一种物料位置检测系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了一种物料位置检测系统，包括：待测容器，用于容置被测物料；电容检测线，贴设于所述待测容器的表面；转接板，固定于所述待测容器上、且设置有射频连接器，与所述电容检测线电连接，组成电容量敏感部件；信号处理电路，包括与所述射频连接器电连接的单片机，所述单片机通过所述射频连接器获取电容量感测信息并进行计算处理得到被测物料的高度信息。其可以适应不同外形尺寸的容器，实现物料高度传感器的低成本、易扩展、非侵入、批量部署的特性。署的特性。署的特性。

【技术实现步骤摘要】
一种物料位置检测系统和方法


[0001]本专利技术涉及物料位置传感
，尤其涉及到一种物料位置检测系统和一种物料位置检测方法。

技术介绍

[0002]在工业应用中，产品原材料一般存放于储料罐当中，且送料系统日益趋向于自动化，能够随着生产过程的进行逐渐将储料罐中的原料泵送到混合罐中进行生产操作，因此为了生产的持续进行，需要对储料罐中剩余物料的多少进行检测，及时添加。
[0003]为了实现对大规模的储料罐内物料剩余量的检测，特别是密封容器和容器非透明的情况下，由人工实行余量检测非常困难；另外，对于现有设备新增物料余量检测的功能一般需要确保不破坏现有容器；另外考虑到添加的容器需要接入到当前的物料高度传感系统中的情况，传感器系统还需要保证一定的可扩展性，以及布线复杂程度的问题；因此，如何实现物料高度传感器的低成本、易扩展、非侵入、批量部署的特性，以及适应不同外形尺寸的容器的传感器方案，是实现物料高度传感器的批量应用中非常关键的因素。
[0004]常用的物料监测方法包括：浮球机械开关、电流型探针、光学ToF或反射及遮挡式传感、超声波距离传感器、微波雷达等。
[0005]其中，浮球机械开关包含活动部件，存在机械寿命和体积较大的问题，且不适于干式粉料高度监测；电流探针只能实现导电液体的定高度检测，且存在电解作用，不利于介质成分的稳定性；光学式传感器容易受蒸汽和粉尘干扰，如果安装在容器外部，则只能用于对特定波长透明的容器上，并且常见的反射式和遮挡式传感器同样只能实现单点有无物料的检测；对于超声波式传感器和微波雷达，对被测介质的反射特性有一定要求，且由于容器外壁造成的低耦合度和衰减的原因，通常无法在容器外部安装，并且成本较高。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提出了一种物料位置检测系统和一种物料位置检测方法，其使用电容式传感器将外部实际物理量转换为电容量，通过信号调理电路将电容量转换为可以直接测量的电信号，实现对外部物理量的间接测量，具备非接触式和自带隔离的优点，可以使用在具有较低壁厚的非金属容器上，对介电常数较高的液体均可检测。
[0007]具体的，本专利技术实施例提供了一种物料位置检测系统，包括：待测容器，用于容置被测物料；电容检测线，贴设于所述待测容器的表面；转接板，固定于所述待测容器上、且设置有射频连接器，与所述电容检测线电连接，组成电容量敏感部件；信号处理电路，包括与所述射频连接器电连接的单片机，所述单片机通过所述射频连接器获取电容量感测信息并进行计算处理得到被测物料的高度信息。
[0008]在本专利技术的一个实施例中，所述电容检测线为FFC排线，形成交错排列的感应电极和屏蔽电极，各自对应并联后连接至所述射频连接器。
[0009]在本专利技术的一个实施例中，所述信号处理电路通过同轴电缆线连接所述转接板，所述同轴电缆线的外层和内层分别通过所述射频连接器连接至所述屏蔽电极和所述感应电极。
[0010]在本专利技术的一个实施例中，所述信号处理电路还包括：驱动电路，电连接在所述射频连接器与所述单片机之间，包括积分电容、模拟开关和电源；所述模拟开关的公共端连接所述射频连接器，所述电源连接所述模拟开关的常闭端进行供电，使所述电容检测线与所述待测容器之间的杂散电容充电；所述积分电容连接在所述单片机和所述模拟开关的常开端之间，当所述模拟开关连通所述公共端与所述常开端时使所述杂散电容与所述积分电容均压。
[0011]在本专利技术的一个实施例中，所述单片机设置有：ADC接口、GPIO接口和PMW接口，其中，所述PMW接口用于发出PWM信号控制所述模拟开关动作；所述ADC接口通过第一运算放大器连接至所述模拟开关的常开端，用于数据采样；所述GPIO接口通过场效应管连接于所述积分电容的两端，并连接至所述模拟开关的常开端，用于检测所述积分电容的充放电时间。
[0012]在本专利技术的一个实施例中，所述驱动电路还包括：第二运算放大器，所述模拟开关的公共端连接所述射频连接器的中心导体和所述第二运算放大器的同相输入端，所述第二运算放大器的反向输入端连接自身输出端并连接至所述射频连接器的外侧导体。
[0013]在本专利技术的一个实施例中，所述信号处理电路还包括：声光报警电路，连接所述单片机，用于在检测过程出现故障时进行警报动作。
[0014]在本专利技术的一个实施例中，所述信号处理电路还包括：通信接口，连接所述单片机，用于将检测结果发送至通信总线，以及接收外部控制信号。
[0015]另外，本专利技术实施例提出一种物料位置检测方法，适用于上述中任意一个实施例所述的物料位置检测系统，包括：配置单片机的ADC采样信号、模拟开门狗和PWM输出信号，并使驱动电路的积分电容完全放电；启动所述PWM输出以及所述模拟开门狗中断，记录开始测量时间，在每个PWM周期中对所述电容检测线与所述待测容器之间的杂散电容充电，并使所述杂散电容与所述积分电容均压；当所述积分电容的电压达到预设电压时使所述模拟看门狗触发，并在判断所述模拟看门狗触发时记录当前时间，根据所述开始测量时间和所述当前时间计算得到PWM周期数；停止PWM输出，根据所述PWM周期数计算所述杂散电容的容量，并根据所述容量和物料信息计算待测物料在待测容器中的位置。
[0016]在本专利技术的一个实施例中，所述物料位置检测方法还包括：当所述模拟看门狗未触发时，监控测量时间是否超时，若超时则记录超时错误时间，若未超时则重新判断所述模拟看门狗是否触发。
[0017]由上可知，通过本专利技术所构思的上述方案与现有技术相比，至少可以具有如下一个或多个有益效果：
[0018](1)通过使用电容式高度传感器，配合单片机和少量外部模拟电路实现对传感器电容量的测量，由程序结合设定的介质信息，将电容量转换为实际的物料高度，再经过通信接口连接至外部的主控制器，实现远程物料高度信息的报告和集中式的控制；
[0019](2)单片机作为节点控制器，不仅负责通信和基本的本地控制如声光报警，还利用其定时器和ADC外设实现传感器激励发送和信号采集，可以将大部分功能集成在单个控制器中，降低了成本，具备很高的通用性且适合大规模工业应用，数字化的采集、计算方式可
以很容易地实现校准，也可以针对特定的容器材料、待测介质进行优化；
[0020](3)使用FFC排线作为电容量敏感器件，具备低成本、便于贴装、一致性高的优点，以使检测系统能够适用于批量化、低成本化的应用场景中，且能够对容器内的物料高度进行非侵入式测量，同时由于FFC排线的柔软性，以及节点控制板和传感器极板的分体式设计，能够使得该方案对容器外壁的形状具有很高的适应性；
[0021](4)信号处理电路通过同轴电缆线连接转接板，同轴电缆线的外层和内层分别通过射频连接器连接至FFC排线的屏蔽电极和感应电极，消除了同轴电缆线内外导体间电容以及FFC排线导体间电容的影响，令检测电极对外部介质变化更加敏感；
[0022](5)通过使用具备挂载多个设备的差分式总线，如CAN总线和RS－485总本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种物料位置检测系统，其特征在于，包括：待测容器(3)，用于容置被测物料(4)；电容检测线(1)，贴设于所述待测容器(3)的表面；转接板(2)，固定于所述待测容器(3)上、且设置有射频连接器，与所述电容检测线(1)电连接，组成电容量敏感部件；信号处理电路(11)，包括与所述射频连接器电连接的单片机(7)，所述单片机(7)通过所述射频连接器获取电容量感测信息并进行计算处理得到被测物料(4)的高度信息。2.根据权利要求1所述的物料位置检测系统，其特征在于，所述电容检测线(1)为FFC排线，形成交错排列的感应电极和屏蔽电极，各自对应并联后连接至所述射频连接器。3.根据权利要求2所述的物料位置检测系统，其特征在于，所述信号处理电路(11)通过同轴电缆线(5)连接所述转接板(2)，所述同轴电缆线(5)的外层和内层分别通过所述射频连接器连接至所述屏蔽电极和所述感应电极。4.根据权利要求1所述物料位置检测系统，其特征在于，所述信号处理电路(11)还包括：驱动电路(6)，电连接在所述射频连接器与所述单片机(7)之间，包括积分电容、模拟开关和电源；所述模拟开关的公共端连接所述射频连接器，所述电源连接所述模拟开关的常闭端进行供电，使所述电容检测线(1)与所述待测容器(3)之间的杂散电容充电；所述积分电容连接在所述单片机(7)和所述模拟开关的常开端之间，当所述模拟开关连通所述公共端与所述常开端时使所述杂散电容与所述积分电容均压。5.根据权利要求4所述的物料位置检测系统，其特征在于，所述单片机(7)设置有：ADC接口、GPIO接口和PMW接口，其中，所述PMW接口用于发出PWM信号控制所述模拟开关动作；所述ADC接口通过第一运算放大器连接至所述模拟开关的常开端，用于数据采样；所述GPIO接口通过场效应管连接于所述积分电容的两端...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑伟，冯毅，孙衢骎，柯志武，柴文婷，周宏宽，李献领，王晨阳，陶模，郭晓杰，汪伟，林原胜，张克龙，赵振兴，柯汉兵，魏志国，戴春辉，劳星胜，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七一九研究所，
类型：发明
国别省市：