊號
552'‧‧‧線狀區域
552"‧‧‧線狀區域
553‧‧‧接收訊號
560‧‧‧佔據面積，區域
560'‧‧‧佔據面積
600‧‧‧感測器
601‧‧‧控制裝置
604‧‧‧天線陣列，陣列
605‧‧‧接收訊號
606‧‧‧接收訊號
607‧‧‧槽形抛物面
610‧‧‧接收訊號
614‧‧‧距離量測
620‧‧‧卡塞格倫天線，卡塞格倫槽形抛物面
630‧‧‧量測裝置
701‧‧‧標記，標記裝置
702‧‧‧反射體
703‧‧‧保持裝置
801‧‧‧速度量測裝置
S900‧‧‧初始狀態
S901‧‧‧步驟
S902‧‧‧步驟
S903‧‧‧步驟
d‧‧‧距離
DF‧‧‧距離
B‧‧‧寬度
B1‧‧‧寬度
B2‧‧‧寬度
L‧‧‧長度
L1‧‧‧長度
L2‧‧‧長度
vB‧‧‧速度
λ‧‧‧波長
△t‧‧‧量測時間間隔
△t1‧‧‧量測時間間隔
圖1為輸送線，以便更清楚地對本發明進行說明；圖1a為圖1所示輸送線之俯視圖，以便更清楚地對本發明進行說明；圖2為包含積體式皮帶秤之輸送線，以便更清楚地對本發明進行說明；圖3為包含放射量測式感測器之輸送線，以便更清楚地對本發明進行說明；圖4a為包含用於藉由雷射束測定物件表面構造之感測器的輸送線的正視圖，以便更清楚地對本發明進行說明；圖4b為包含用於藉由雷射束測定物件表面構造之感測器的輸送線的側視圖，以便更清楚地對本發明進行說明；圖5a為本發明的一種示範性實施例中的輸送線的正視圖，其包含用於藉由雷達波束測定物件表面構造之感測器；圖5b為本發明的一種示範性實施例中的輸送線的側視圖，其包含用於藉由雷達波束測定物件表面構造之感測器；圖5c為本發明的一種示範性實施例中的如圖5a、5b所示輸送線的局部俯視圖；圖6a為本發明的一種示範性實施例中的輸送線的正視圖，其包含另一用於藉由雷達波束測定物件表面構造之感測器；圖6b為本發明的一種示範性實施例中的輸送線的側視圖，其包含另一用於藉由雷達波束測定物件表面構造之感測器；圖6c為本發明的另一示範性實施例中的如圖6a、6b所示輸送線的局部俯視圖；圖7為本發明的一種示範性實施例中的包含標記之量測裝置； 圖8為本發明的一種示範性實施例中的用於測定輸送線之速度的量測裝置；及圖9為本發明的一種示範性實施例中的測定物件屬性之方法的流程圖。
下面參照附圖對本發明之其他示範性實施例進行描述。
附圖僅用作示意且並非採用精確比例。在對圖1至9的描述中，相同或相對應的元件用相同的元件符號表示。
圖1示出輸送線100，以便更清楚地對本發明進行說明。示出的用作物件導引裝置101的傳送帶101將物件110或介質110(例如散裝物料110，如礫石110)自原始地點(例如物件輸入裝置102，如儲倉102)輸送至位於目標地點103上之物件收集裝置111(例如容器111)。輸送線100可僅具有物件導引裝置101。可選地，輸送線100亦可具有物件輸入裝置102及/或物件收集裝置111。物件收集裝置101適於沿可預設之方向對物件進行導引。物件110位於參考平面131上，在圖1中該參考平面係由傳送帶101之輸送帶構成。
為自該原始地點達到該目標地點，物件110自身可在物件導引裝置101內運動或自物件導引裝置101出發主動進行運動。藉由用轉向滑輪112或輪子112進行轉向，便能使得該傳送帶在設有物件110的一側上沿物件110之運動方向運動，並在相反的一側上沿相反之方向運動。物件110之運動方向係自該原始地點指向該目標地點。此方案能防止後退。物件110以可預設之速度進行運動。轉向滑輪112可受到驅動並使得物件導引裝置101發生運動。但在其他實施例中亦可採用其他驅動方案。
圖1a為圖1所示輸送線100之俯視圖，其用以更清楚地對本發明進行說明。為簡化顯示，圖1a中未繪示該輸送線所輸送之物件110。在 原始地點處，物件110可透過儲倉102中的縫隙113落至物件導引裝置101上。透過物件導引裝置101之寬度來預設容置物件110之區域的寬度。為對寬度B進行限制，物件導引裝置101可具有(未繪示於圖1或圖1a中的)限制機構、增高機構或障壁，其能大體確保物件110在物件導引裝置101上位於寬度B內。在圖1、1a中，透過物件導引裝置101之尺寸來實現該限制，亦即，所有落在區域B以外的物件皆落在物件導引裝置101旁且無法被輸送，故該物件導引裝置對用於輸送物件之區域構成側向限制。該橫向大體垂直於物件導引裝置101之運動方向。因此，該橫向垂直於所示之箭頭方向延伸。物件導引裝置101之寬度B大體沿橫向延伸。圖1a亦示出一位於物件導引裝置101上之線狀區域130，可沿該區域對(未繪示於圖1a中的)物件進行分析。特定言之，可對物件110之表面沿線狀區域130高出參考平面131的程度進行分析並提供高度特性曲線。
可對輸送裝置101，特別是物件導引裝置101所移動之物料的質量及/或體積進行測定。
圖2示出包含積體式皮帶秤204之輸送裝置100或輸送線100，以便更清楚地對本發明進行說明。輸送線100具有物件導引裝置101及兩個轉向滑輪112、112a。物件導引裝置101係旋轉式支承在支承點202上。在第二支承點203上，藉由秤204對物件導引裝置101及被輸送之物件110所即時施加的重力進行連續式偵測。在採用物件導引裝置101之幾何尺寸及構造資料的情況下，可對物件110之即時位於該傳送帶上的質量進行測定。此外，若透過位於轉向滑輪112或轉向滑輪112a中之(未繪示於圖2中的)旋轉編碼器瞭解物件導引裝置101沿運動方向206的速度，則可對輸送裝置100在某個時間跨度或某個時間單位內輸入容器111的物件的量或對應之物料量進行測定。此外，若已知物件110之物料密度，則可對在特定時間跨度內所輸送的體積進行測定。
藉由皮帶秤204監測輸送設備可能導致以下後果：輸送設備100內之運行振動或振盪造成該量測結果失真。此外，在構建輸送線100時必須直接對量測裝置204進行構造整合，故難以對現有輸送設備100進行改裝。
圖3示出包含放射量測式感測器301、304之輸送線100，以便更清楚地對本發明進行說明。放射源301對輸送線100所輸送之物件110進行照射。佈置於物件110下方之偵測器304對放射性輻射305的已知初始強度的吸收進行測定，該吸收為針對位於該源與該偵測器之間的介質的厚度或吸收係數的尺度。該量測不受該輸送線之振動的影響，且在物料之密度及成分已知及傳送帶之速度已測定的情況下，該量測亦能提供某一時間單位內所輸送之體積。但在採用該藉由放射源實施之量測時，需要謹慎避免該放射性輻射對人及環境造成危害。故需要針對相應之安全預防措施投入較高成本，此舉使得此方法較為昂貴。此外，物件之成分的變化可能會導致難以修正的量測誤差。
圖4a為包含用於藉由雷射輻射測定物件110之表面構造的感測器401、402的輸送線100的正視圖，以便更清楚地對本發明進行說明。圖4b為包含用於藉由雷射輻射測定物件之表面構造的感測器401、402的輸送線100的，沿圖4a中用字母A標記之方向的側視圖，以便更清楚地對本發明進行說明。藉由雷射束在不同位置405、406、407上對被輸送之介質110或被輸送之物件110的表面進行掃描，其中，在每個位置上皆對量測儀401與表面405、406、407的距離進行測定。透過對不同位置處之表面進行量測，量測儀401能夠對該表面之延伸進行測定，且在額外偵測了該輸送設備之速度的情況下，該量測儀亦能夠對被輸送之體積進行計算。為沿橫向對該表面的線狀延伸進行測定，使得該雷射束垂直於物件導引裝置101之運動方向發生偏轉。物件導引裝置101之運動方向如圖4a及4b中之箭頭410所示，並與物件110在朝 向感測器401、402的一側上的運動方向一致。
在物件110之密度已知的情況下，亦可對物件110之被輸送的質量進行計算。但該量測可能會受灰塵影響，灰塵可能造成雷射光404之傳播的衰減乃至偏轉。此外，在圖4a及4b所示量測機構中，輻射方向會因機械運動式構件402而發生機械變化，故可能導致相應磨損。
圖5a為本發明的一種示範性實施例中的輸送線100的正視圖，該輸送線包含用於藉由雷達波束測定物件110之表面構造的感測器500。圖5b為本發明的一種示範性實施例中的輸送線100的沿圖5a中用字母C標記之方向的側視圖，該輸送線包含用於藉由雷達波束測定物件110之表面構造的感測器500。由於採用雷達波束，該量測大體與灰塵無關。
量測裝置530具有感測器500及輸送線100。輸送線100具有物件導引裝置101及轉向滑輪522或輪子522。輸送線100還可具有(未繪示於圖5a、5b中的)儲倉102及容器111。物件導引裝置101所導引之物件110的速度與物件導引裝置101在朝向感測器500的一側上的速度相同。量測裝置530亦可僅具有感測器500並以獨立於該物件導引裝置之方式受到操作。但感測器500亦可與物件導引裝置101固定連接。
用單獨一個發射裝置502或用至少兩個發射裝置502來產生雷達發射射束。(該發射射束未繪示於圖5a及5b中。)該雷達發射射束根據天線特性沿物件導引裝置101之方向傳播並在物件110之表面上發生反射。在未設物件的位置處，藉由該物件導引裝置，特別是藉由參考平面131對該雷達波束進行反射。在不失一般性的情況下，為對該等實施例進行描述，將散裝物料110作為物件110。該散裝物料可具有如圖5a所示的在寬度B範圍內沿橫向呈波狀的表面構造。此外，該散裝物料可具有如圖5b所示的沿運動方向呈波狀的表面構造，其中，該沿運動方向之表面構造可有別於該沿橫向之表面構造。此外，在不失一般 性的情況下，在對該等實施例進行描述時，將一傳送帶作為物件導引裝置101。
圖5a所示量測機構具有控制裝置501。控制裝置501可對發射裝置502進行控制，在該發射裝置中根據雷達原理產生雷達波束。該雷達波束之頻率例如為79GHz，其與3.8mm的波長相對應。可連續式、脈衝式或根據FMCW原理產生該雷達波束。圖5a僅示出單獨一個第一發射裝置502。但感測器500亦可具有至少兩個或多個發射裝置502。當感測器500具有至少兩個發射裝置502時，可對該發射訊號之主射束方向進行控制。如此便亦可沿發射方向對天線特性進行控制。但在不失一般適用性的情況下，為對圖5a、5b、5c進行描述，以大體呈點狀或球狀的輻射特性為出發點，該輻射特性會引起大體為矩形或卵形的佔據面積。
發射裝置502或發射單元502朝待監測之介質110或待監測之物件110發射一作為發射訊號之雷達訊號，其用於對屬性進行測定。(該發射訊號未繪示於圖5a中。)在發射過程中，發射裝置520之天線特性朝該待監測介質的定向係時間恆定，且該發射裝置大體在物件導引裝置101的沿橫向的整個寬度B上以及在沿運動方向之長度L的範圍內對輸送裝置100進行照射。圖5c以俯視圖示出了因該發射訊號而產生的被照射區域560或佔據面積560。
該天線特性之主射束方向大體垂直於朝向物件110的發射裝置502。該佔據面積係根據該天線特性而產生。
用該發射訊號照射介質110之表面的後果為：該介質之表面或該輸送裝置之被照射區域533、531對該訊號進行反射。
藉由至少兩個接收裝置505中的每一個以不同之角度，從而以彼此存在相移之方式對源自不同位置533、507、508、509、531的接收訊號510中的每一個進行接收。
沿物件110之運動方向同樣自不同的位置511、512、513反射一接收訊號。同樣地，藉由至少兩個接收裝置505中的每一個以不同之角度，從而以與沿運動方向同該接收裝置構成之角度對應的都卜勒頻移來對接收訊號551、552、553中的每一個進行接收。
接收訊號533、507、508、509、531、551、552、553皆由同一發射訊號產生。故介質110沿橫向對訊號510進行反射，此等訊號由至少兩個接收裝置505接收。至少兩個接收裝置505係呈線狀沿與物件導引裝置101之轉向滑輪522之旋轉軸521平行的線條佈置。其中，接收裝置505或接收單元505較佳具有小於該雷達訊號之波長λ的一半的間距d，即d<λ/2。若將該量測限制於該物件導引裝置之寬度內，則根據所需的唯一性區域，該等接收裝置之間距亦可大於λ/2。其中，在該唯一性區域可描述的角度範圍中，可為該計算出的接收訊號分配唯一一個角度，即不存在含混性。
該發射裝置與該接收裝置的間距可等於該等發射裝置之間的間距。但亦可採用其他間距。
透過為陣列504之接收裝置505選擇此種等距間距dλ/2，便能防止在間距dλ/2時可能出現的±90°的角度範圍內的含混性。但亦可以不等距之方式將該等接收單元沿一線條分佈。
在圖5a中，發射裝置502及至少兩個接收裝置505皆為獨立裝置。但亦可將發射裝置502同樣用作接收裝置。在此情形下，該發射/接收裝置適於實現並行的發射/接收模式。為實現線狀掃描，需要至少兩個接收裝置，故包含發送/接收裝置之陣列504具有至少兩個發射/接收裝置。
透過接收裝置505之線狀佈置方案，接收裝置505構成線性的一維天線陣列504。發射裝置502同樣可佈置於該線條中。藉由此種佈置方案，該等接收裝置在某一訊號傳輸時間後，以及藉由與距該物件表 面之距離相對應的相移對自不同角方向至少局部反射的雷達訊號進行接收。
藉由數學算法可將接收訊號510轉換為具多個接收射束方向之接收訊號。圖5a示出了此種例如具有3個波辦或3個接收方向之接收訊號510。應用數學算法獲取沿不同接收方向之接收訊號的方案稱作“數位射束整形”。此等接收訊號中的每一個皆可屬於一掃描面。
接收裝置505及各發射裝置502或至少兩個發射裝置502可大體位於共同一個平面上，從而以大體垂直於該物件導引裝置之方式定向。可對天線陣列504之寬度，特別是對接收裝置505之間距進行調整，視所期望的空間解析度而定。陣列504之寬度不必等於物件導引裝置101之寬度B。天線陣列504之寬度可小於、大於或等於物件導引裝置101之寬度B。
發射裝置502及接收裝置505皆可與控制裝置501連接，且可藉由控制裝置501對上述二裝置進行操作。控制裝置501與發射裝置502及/或至少兩個接收裝置505一同構成感測器500或現場設備500。量測裝置530具有感測器500及可選的物件導引裝置101。
感測器500可具有一獨立的(未繪示於圖5a或5b中的)分析裝置，該分析裝置對接收裝置502所接收的訊號進行處理。感測器與分析裝置可透過一雙線線路連接。根據所接收之訊號，該分析裝置能夠對感測器500與位於物件導引裝置101之不同位置533、507、508、509、531上之介質110或物件110的距離進行測定。源自不同位置533、507、508、509、531之訊號係指在後處理中根據至少兩個接收裝置505所接收之接收訊號藉由數位射束整形而重建構的不同接收方向。可根據計算出的接收雷達波束510在相應接收射束角下到達相應位置533、507、508、509、531的訊號傳輸時間，來測定與該等不同位置的距離。沿橫向利用數位射束整形來實現用於該線狀區域之掃描的可 預設的解析度。
該分析裝置可整合至感測器500。作為替代方案，可由控制裝置501承擔分析裝置之功能。但該分析裝置亦可佈置於感測器500外部，以便減小該感測器內針對計算的電力需求。舉例而言，在將感測器500或現場設備500實施為雙線設備時，採用上述方案便可透過用於提供量測值或用於對量測裝置進行參數設置(即在量測裝置中針對量測設置參數)的線路來進行供電。
下文以以下方案為出發點：控制裝置501承擔該分析裝置的功能並整合至感測器500。透過對在物件110之表面上反射的雷達訊號510、551、552、553的傳輸時間進行分析，控制裝置501能夠測定物件110的表面的延伸。控制裝置501還能對物件輸送裝置101之速度及/或在物件輸送裝置101內運動的物件110的速度進行偵測及/或控制。在將該速度考慮在內的情況下，可對物件導引裝置每時間單位輸送的物件110之體積進行計算。根據每時間單位輸送的體積，可對觀察時間段內輸送的總體積進行計算。在密度已知的情況下，亦可對輸送之質量進行計算。舉例而言，藉由測定的此等特性參數便能測定何時會達到(未繪示於圖5a、圖5b中的)容器111所允許的載重量並可將物件導引裝置101切斷。
圖5a示出物件110之波狀表面構造的示範性位置507、508、509、533、531。此等位置507、508、509、533、531沿物件導引裝置101之線狀區域橫向延伸且可與掃描面或掃描位置相對應。在發射裝置502首先藉由雷達訊號在整個寬度B上對該輸送線進行過照射後，在接收裝置505中，特別是在控制裝置501中，藉由數位射束整形改變接收雷達訊號510之接收方向，從而對感測器500，特別是接收裝置505及/或發射裝置502與物件110位於不同位置507、508、509、533、531上之表面的距離進行測定。
但基於發射裝置502之天線特性，天線陣列504亦對源自朝向物件之運動的方向551、552、553的分量進行偵測。對於該等因相對感測器單元500具不同相對速度而經過不同的基於都卜勒效應之頻移的接收訊號而言，透過對其頻移進行分析，便能藉由SAR(Synthetic Aperture Radar)算法對此等分量進行分析及明確定位。採用SAR算法便能實現區域552'沿運動方向的聚焦。
該接收方向之改變涉及至少兩個接收裝置505。為改變該接收方向，量測儀500、現場設備500或感測器500利用數位射束整形(Digital Beam Forming)之原理，在感測器500中藉由各接收裝置505所接收的訊號透過計算單訊號來實施數位射束整形。在對該等接收訊號進行射束整形時，以數學方式對該等接收裝置自寬廣之角度範圍所接收的接收訊號施加與其橫向位置及與期望接收方向匹配的相移，並將此等接收訊號結合在一起進行計算。施加相移係指，使得不同接收裝置505所接收之訊號以與該等接收裝置之間距對應相位值彼此偏移，並將此等訊號結合在一起進行計算。透過該射束整形便能自任意接收方向產生沿橫向強聚焦的回波訊號。此等強聚焦式接收訊號可沿該線狀區域佈置並構成較小的掃描面508、512。藉由此等措施便能對物件110之表面在物件導引裝置101之不同位置533、507、508、509、531上的延伸進行測定。
特定言之，可預設一接收角。圖5a透過接收發射訊號510之不同波辦示出朝向計算產生的不同接收方向的不同接收訊號。其中，發射裝置502例如實施為球形發射器，並同時對大於線狀區域552'之面560進行照射。被照射面560或佔據面積560具有物件導引裝置101之寬度B、長度L及位於輸送裝置101上之面積B x L。圖5c為佔據面積560之示例。
亦即，並非透過用於射束偏轉之機械組件，而是透過改變陣列 504之主接收方向，即在採用至少兩個接收裝置505之回波曲線的情況下藉由數位射束整形來使接收射束510發生偏轉。除卻基於位置507、508、509、533、531、511、512、513與接收裝置505之不同距離的某一傳輸時間偏移外，所有接收裝置505皆同時對該發射訊號的因散裝物料表面而造成的回波進行接收，故對不同接收射束方向的資料偵測係同時或並行進行。因此，每個量測間隔及/或每個時間片僅需要單獨一個發射訊號。
換言之，發射訊號510因該天線特性而具有位於物件輸送裝置101及/或物件110上之矩形或卵形佔據面積560。透過將該發射訊號一次性發射同時對此佔據面積進行照射。
圖5c為圖5a、5b所示輸送線的局部俯視圖，以及本發明的一種示範性實施例中的發射裝置502及至少兩個接收裝置505所偵測之佔據面積560的局部俯視圖。在圖5c中，橫向以x表示，運動方向以y表示。特定言之，圖5c為延伸部分L x B之被照射區域560的俯視圖。在不失一般性的情況下，為簡單起見，將圖5c中之該佔據面積繪示為矩形。透過數位射束整形以橫向寬度解析度B1，以及透過SAR算法以沿物件110之運動方向的解析度L1來對線狀區域進行掃描。
如圖5所示，佔據面積560大體具有寬度為B且長度為L的區域，該區域相當於具有自位置533至位置531的橫向長度B，以及自位置511至位置513的沿運動方向的長度L。天線陣列504之至少兩個具不同傳輸時間及/或不同相位及/或不同都卜勒頻移的接收裝置505同時對佔據面積560的所有反射進行接收。藉由數位射束整形及/或聚焦，可自佔據面積560或自整個被照射區域560產生一線狀區域552'。根據一種示例，為產生該線狀區域552'，可採用SAR算法藉由先前或隨後記錄的回波曲線來對並非源自區域552'之訊號進行計算。採用物理射束整形及/或SAR法對該發射訊號及/或該接收訊號進行聚焦，便能將長度L減 小為線寬L1。透過此等措施便能實現沿運動方向的較高解析度。
透過對接收訊號510進行射束整形，可藉由在不同位置533、507、508、509、531上進行掃描將線狀區域552'拆分為若干寬度為B1的面。此等寬度為B1且長度為L1的掃描面共同構成寬度為L1且長度為B的線狀區域552'。舉例而言，圖5c針對掃描面示出了沿運動方向及沿橫向皆大體豎向位於感測器500下的位置508、512。整個線狀區域552'大體豎向位於以512表示的具豎直接收方向的接收訊號下，亦即，大體豎向位於線性陣列504下。
透過沿某一方向，例如沿一線條或直線增大一維線性陣列504之接收裝置505的數目及/或發射裝置502的數目，能夠提高感測器500之橫向解析度，因為增大該等接收裝置之數目有助於改進利用數位射束整形(DSF)所能實現的針對接收情形的天線特性。感測器500之橫向解析度可為：沿與傳送帶驅動器之旋轉軸521平行的方向的解析度。特定言之，該解析度可理解為：兩個位置507、508、509、533、531、511、512、513間的接收角中的具物理意義的最小區別。在此，僅透過所有接收裝置505之最大總橫向延伸度D1以及所採用之波長λ依據瑞雷準則來測定該橫向角解析度θDSF，且該橫向角解析度θDSF=λ/D1(沿弧度量測)。
故物件導引裝置101上之豎向位於線段D1之中心下的可解析的最小距離如下計算：B1=2 * DF * tan(λ/(2*D1))。在此，DF為參考平面131與接收裝置505及/或發射裝置502所處於的平面的距離。
換言之，透過增大接收裝置505之數目及/或發射裝置502之數目，便可在保持接收裝置505之間距d的情況下，沿橫向在多個沿線條552'緊鄰的位置507、508、509、533、531上對物件110之構造進行偵測，從而以解析度有所改進的方式在感測器500中產生物件110之構造的繪圖。
物件110之運動方向520或質量流量110之運動大體垂直於橫向x。在物件導引裝置101之朝向感測器500的一側上，物件110之運動方向與該物件導引裝置之運動方向520一致。在背離該感測器的一側上，物件導引裝置101之運動方向520與物件110之運動方向相反。
沿物件110之運動方向520，天線陣列504具有較寬廣的發射特性及或接收特性。該發射特性及/或接收特性大體與長度L對應。為沿物件110之運動方向亦實現儘可能窄、故呈線狀的接收特性L1，可採用附加的計算法。利用此等附加的計算法例如能夠良好地對物件110之表面與沿運動方向520之位置511、512、513的距離進行測定。換言之，可對物件110之沿寬度為L1的儘可能窄的線條的、沿橫向位於陣列504之下方的表面的構造或拓撲進行測定。舉例而言，可能僅需要獲得大體為豎向之訊號512沿線狀陣列504的反射，而不對回波分量511、513進行接收。為此，需要將例如自位置511延伸至位置513且具有延伸度L的被掃描區域最小化。
換言之，沿橫向及沿運動方向可皆力求實現較窄且大體為點狀之掃描訊號，以便儘可能精確地對該物件之表面的構造進行掃描。就所接收的因位於橫向線條512外之位置511、513而產生的反射分量而言，需要將其遮斷。使用SAR(合成孔徑雷達)算法在對沿運動方向之接收訊號511、512、513的都卜勒頻移進行分析的情況下對該接收訊號進行分析，該都卜勒頻移係因該物件之運動既朝位置511(對應正都卜勒頻率)又朝位置513(對應負都卜勒頻率)產生。與線狀佈置的天線陣列504直接相對回波分量則大體不會經過都卜勒頻移。換言之，源自與該天線陣列豎直相對之區域的回波分量大體不會經過都卜勒頻移。就SAR法而言，藉由控制裝置501對佔據面積560之由接收裝置505同時偵測的大小為LxB的區域進行分析。
在採用SAR法的情況下，可實現的沿該運動方向之角解析度θSAR =λ/L(沿弧度)。為在該物件之位置512處實現最大解析度，即實現儘可能窄的線條，必須相應地對在時間範圍△t=L/vB中連續記錄的量測資料進行利用及分析。在此，vB等於物件導引裝置101之速度。故物件導引裝置101上之豎向位於線段D1之中心下的可解析的最小距離如下計算：L1=2 * DF * tan(λ/(2*L))。為實現良好覆蓋，以t1=L1/vB的時間間隔沿橫向對該表面構造之時間片進行測定。但亦可實現更大的時間間隔。
換言之，L係描述未設聚焦措施之覆蓋區域的長度，L1係描述採用聚焦措施之覆蓋區域的長度。藉由已記錄或待記錄之回波訊號對沿運動方向位於該線條前後之位置511、513進行計算，便能實現沿物件110之運動方向520或輸送方向520的聚焦。故可對區域552'進行經聚焦的線狀掃描。
該雷達-距離量測法可包含對脈衝式雷達訊號或FMCW訊號之分析。脈衝式雷達訊號為調幅訊號，而FMCW訊號為調頻訊號。
由於透過並行工作之接收裝置505及下游之數位射束整形來對物件110之表面進行偵測，可實現極高之量測重複率。與此方案相比，就採用類比射束整形從而對待偵測區域進行連續掃描的機械偏轉的系統而言，在相同之時間段內實施多個個別量測。基於現有之標準，不可將各雷達量測之量測時間任意減短，故此種系統無法具備偵測傳送帶所需的量測重複率。可將該發射訊號之射束整形及該接收訊號之射束整形作為偏轉進行偵測。
圖6a為本發明的一種示範性實施例中的輸送線100的正視圖，該輸送線包含另一用於藉由雷達波束對物件110之表面構造進行測定的感測器600。圖6b為本發明的一種示範性實施例中的輸送線100的沿圖6a中用字母D標記之方向的側視圖，該輸送線包含另一用於藉由雷達波束對物件之表面構造進行測定的感測器600。該另一感測器600係指 採用沿運動方向之射束整形的感測器，以便實現沿運動方向之物理聚焦。該另一感測器600大體與圖5a及5b所示之感測器對應，但除天線陣列604外該另一感測器還具有槽形抛物面607，其用於實現沿物件110之運動方向520的射束聚焦。採用此種物理聚焦時，不必藉由SAR算法來對都卜勒效應進行分析。
抛物面感測器600具有控制裝置601及一維天線陣列604，該一維天線陣列具有至少單獨一個發射裝置502及至少兩個接收裝置505。天線陣列604之結構可與天線陣列504相同。一維天線陣列604呈線狀，其中，發射裝置502佈置於該線條之重心處，以及，接收裝置505係圍繞發射裝置502呈線狀佈置。亦可採用任一其他佈置方案。
如同圖5a及5b所示之接收訊號510，使用接收裝置505之接收訊號610、605、606沿橫向進行數位射束整形。在此，並非如圖5a及5b所示之實施例以演算方式透過SAR算法，而是採用適宜的硬體組件來沿輸送方向將該等訊號聚焦。
舉例而言，將一維天線陣列604佈置在槽形抛物面607內。一維天線陣列604係佈置於槽形抛物面607之焦點處。槽形抛物面607呈凹面狀，其開口朝向物件導引裝置101。為增強該方向效應，槽形抛物面607可實施為卡塞格倫天線620。除槽形抛物面607外，卡塞格倫天線620還具有雙曲形對應反射器608，其以與槽形抛物面607相結合之方式沿輸送裝置100之運動方向520既對發射訊號，又對藉由數位射束整形沿橫向聚焦的接收訊號610、605、606進行聚焦。透過此種聚焦，該發射訊號及接收訊號610、605、606僅擴展至長度L2，從而在物件導引裝置101之寬度B及長度L2的範圍內產生相應較窄的線狀佔據面積560'。線狀佔據面積560'以與物件導引裝置101之轉向滑輪522之旋轉軸521平行的方式延伸。槽形抛物面607為天線，故互易性對其適用，亦即，該槽形抛物面既具發射又具接收用之特有性能。
量測裝置630具有包含卡塞格倫槽形抛物面620之感測器600以及物件導引裝置101。量測裝置630亦可僅具有感測器600並以獨立於該物件導引裝置之方式受到操作。
除卡塞格倫槽形抛物面620外，亦可採用其他天線構造來實現雷達波之聚焦。作為替代方案，例如可透過若干透鏡機構或二維貼片天線來實現機械聚焦，其沿輸送裝置520之運動方向逐行固定相連，以便透過該等貼片或發射裝置502間的固定相移實現方向特性。
而陣列504，即無物理聚焦裝置之陣列504係指未沿物件110之運動方向520聚焦的一維機構。故使用SAR算法來實現聚焦。在如圖6a所示針對包含槽形抛物面607之陣列604採用物理聚焦式佈置方案時，毋需該SAR算法，但可利用其對聚焦進行協助。
圖6c為延伸部分L2 x B之被掃描區域的俯視圖。透過數位射束整形沿橫向實現寬度解析度B2，並透過物理聚焦裝置實現解析度L2。此外，圖6c示出該發射裝置及接收裝置所偵測之佔據面積560'，該佔據面積因所採用之物理聚焦裝置而大體與線狀區域552"相對應。
以與用於寬度B1之數位訊號整形技術大體相同之技術對寬度B2進行掃描。長度L2與該槽形抛物面之物理特性相關，特別是與該物理特性對發射訊號及/或接收訊號之射束路徑的作用方式有關。
在圖5c中，透過數學計算得到長度L1。在圖5c中，在每個量測時間間隔t內對尺寸為BxL的面560的反射訊號進行接收，而在圖6c中，在每個量測時間間隔t1內對尺寸為BxL2的面560'的反射訊號進行接收。
圖5c所示線狀區域552'之掃描面L1xB1以及圖6c所述線狀區域552"之掃描面L2xB2係指正方形或矩形面，或者係指線狀區域552'及552"之平面區域，故物件110之體積與具對應高度之柱體的體積接近。掃描面508、512愈小，便能愈精確地對該線狀區域之體積進行測 定。
當輸送裝置101之參考平面131或感測器500、600之安裝位置以彼此獨立之方式振動，從而使得該參考平面與該感測器之安裝位置間的距離發生變化時，可能會對量測結果造成干擾。為防止振動所造成的干擾，可將與一已知位置的距離納入該量測。舉例而言，在進行接收射束整形時可將附加的距離量測614考慮在內。
針對圖5a、5b、6a、6b需要指出的是，儘管此等附圖皆示出感測器500、600與物件導引裝置101的組合，但亦可以不設物件導引裝置101之方式對感測器500、600進行製造、提供及操作。但用於調節接收方向之角度範圍係可以某種方式設置，以便藉由任意物件導引裝置101來操作該感測器。但所採用之物件導引裝置的寬度可能會對該接收方向之可預設的角度範圍造成影響。可根據該等接收方向之角度範圍對控制裝置501、601進行預設。
圖7為本發明的一種示範性實施例中的包含標記701或標記裝置701之量測裝置630。儘管圖7為如圖6a、6b、6c所示包含卡塞格倫槽形抛物面620之量測機構，但就如圖5a、5b、5c所示機構而言亦可採用標記701。標記701實施為包含反射體702及保持裝置703之參考反射位置701。參考反射位置701適於對雷達波束，特別是對所採用之頻率範圍中的雷達波束進行反射。保持裝置703適於在振動時保持轉向滑輪522之旋轉軸521與反射體702的間距。該保持裝置可具有以下功能：確保反射體702之表面與物件導引裝置101之表面(物件110位於此表面上或在此表面上運動)大體處於同一高度。反射體702之表面可呈平面狀，以及，反射體702之表面704可與物件導引裝置101之朝向感測器630的表面位於同一平面131上。
在圖7中，物件導引裝置110係實施為傳送帶110。將參考反射位置701或標記701納入透過感測器500、600實施之表面量測中。為此， 越過橫向寬度B將該表面掃描擴展至寬度B3，使得標記701亦被發射訊號614、610、605、606偵測從而參與構成該被反射之訊號。由於已知該標記之位置，該標記與感測器600的額定位置亦為已知。若物件導引裝置101之位置例如因振動而發生移動，則標記701之位置會進行相同程度的移動。藉由接收訊號614對此移動進行記錄。若測得標記701之實際距離，在假設物件110隨物件導引裝置101運動且該表面構造基本不因振動而發生改變的情況下，可根據物件110之表面的即時量測的實際距離來對振動效應進行補償。換言之，可透過標記701對用於物件110之參考平面131的即時位置進行校正，以便以大體無振動之方式對物件110實施體積計算及/或質量計算。標記裝置701用於確保反射體702之表面704與物件導引裝置101之參考平面131位於同一平面上。反射體702大體不被物件110遮蓋，例如因為該反射體位於寬度B之邊界外。
例如可使用(未繪示於圖5a、5b、6a、6b、7中的)旋轉編碼器來對物件導引裝置101之沿運動方向520的速度vB進行偵測，該等旋轉編碼器用作速度量測裝置並對轉向滑輪522之角速度進行量測。可透過測定的速度來對物件110之每時間單元的質量流量及/或體積流量進行測定。旋轉編碼器例如可設於旋轉軸521上。
圖8為本發明的一種示範性實施例中的速度量測裝置801，其用於非接觸式測定物件110之速度。速度量測裝置801與控制裝置601連接並將其結果提供給控制裝置601。儘管圖8示出速度量測裝置801與圖6a、6b所示控制裝置601的組合，但可將該速度量測裝置與控制裝置501、601中的任一個相結合。除採用旋轉編碼器之方案外，非接觸式速度量測裝置亦可不採用旋轉編碼器以及對介質110之速度進行偵測。透過旋轉編碼器僅能對物件110之速度進行間接偵測，而透過速度量測裝置801則能對物件110之速度進行直接偵測。
作為對發射裝置502及/或至少兩個接收裝置505的補充，速度量測裝置801可實施為附加發送裝置及接收裝置801。速度量測裝置801亦可實施為既能產生又能接收雷達訊號的附加發送/接收裝置。但基於因鄰近該物件導引裝置而引起的較短訊號傳輸時間，可以大體並行之方式進行發射及接收。換言之，可以彼此獨立之方式對該發射裝置及該接收裝置進行操作。為對物件速度進行量測，附加發射裝置801或附加接收裝置801可以與介質110之運動方向構成預設角度 的方式安裝。特定言之，附加發射裝置801或附加接收裝置801可以與物件導引裝置101之表面構成預設角度 的方式佈置。作為替代方案，附加發射裝置801或附加接收裝置801可以與未繪示於圖8中之標記701的表面構成預設角度 的方式佈置。
若速度量測裝置801之發射裝置發射一雷達訊號，則在由速度量測裝置801中之接收裝置所接收的對應接收訊號中，因以角度 實施的安裝而產生與物件110之速度vB相關的都卜勒頻移。根據此都卜勒頻移，可在控制裝置601內對物件110之瞬時速度vB進行測定。作為替代方案，速度量測裝置801亦可實施為一附加雷達量測儀801，其以與控制裝置501、601無關之方式運行，並將物件110之瞬時速度vB傳送至控制裝置601。速度量測裝置801亦可整合至感測器500、600，從而為使用者提供一緊密且便於安裝之量測系統。發射裝置502及接收裝置505例如可適於對速度進行量測。舉例而言，在採用結合圖5b描述之方法的情況下，亦可根據接收單元505的提供給SAR算法的接收訊號551、552、553來測定速度。可採用以下方案：在採用SAR算法時，速度之資訊係可被測定。
量測裝置530、630可實施為用於物件導引裝置100之可改裝式組件，並可具有控制裝置501、601，感測器500、600及可選的速度量測裝置801。
圖9為本發明的一種示範性實施例中的用於測定物件特性之方法的流程圖。以初始狀態S900為出發點，在步驟S901中透過發射裝置發射一發射訊號，並透過至少兩個接收裝置對接收訊號進行接收。該等接收訊號由該同一發射訊號引起。在採用數學聚焦的情況下，對面L x B，即佔據面積560之反射訊號進行接收。在採用物理聚焦的情況下，對面L2 x B，即對線狀區域552"或佔據面積560'之反射訊號進行接收。
根據一種示例，在該同一平面中以相對物件導引裝置間隔可預設距離之方式，特別是在該物件導引裝置之朝向該發射裝置及/或該接收裝置的表面的上方，對訊號進行發射及接收。
根據一種示例，以某種方式構建該發射訊號，從而以L1/vB或L2/vB的週期持續時間對其進行發射，但不必對該物件表面的每個區域皆進行掃描來獲得可用的結果。
根據一種示例，至少在對該訊號進行發射及接收期間，將該物件之運動限制在可預設之寬度B內的區域上。以某種方式對該發射訊號及/或該接收訊號進行聚焦，以便對該物件導引裝置的可預設之寬度進行偵測。
在步驟S902中，根據該等至少兩個接收裝置之接收訊號，在該物件導引裝置之寬度內沿一線狀區域對該物件之構造進行分析，具體方式為：將該寬度拆分為若干較小之掃描面並對其進行分析。該用於實施分析之線條的長度可與該物件導引裝置之寬度B對應。
在採用數學聚焦的情況下，透過數位射束整形將若干寬度為B1之掃描面整合為該橫向區域B，並採用SAR算法來實現朝長度L1的聚焦。
在採用物理聚焦的情況下，不必採用SAR算法，因為已存在經物理聚焦之訊號，且僅需透過數位射束整形將若干寬度為B2之掃描面 整合為該橫向區域B。
可提供經測定之體積值或包含表面拓撲之時間片。亦可透過一可預設之持續時間提供經累積之表面構造。可透過設置裝置對該等量測值之提供形式進行設置。
該方法在步驟903中結束。
此外需要指出的是，“包括”及“具有”並非將其他元件或步驟排除在外，且“一”或“一個”並非將多個排除在外。還需要指出的是，亦可將參照上述實施例中的任一個描述的特徵或步驟與上述其他實施例的其他特徵或步驟組合使用。請求項中的元件符號不構成限制。
100‧‧‧輸送線，輸送裝置
101‧‧‧物件導引裝置，傳送帶
110‧‧‧物件，介質
500‧‧‧感測器，現場設備
501‧‧‧控制裝置
502‧‧‧發射裝置
504‧‧‧天線陣列，陣列
505‧‧‧接收裝置
507‧‧‧位置，接收訊號
508‧‧‧位置，接收訊號
509‧‧‧位置，接收訊號
510‧‧‧接收訊號
520‧‧‧運動方向
521‧‧‧旋轉軸
530‧‧‧量測裝置
533‧‧‧位置，接收訊號
B‧‧‧寬度

Claims (15)

  1. 一種用於偵測位於物件導引裝置(101)上之物件(110)的屬性的量測裝置(500，600，530，630)，具有：發射裝置(502)；至少兩個接收裝置(505)；控制裝置(501，601)；其中，該控制裝置(501，601)適於透過該發射裝置(502)發射一發射訊號；且其中，該控制裝置(501，601)適於透過該等至少兩個接收裝置(505)對該發射訊號所引起的接收訊號(510，551，552，553，610，605，606)進行接收；其中，該控制裝置(501，601)適於根據該等至少兩個接收裝置(505)之接收訊號(510，551，552，553，610，605，606)，沿線狀區域(130，552'，552")在該物件導引裝置(101)之寬度(B)內對該物件(110)之構造進行分析。
  2. 如請求項1之量測裝置(500，600，530，630)，其中，該發射裝置(502)與該等至少兩個接收裝置(505)以相對該物件導引裝置(101)間隔可預設之距離(DF)的方式佈置在同一平面中。
  3. 如請求項1或2之量測裝置(500，600，530，630)，其中，該發射裝置(502)及/或該等至少兩個接收裝置(505)係線狀佈置。
  4. 如請求項1至3中任一項之量測裝置(500，600，530，630)，還具有：物件導引裝置(101)；其中，該物件導引裝置(101)適於將該物件(110)之運動限制在寬度(B)內之範圍。
  5. 如請求項4之量測裝置(500，600，530，630)，其中，該等至少兩個接收裝置(505)及該發射裝置(502)係佈置在該物件導引裝置(101)之寬度(B)的範圍內。
  6. 如請求項4或5之量測裝置(500，600，530，630)，其中，該物件導引裝置(101)具有標記裝置(701)，以便確定參考平面(131，704)。
  7. 如請求項1至6中任一項之量測裝置(500，600，530，630)，其中，該量測裝置(530，630)適於改變該等接收裝置(505)之主接收方向。
  8. 如請求項7之量測裝置(500，600，530，630)，其中，使用數位射束整形法來改變該等接收裝置(505)之主接收方向(510，610，605，606)。
  9. 如請求項4至8中任一項之量測裝置(500，600，530，630)，其中，該物件導引裝置(101)係一選自以下裝置之群的裝置：傳送帶；振動裝置；及路面。
  10. 如請求項1至9中任一項之量測裝置(500，600，530，630)，還具有：速度量測裝置(801)；其中，該速度量測裝置(801)適於對該物件(110)之運動速度進行測定。
  11. 如請求項1至10中任一項之量測裝置(500，600，530，630)，其中，該物件(110)為散裝物料、車輛及/或人員。
  12. 如請求項1至11中任一項之量測裝置(500，600，530，630)，其中，該控制裝置(501，601)適於測定該物件之拓撲，以及適於根 據該拓撲對該物件之體積及/或質量進行測定。
  13. 如請求項1至12中任一項之量測裝置(500，600，530，630)，其中，該量測裝置(530，630)構建為雙線系統。
  14. 一種偵測位於物件導引裝置上之物件的特性的方法，包括：透過發射裝置發射一發射訊號；透過至少兩個接收裝置對該發射訊號引起的若干接收訊號進行接收；根據該等至少兩個接收裝置之接收訊號，沿線狀區域在該物件導引裝置之寬度內對該物件之構造進行分析。
  15. 一種電腦程式產品，其用於在由處理器實施之情況下對如請求項14之方法進行實施。
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