用于基于内容物估计来检测仓内的障碍物的系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及库存的监测和过程的测量，且更特别涉及用于测量仓的内容物的系统和方法。
【背景技术】
[0002]对液体库存的监测通常是简单的。相比之下，对由堆在如筒仓的仓内的颗粒物组成的散装固体库存的监测往往很难。这些散装固体库存的例子包括用于建筑的水泥和沙子、粮食、化肥等。仓内的散装材料的水平的测量是一个尚未完全解决的问题。仓内的状况通常是不利的(灰尘、极端的温度等)和存储在仓内的散装材料的内容物往往没有平坦的表面且不总是各向同性的。其他的困难来自于使用的仓形状的广泛种类和一些仓内的易爆环境。
[0003]本文使用的术语“仓”的范围包括用于散装颗粒固体的任何储存容器，其结构限定了用于容纳和存储固体的内部容积。这样的仓可能会在上面封闭、下面封闭和四周封闭，如当仓是筒仓、器皿或槽的情况，或者可能是上面开口或一个或多个侧面开口。在下面的本发明的详细描述中使用的“仓”的例子是筒仓；但是对本领域的那些技术人员将明显的是如何将本发明的原理应用到任何类型的仓。
[0004]已知五种主要的方法用于如筒仓的仓的内容物的连续测量。
[0005]机电(yo-yo)水平传感器主要由在一卷带的一端的砝码构成。砝码被允许在仓内下降到内容物的顶表面所位于的深度。当砝码被定位于内容物的顶部时，带内的张力松弛。砝码然后缩回至顶部设置点。内容物的高度根据缩回砝码所需的时间或根据测得的带的长度推断出。
[0006]诸如yo-yo传感器的机械设备是不可靠的。它们易被灰尘堵塞和被筒仓内的诸如泵和杆的障碍物卡住。
[0007]超声水平传感器基于超声波发射和接收原理工作。来自发射机的高频声波被内容物的顶表面反射到接收器。内容物的高度根据往返传播时间推断。这种传感器具有有限的范围且在存在灰尘时工作欠佳。此外，这种装置需要定制设计以用于不同类型的筒仓。
[0008]雷达水平传感器基于电磁波发射与接收原理工作。来自发射机的电磁波被内容物的顶表面反射到接收器。内容物的高度根据往返传播时间推断。这种传感器具有不适用于散装固体的单个测量点。
[0009]电容传感器测量两个金属杆之间的电容或金属杆和地面之间的电容。由于筒仓的内容物具有与空气不同的介电常数，电容根据所述两杆之间或杆与地面之间的内容物的顶表面的水平进行变化。这样的传感器趋于不准确且对湿度和存储在筒仓中的材料的类型敏感。
[0010]以上讨论的所有现有技术的传感器对内容物的形状不敏感，因此在称为“形成圆锥形”的共同现象存在的情况下是不准确的，该现象在散装颗粒固体通过仓的底部撤出时发生:其顶点在撤出点的正上方的倒锥形孔趋于在散装颗粒固体中形成。在散装颗粒固体被从顶部添加到仓时，发生类似的现象:固体往往堆积在其顶点在固体的插入点的正下方的圆锥中。这些传感器在具有复杂的几何形状的仓中及在存在障碍物的情况下工作欠佳。
[0011]重量计通过测量保持筒仓的杆中的张力来测量移动筒仓及其内容物的重量。这种仪表的安装复杂，而且它们只适用于具有金属腿的移动筒仓。
[0012]对于测量仓的内容物(散装固体或液体)发明，一个主要问题是假回波。
[0013]假回波是仓内的障碍物的照射导致的。这些障碍物可能是外来物体、仓壁上的不规则物、内容物材料的堆积和平坦的波纹。内容物材料可以，例如，累积在障碍物上或仓壁上。
[0014]当材料水平面低于这些障碍物时一水平面测量装置可以锁定在障碍物上并将它们视为实际的材料水平面。
[0015]这些障碍物的位置和它们的大小在每个仓中是不同的，因此它们不能在安装之前以通用的稳健方式对所有容器消除不同。
[0016]应对假回波问题的已知方式是等到仓没有内容物(在安装水平面测量装置后)然后手工绘制(记录)装置检测到的来自小于容器底部的距离处的所有回波。在更一般的意义上，绘制可以进行到给定已知的材料水平面(这可能在底部以上)。
[0017]这种方法具有几个主要问题:
[0018]a.手动绘制需要对设备操作有一些技术理解(这使安装容易使用)。
[0019]b.手工绘制需要知道在给定时间的内容物水平面(这是首先安装装置的真实原因)。
[0020]c.在某些情况下，在安装后，容器将被清空一长段时间，这延迟了安装的完成。
[0021]d.散装固体的堆积产生了随着时间的推移而增长的障碍物，从而手动绘制不能提前消除它们。
[0022]对于能够克服目前已知的方法的上述缺点的测量仓的内容物且特别是检测障碍物的方法存在广泛认可的需要，且具有这种方法将是非常有利的。
【发明内容】
[0023]提供了一种用于自动绘制障碍物的系统和方法-甚至在安装后无需人的干预。
[0024]该系统和方法可以扫描短于内容物被检测到的距离的所有距离并绘制在这些距离的所有障碍物。
[0025]障碍物的自动检测可以基于以下方法中的至少一种。
[0026]利用基于阵列的水平测量，系统能够检测到辐射脉冲的到达时间和到达方向。这样的系统可以同时检测表面上的多个点。
[0027]如果假设内容物的最大安置角度，则当内容物水平降低得足够多的话，障碍物和内容物的上表面之间的计算出的角度将大于内容物的给定的最大可能的安置角度。
[0028]当其发生的时候，很明显，回波中的一个是假的(由障碍物导致)。确定哪一个回波是假回波可以基于每个回波的相对功率、到达方向、每个回波的信噪比、其被检测到的相对距离和其他参数。
[0029]取决于内容物的表面，在一定条件下假回波可能被选择及在其他情况下，来自内容物的回波非常强烈和清晰(例如，通常来自空容器的底部的回波通常很强)。因为算法可绘制由障碍物导致的假回波且其不会影响未来的测量。
[0030]然而，根据本发明的另一实施例，回波的历史可以被保存并用来检测障碍物。
[0031]在这种情况下，记录每个检测到的回波的历史，也记录被检测到而因为被视为假回波而被丢弃的回波。
[0032]来自内容物的表面的真正的回波将随着内容物被从容器中清空或填充到容器中而移动，而假回波保持不动。
[0033]假回波的识别则可以基于这样的事实，即算法检测连续移动的回波，而其他回波保持静止。
[0034]根据本发明的一个实施例，提供了一种用于自动绘制存储内容物的仓内的障碍物的系统，所述系统可包括:位置估计器，所述位置估计器可被布置为响应于检测信号，计算在不同时间段的所述内容物的上表面的形状的多重估计；其中所述检测信号是由接收机响应于在所述仓内反射或散射的辐射信号产生的；及障碍物检测器，所述障碍物检测器被布置为响应于所述内容物的上表面的形状的多重估计之间的关系来检测障碍物。
[0035]所述障碍物检测器可被布置为将障碍物定义为在多个估计保持实质上不变的区域，而所述多个估计的其他区域发生实质上的变化；其中所述多重估计包括所述多个估计。实质上的变化可包括表示相同的点(具有相同的X坐标和y坐标)随时间变化的高度差为至少一米、至少50厘米、相同的点随时间变化的估计高度差的至少预定的部分(例如，至少10%、50%等)。
[0036]所述位置估计器可被布置为通过忽略表示所述障碍物的检测信号来更新所述多重估计。
[0037]所述障碍物检测器可被布置为如果确定作为障碍物的区域的定义是错误的，则重新评估作为障碍物的区域的定义，并通过包括表示所述障碍物的检测信号来更新所述多重估计中的至少一个。
[0038]所述障碍物检测器可被布置为检测内容物到所述仓的添加并被布置为将障碍物检测为在所述内容物的添加中保持不变的区域。
[0039]所述障碍物检测器可被布置为检测内容物从所述仓的移除并被布置为将障碍物检测为在所述内容物的移除中保持不变的区域。
[0040]所述系统可包括接收机。
[0041 ] 所述检测信号可以是声脉冲的回波。
[0042]根据本发明的一个实施例，可提供一种用于自动绘制存储内容物的仓内的障碍物的方法，所述方法可包括:由位置估计器响应于检测信号，计算在不同时间段的所述内容物的上表面的形状的多重估计；其中所述检测信号是由接收机响应于在所述仓内反射或散射的辐射信号产生的；及由障碍物检测器响应于所述内容物的