用于基于形狀屬性檢測倉內(nèi)的障礙物的系統(tǒng)和方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及庫存的監(jiān)測和過程的測量，且更特別涉及用于測量倉的內(nèi)容物的系統(tǒng)和方法。
【背景技術】
[0002]對液體庫存的監(jiān)測通常是簡單的。相比之下，對由堆在如筒倉的倉內(nèi)的顆粒物組成的散裝固體庫存的監(jiān)測往往很難。這些散裝固體庫存的例子包括用于建筑的水泥和沙子、糧食、化肥等。倉內(nèi)的散裝材料的水平的測量是一個尚未完全解決的問題。倉內(nèi)的狀況通常是不利的(灰塵、極端的溫度等)和存儲在倉內(nèi)的散裝材料的內(nèi)容物往往沒有平坦的表面且不總是各向同性的。其他的困難來自于使用的倉形狀的廣泛種類和一些倉內(nèi)的易爆環(huán)境。
[0003]本文使用的術語“倉”的范圍包括用于散裝顆粒固體的任何儲存容器，其結構限定了用于容納和存儲固體的內(nèi)部容積。這樣的倉可能會從上面封閉、下面封閉和四周封閉，如當倉是筒倉、器皿或槽的情況，或者可能是上面開口或一個或多個側面開口。在下面的本發(fā)明的詳細描述中使用的“倉”的例子是筒倉；但是對本領域的那些技術人員將明顯的是如何將本發(fā)明的原理應用到任何類型的倉。
[0004]已知五種主要的方法用于如筒倉的倉的內(nèi)容物的連續(xù)測量。
[0005]機電(yo-yo)水平傳感器主要由在一卷帶的一端的砝碼構成。砝碼被允許在筒倉內(nèi)下降到內(nèi)容物的頂表面所位于的深度。當砝碼被定位于內(nèi)容物的頂部時，帶內(nèi)的張力松弛。砝碼然后縮回至頂部設置點。內(nèi)容物的高度根據(jù)縮回砝碼所需的時間或根據(jù)測得的帶的長度推斷出。
[0006]諸如yo-yo傳感器的機械設備是不可靠的。它們易被灰塵堵塞和被筒倉內(nèi)的諸如泵和桿的障礙物卡住。
[0007]超聲水平傳感器基于超聲波發(fā)射和接收原理工作。來自發(fā)射機的高頻聲波被內(nèi)容物的頂表面反射到接收器。內(nèi)容物的高度根據(jù)往返傳播時間推斷。這種傳感器具有有限的范圍且在存在灰塵時工作欠佳。此外，這種裝置需要定制設計以用于不同類型的筒倉。
[0008]雷達水平傳感器基于電磁波發(fā)射與接收原理工作。來自發(fā)射機的電磁波被內(nèi)容物的頂表面反射到接收器。內(nèi)容物的高度根據(jù)往返傳播時間推斷。這種傳感器具有不適用于散裝固體的單個測量點。
[0009]電容傳感器測量兩個金屬桿之間的電容或金屬桿和地面之間的電容。由于筒倉的內(nèi)容物具有與空氣不同的介電常數(shù)，電容根據(jù)所述兩桿之間或桿與地面之間的內(nèi)容物的頂表面的水平進行變化。這樣的傳感器趨于不準確且對濕度和存儲在筒倉中的材料的類型敏感。
[0010]以上討論的所有現(xiàn)有技術的傳感器對內(nèi)容物的形狀不敏感，因此在稱為“形成圓錐形”的共同現(xiàn)象存在的情況下是不準確的，該現(xiàn)象在散裝顆粒固體通過倉的底部撤出時發(fā)生:其頂點在撤出點的正上方的倒錐形孔趨于在散裝顆粒固體中形成。在散裝顆粒固體被從頂部添加到倉時，發(fā)生類似的現(xiàn)象:固體往往堆積在其頂點在固體的插入點的正下方的圓錐中。這些傳感器在具有復雜的幾何形狀的倉中及在存在障礙物的情況下工作欠佳。
[0011]重量計通過測量保持筒倉的桿中的張力來測量移動筒倉及其內(nèi)容物的重量。這種儀表的安裝復雜，而且它們只適用于具有金屬腿的移動筒倉。
[0012]對于測量倉的內(nèi)容物(散裝固體或液體)方面，一個主要問題是假回波。
[0013]假回波是倉內(nèi)的障礙物的照射導致的。這些障礙物可能是外來物體、倉壁上的不規(guī)則物、內(nèi)容物材料的堆積和平坦的波紋。內(nèi)容物材料可以，例如，累積在障礙物上或倉壁上。
[0014]當材料水平面低于這些障礙物時一水平面測量裝置可以鎖定在障礙物上并將它們視為實際的材料水平面。
[0015]這些障礙物的位置和它們的大小在每個倉中是不同的，因此它們不能在安裝之前以通用的穩(wěn)健方式對所有容器消除不同。
[0016]應對假回波問題的已知方式是等到倉沒有內(nèi)容物(在安裝水平面測量裝置后)然后手工繪制(記錄)裝置檢測到的來自小于容器底部的距離處的所有回波。在更一般的意義上，繪制可以進行到給定已知的材料水平面(這可能在底部以上)。
[0017]這種方法具有幾個主要問題:
[0018]a.手動繪制需要對設備操作有一些技術理解(這使安裝容易使用)。
[0019]b.手工繪制需要知道在給定時間的內(nèi)容物水平面(這是首先安裝裝置的真實原因)。
[0020]c.在某些情況下，在安裝后，容器將被清空一長段時間，這延遲了安裝的完成。
[0021]d.散裝固體的堆積產(chǎn)生了隨著時間的推移而增長的障礙物，從而手動繪制不能提前消除它們。
[0022]對于能夠克服目前已知的方法的上述缺點的測量倉的內(nèi)容物且特別是檢測障礙物的方法存在廣泛認可的需要，且具有這種方法將是非常有利的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0023]提供了一種用于自動繪制障礙物的系統(tǒng)和方法-甚至在安裝后無需人的干預。
[0024]該系統(tǒng)和方法可以掃描短于內(nèi)容物被檢測到的距離的所有距離并繪制在這些距離的所有障礙物。
[0025]障礙物的自動檢測可以基于以下方法中的至少一種。
[0026]利用基于陣列的水平測量，系統(tǒng)能夠檢測到輻射脈沖的到達時間和到達方向。這樣的系統(tǒng)可以同時檢測表面上的多個點。
[0027]如果假設內(nèi)容物的最大安置角度，則當內(nèi)容物水平降低得足夠多的話，障礙物和內(nèi)容物的上表面之間的計算出的角度將大于內(nèi)容物的給定的最大可能的安置角度。
[0028]當其發(fā)生的時候，很明顯，回波中的一個是假的(由障礙物導致)。確定哪一個回波是假回波可以基于每個回波的相對功率、到達方向、每個回波的信噪比、其被檢測到的相對距離和其他參數(shù)。
[0029]取決于內(nèi)容物的表面，在一定條件下假回波可能被選擇及在其他情況下，來自內(nèi)容物的回波非常強烈和清晰(例如，通常來自空容器的底部的回波通常很強)。因為算法可繪制由障礙物導致的假回波且其不會影響未來的測量。
[0030]然而，根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，回波的歷史可以被保存并用來檢測障礙物。
[0031]在這種情況下，記錄每個檢測到的回波的歷史，也記錄被檢測到而因為被視為假回波而被丟棄的回波。
[0032]來自內(nèi)容物的表面的真正的回波將隨著內(nèi)容物被從容器中清空或填充到容器中而移動，而假回波保持不動。
[0033]假回波的識別則可以基于這樣的事實，即算法檢測連續(xù)移動的回波，而其他回波保持靜止。
[0034]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，提供了一種用于自動繪制存儲內(nèi)容物的倉內(nèi)的障礙物的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)可包括:位置估計器，所述位置估計器可被布置為響應于檢測信號，計算所述內(nèi)容物的上表面的估計形狀；其中所述檢測信號是由接收機響應于從所述倉內(nèi)的多個點反射或散射的輻射信號產(chǎn)生的；及障礙物檢測器，所述障礙物檢測器可被布置為響應于(a)所述內(nèi)容物的上表面的估計形狀，和(b)所述內(nèi)容物的上表面的預期的形狀屬性，檢測屬于障礙物的至少一個障礙點。形狀屬性描述或參考了內(nèi)容物的上表面的形狀。
[0035]所述預期的形狀屬性可定義所述內(nèi)容物的上表面的最大預期斜率。
[0036]所述障礙物檢測器可被布置為如果所述內(nèi)容物的上表面的估計形狀的局部斜率超過所述最大預期斜率，則檢測到障礙物。
[0037]所述位置估計器可被布置為在所述障礙物檢測器檢測到障礙物后，通過忽略屬于所述障礙物的至少一個點，更新所述內(nèi)容物的上表面的估計形狀。
[0038]所述局部斜率可被定義在所述倉內(nèi)的一組點之間，其中所述障礙物檢測器可被布置為從所述一組點中選擇屬于障礙物的一個或多個障礙點。
[0039]所述障礙物檢測器可被布置為響應于所述一組點中的點的相對估計高度選擇所述一個或多個障礙點。
[0040]所述障礙物檢測器可被布置為選擇所述一組點中的一個或多個最高點作為所述一個或多個障礙點。
[0041]所述障礙物檢測器可被布置為響應于從所述一組點的點反射的強度來選擇所述一個或多個障礙點。
[0042]該系統(tǒng)可包括形狀屬性更新模塊，所述形狀屬性更新模塊被布置為響應于所述內(nèi)容物的上表面的估計形狀來更新預期的形狀屬性。
[0043]該系統(tǒng)可包括所述接收機和發(fā)射機中的至少一個，所述發(fā)射機可被布置為使用輻射脈沖照射所述倉的內(nèi)部空間。
[0044]所述輻射信號可以是聲脈沖的回波。
[0045]一種用于自動繪制存儲內(nèi)容物的倉內(nèi)的障礙物的方法，所述方法可包括:接收檢測信號，所述檢測信號是由接收機響應于從所述倉內(nèi)的多個點反射或散射的輻射信號產(chǎn)生的；由位置估計器響應于所述檢測信號計算所述內(nèi)容物的上表面的估計形狀；及由障礙物檢測器響應于(a)所述內(nèi)容物的上表面的估計形狀，和(b)所述內(nèi)容物的上表面的預期的形狀屬性，檢測屬于障礙物的至少一個障礙點。
[0046]所述預期的形狀屬性可定義所述內(nèi)容物的上表面的最大預期斜率。
[0047]該方法可包括如果所述內(nèi)容物的上表面的估計形狀的局部斜率超過所述最大預期斜率，則檢測到障礙物。
[0048]該方法可包括在檢測到障礙物后，通過忽略屬于所述障礙物的至少一個點，更新所述內(nèi)容物的上表面的估計形狀。
[0049]在該方法中，所述局部斜率被定義在所述倉內(nèi)的一組點之間，其中所述方法包括從所述一組點中選擇屬于障礙物的一個或多個障礙點。
[0050]該方法可包括響應于所述一組點中的點的相對估計高度選擇所述一個或多個障礙點。
[0051]該方法可包括選擇所述一組點中的一個或多個最高點作為所述一個或多個障礙點。
[0052]該方法可包括響應于從所述一組點中的點反射的強度來選擇所述一個或多個障礙點。
[0053]該方法可包括響應于所述內(nèi)容物的上表面的估計形狀來更新預期的形狀屬性。
[0054]該方法可包括使用輻射脈沖照射所述倉的內(nèi)部空間。
[0055]所述輻射信號可以是聲脈沖的回波。
[0056]任何方法的任何階段可由計算機系統(tǒng)執(zhí)行，該計算機系統(tǒng)執(zhí)行存儲在計算機可讀介質(zhì)中的指令。
[0057]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，提供了一種非