傳送帶上的物料體積流量測量方法及系統與流程

文檔序號：11249111閱讀：1913來源：國知局

本發明屬于固體物料流量測量技術領域，尤其涉及一種傳送帶上的物料體積流量測量方法及系統。

背景技術：

傳送帶是運送固體物料的常用工具，某些應用環境下需要測量傳送帶上物料的體積流量或某一段時間內運送的物料體積。當傳送帶上的物料為粉狀或小顆粒狀時，可用刮板刮平，用測距儀測量得到物料的厚度后計算其體積流量。然而，當物料為塊狀時，或傳送帶速度較大時，無法使用刮板刮平物料，因而無法得知物料體積。如tbm(tunnelboringmachine隧道掘進機)施工中，需要研究巖機互作用，渣土的體積流量是一個重要的研究參考。然而渣土中含有大量巖塊，無法將傳送帶上的渣土刮平。因此，需要一種測量方法以獲取傳送帶上具有不規則輪廓表面的物料的體積。

技術實現要素：

本發明實施例提供一種傳送帶上的物料體積流量測量方法及系統，能夠對傳送帶上具有不規則表面的固體物料的體積流量進行測量。

第一方面，提供一種傳送帶上的物料體積流量測量方法，包括以下步驟：a、獲取傳送帶的表面上多個點的第一位置信息，多個點位于同一截面內；b、獲取物料的多個截面中的每個截面內物料表面上多個點的第二位置信息，每個截面內物料表面上的多個點與步驟a中的多個點一一對應；c、根據第一位置信息和第二位置信息得到物料的多個截面中的每個截面內每兩個一一對應的點之間的距離；d、根據每兩個一一對應的點之間的距離擬定多個類梯形、計算多個類梯形的面積，并求和計算物料的每個截面的面積；e、根據每個截面的面積和傳送帶的速度計算物料的體積流量。

在第一種可能的實現方式中，步驟a包括：與傳送帶上多個點所在的同一截面平行的一個平面內沿多個預定路徑，對由預設的一個點或多個點至傳送帶的表面上多個點的距離進行測量得到傳送帶的表面上多個點的第一位置信息；步驟b包括：按照預定時間節點，在平面內沿多個預定路徑，對由預設的一個點或多個點至傳送帶上物料表面上多個點的距離進行測量，在每個預定時間節點獲取傳送帶上物料表面上多個點的第二位置信息。

結合上述可能的實現方式，在第二種可能的實現方式中，第一位置信息和第二位置信息均包括距離信息和角度信息。

結合上述可能的實現方式，在第三種可能的實現方式中，步驟a包括：在不同截面內，對由預設的一個或多個點至傳送帶表面上多個點的距離進行測量、并對各個截面內位于同一預定路徑上的傳送帶表面的點的距離求平均值得到第一位置信息。

結合上述可能的實現方式，在第四種可能的實現方式中，步驟e中，傳送帶的速度為獲取第二位置信息時傳送帶的實時速度。

結合上述可能的實現方式，在第五種可能的實現方式中，多個預定路徑的一端均穿過預設的一個點，多個預定路徑在平面內呈輻射狀；在d步驟中擬定多個類梯形時，使每個類梯形的上底邊為經過相鄰兩個預定路徑中的一個預定路徑與傳送帶表面交點的豎直直線，下底邊為經過相鄰兩個預定路徑中的另一個預定路徑與傳送帶表面交點的豎直直線。

結合上述可能的實現方式，在第六種可能的實現方式中，多個預定路徑的一端均穿過預設的一個點，多個預定路徑在平面內呈輻射狀，或多個預定路徑在平面內豎直排布，在d步驟中擬定多個類梯形時，使每個類梯形的上底邊和下底邊選取為相鄰兩個預定路徑的位于物料表面與傳送帶表面的一段。

第二方面，提供一種傳送帶上的物料體積流量測量系統，包括信息獲取單元和處理單元。信息獲取單元用于獲取傳送帶的表面上多個點的第一位置信息，多個點位于同一截面內，以及獲取物料的多個截面中的每個截面內物料表面上多個點的第二位置信息，每個截面內物料表面上的多個點與傳送帶的表面上多個點一一對應。處理單元用于根據第一位置信息和第二位置信息得到物料的多個截面中的每個截面內每兩個一一對應的點之間的距離；并且，根據每兩個一一對應的點之間的距離擬定多個類梯形、計算多個類梯形的面積，并求和計算物料的每個截面的面積，以及根據每個截面的面積和傳送帶的速度計算物料的體積流量。

在第一種可能的實現方式中，信息獲取單元還用于與傳送帶上多個點所在的同一截面平行的一個平面內沿多個預定路徑，對由預設的一個點或多個點至傳送帶的表面上多個點的距離進行測量得到傳送帶的表面上多個點的第一位置信息；并且，按照預定時間節點，在平面內沿多個預定路徑，對由預設的一個點或多個點至傳送帶上物料表面上多個點的距離進行測量，在每個預定時間節點獲取傳送帶上物料表面上多個點的第二位置信息。

結合上述可能的實現方式，在第二種可能的實現方式中，第一位置信息和第二位置信息均包括距離信息和角度信息。

結合上述可能的實現方式，在第三種可能的實現方式中，信息獲取單元還用于，在不同截面內，對由預設的一個或多個點至傳送帶表面上多個點的距離進行測量。處理單元還用于，對各個截面內位于同一預定路徑上的傳送帶表面的點的距離求平均值得到第一位置信息。

結合上述可能的實現方式，在第四種可能的實現方式中，傳送帶的速度為獲取第二位置信息時傳送帶的實時速度。

結合上述可能的實現方式，在第五種可能的實現方式中，信息獲取單元獲取第一位置信息和第二位置信息時，多個預定路徑的一端均穿過預設的一個點，多個預定路徑在平面內呈輻射狀；處理單元擬定多個類梯形時，使每個類梯形的上底邊為經過相鄰兩個預定路徑中的一個預定路徑與傳送帶表面交點的豎直直線，下底邊為經過相鄰兩個預定路徑中的另一個預定路徑與傳送帶表面交點的豎直直線。

結合上述可能的實現方式，在第六種可能的實現方式中，信息獲取單元獲取第一位置信息和第二位置信息時，多個預定路徑的一端均穿過預設的一個點，多個預定路徑在平面內呈輻射狀，或多個預定路徑在平面內豎直排布。處理單元擬定多個類梯形時，使每個類梯形的上底邊和下底邊選取為相鄰兩個預定路徑的位于物料表面與傳送帶表面的一段。

本發明提供的傳送帶上的物料體積流量測量方法及系統，通過預定路徑測量傳送帶表面和物料表面的多個點的位置信息，可通過將物料截面劃分為多個小的類梯形區域計算截面的面積，可適用于任何固體物料的(堆積)體積流量的測量。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對本發明實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面所描述的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為根據本發明一個實施例提供的傳送帶上的物料體積流量測量系統的流程示意圖；

圖2為根據本發明一個實施例提供的傳送帶上的物料體積流量測量系統的應用場景示意圖；

圖3為圖2中的局部放大視圖i；

圖4為根據本發明另一個實施例提供的傳送帶上的物料體積流量測量系統的應用場景示意圖；

圖5為根據本發明一個實施例提供的傳送帶上的物料體積流量測量方法的流程示意圖。

具體實施方式

為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

在下面的詳細描述中，提出了許多具體細節，以便提供對本發明的全面理解。但是，對于本領域技術人員來說很明顯的是，本發明可以在不需要這些具體細節中的一些細節的情況下實施。下面對實施例的描述僅僅是為了通過示出本發明的示例來提供對本發明的更好的理解。

需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結合實施例來詳細說明本申請。

參考圖1-圖3，圖1為根據本發明一個實施例提供的傳送帶上的物料體積流量測量系統100的示意圖，圖2為根據本發明一個實施例提供的傳送帶上的物料體積流量測量系統100的應用場景示意圖，圖3為圖2中的局部放大視圖i。

如圖1所示，本實施例中傳送帶上的物料體積流量測量系統100包括信息獲取單元110和處理單元120。

信息獲取單元110用于獲取傳送帶的表面上多個點的第一位置信息，多個點位于同一截面內。信息獲取單元110還用于獲取物料的多個截面中的每個截面內物料表面上多個點的第二位置信息，每個截面內物料表面上的多個點與傳送帶的表面上多個點一一對應。本發明中所稱的截面，可以是橫截面，即垂直于傳送帶延伸方向且垂直于傳送帶表面的截面；也可以是垂直于傳送帶表面但不平行于傳送帶延伸方向的截面，或者平行于傳送帶寬度方向且不垂直于傳送帶表面的截面。此處定義上述截面最終目的在于獲得傳送帶上物料的橫截面面積，而根據本領域技術人員的知識，獲得上述定義的截面內物料截面積后，可以計算出物料橫截面的面積。本實施例中所稱的截面為橫截面。

處理單元120用于根據第一位置信息和第二位置信息得到物料的多個橫截面中的每個橫截面內每兩個一一對應的點之間的距離。還用于根據每兩個一一對應的點之間的距離擬定多個類梯形、計算多個類梯形的面積，并求和計算物料的每個橫截面的面積。處理單元120還用于根據每個橫截面的面積和傳送帶的速度計算物料的體積流量。獲取單元110和處理單元120之間可通過電纜或無線信號傳輸裝置進行通訊。

如圖2所示，物料體積流量測量系統100用于對傳送帶10上的固體物料20的體積流量進行測量。傳送帶10的具有上表面11，上表面11用于撐托運輸固體物料20，固體物料20具有不規則形狀的上表面21。

本實施例中信息獲取單元110為二維激光測距傳感器40，可沿直線路徑發射激光，并測量出激光照射到的物體表面與二維激光測距傳感器40之間的距離。二維激光測距傳感器40配置在傳送帶10上方，可配合旋轉反射鏡實現按一定步進角對一個平面的掃描測量。本實施例中二維激光測距傳感器40的掃描平面與傳送帶10的橫截面之間有預定夾角，該預定夾角可以根據傳送帶10的速度和二維激光測距傳感器40掃描時轉動的角速度確定，用于抵消傳送帶10運轉時造成激光落點所在平面與傳送帶10延伸方向產生的角度。在可選實施例中，二維激光測距傳感器40的掃描平面可以垂直于傳送帶10的延伸方向，這種配置下獲得的物料截面面積并非其橫截面面積，需要對該面積進行換算以獲得物料橫截面的面積。本領域技術人員可根據常識進行具體換算，此處不再贅述。

當傳送帶10空載運行時(即不載有物料時)，二維激光測距傳感器40每次掃描都可對傳送帶10的上表面11的多個點進行測距，且傳送帶10的上表面11的被掃描的多個點位于同一橫截面內。當二維激光測距傳感器40沿預定路徑進行掃描測量時，可獲得傳送帶10的上表面11的多個點與二維激光測距傳感器40的距離信息，即預定路徑與傳送帶表面交點與二維激光測距傳感器40的距離信息。并且，由于激光的預定路徑是人工預設的，每個預定路徑與豎直或水平方向的角度信息也是可知的。傳送帶10的上表面11的多個點與二維激光測距傳感器40的距離信息及每個預定路徑與豎直或水平方向的角度信息為第一位置信息。

當傳送帶10載有物料并以一定速度運行時，二維激光測距傳感器40每次掃描時相當于對固體物料20的上表面21的不同橫截面進行掃描，并可獲取每個橫截面內固體物料20的上表面21上多個點與二維激光測距傳感器40的距離信息。二維激光測距傳感器40對傳送帶10和固體物料20掃描時激光的預定路徑相同，因此傳送帶10的上表面11的多個點與固體物料20的上表面21上多個點數量相等且一一對應。因此，通過信息獲取單元110可獲取固體物料20的上表面21上多個點與二維激光測距傳感器40的距離信息及每個預定路徑與豎直或水平方向的角度信息，即第二位置信息。

二維激光測距傳感器40每次掃描時發射激光的預定路徑有多個，每個預定路徑之間具有預定角度，即步進角α；位于最外側的預定路徑與水平方向具有起始角度β。多個激光的預定路徑形成由一點向周圍輻射的傘狀。起始角度β與步進角α的設置以二維激光測距傳感器40的掃描范圍能夠覆蓋固體物料20為準。如本實施例中起始角度β為60°，每次掃描時測量的點數為17，步進角α為3.5°。

二維激光測距傳感器40的激光的多個預定路徑位于固體物料20橫截面內部的部分的長度可通過第一位置信息和第二位置信息計算獲得。基于以上信息可將固體物料20橫截面分割為多個小區域，并計算每個小區域的面積，以及對小區域的面積求和后獲得橫截面的面積。以下以預定路徑31和預定路徑32為例說明處理單元120對第一位置信息和第二位置信息的處理過程。

以經過預定路徑與傳送帶10的上表面11的交點的直線為界可將固體物料20的橫截面劃分為多個鄰接的類梯形，計算出每個類梯形的面積后可求和得到固體物料20的橫截面面積。例如，分別經過預定路徑31和預定路徑32與傳送帶10的上表面11的交點的兩條直線bi和bi+1以及上表面11和上表面21位于上述兩條直線之間的部分可視為一個類梯形的四個邊。預定路徑31和預定路徑32位于固體物料橫截面內的部分ai和ai+1投影在豎直方向的長度可近似視為直線bi和bi+1的長度。

具體地，ai的長度乘以ai與bi夾角的余弦值可近似求得bi的長度，ai+1的長度乘以ai+1與bi+1夾角的余弦值可近似求得bi+1的長度。

定義預定路徑與上表面11的交點到二維激光測距傳感器40的距離為pi，預定路徑與上表面21的交點到二維激光測距傳感器40的距離為zi；定義bi的長度為li，bi+1的長度為li+1。

ai的長度為：pi-zi，ai+1的長度為：pi+1-zi+1；

ai與bi夾角為：π-(β+i*α)；

bi和bi+1夾角為：π-[β+(i+1)*α]；

li為：(pi-zi)*cos[π-(β+i*α)]；

li+1為：(pi+1-zi+1)*cos{π-[β+(i+1)*α]}；

bi與bi+1之間的距離hi為：pi*cos(β+i*α)-pi+1*cos[β+(i+1)*α]；

類梯形的面積為：hi*[(li+li+1]/2，即

{pi*cos(β+i*α)-pi+1*cos[β+(i+1)*α]}*{(pi-zi)*cos[π-(β+i*α)]+(pi+1-zi+1)*cos{π-[β+(i+1)*α]}}/2；

該橫截面的面積s為∑[hi*(li+li+1)/2]；

二維激光測距傳感器40以固定頻率f(單位：次/秒)掃描測量時，處理單元120可根據每一次掃描獲得的第一位置信息和第二位置信息計算得到當次掃描的一個橫截面的面積s。從t1時刻到t2時刻的時間段內掃描的次數n＝(t2-t1)*f，該時間段內可得到

橫截面的面積s的序列{s1，s2，…，sn}；

每次掃描測量時傳送帶10的速度序列為{v1，v2，…，vn}；

在例如t0到t1之間的時間段內，經過測量平面的固體物料20的體積為：[v1*s1/f]+[v2*s2/f]+…+[vn*sn/f]

在時間段(t2-t1)內物料的體積流量即：{[v1*s1/f]+[v2*s2/f]+…+[vn*sn/f]}/(t2-t1)。

其中，速度序列為{v1，v2，…，vn}中的速度值可采用傳送帶10的平均速度值，也可以是在每次掃描測量第二位置信息時同時測量得到的傳送帶10的實時速度。當采用每次掃描測量第二位置信息時同時測量得到的傳送帶10的實時速度時，計算結果會更精確。

本發明實施例提供的傳送帶上的物料體積流量測量系統，通過預定路徑測量傳送帶表面和物料表面的多個點的位置信息，可通過將物料橫截面劃分為多個小的類梯形區域計算橫截面的面積，可適用于任何固體物料的(堆積)體積流量的測量。

在可選實施例中，還可以以ai和bi+1作為梯形的上下底邊對橫截面進行劃分，并以ai中點到bi+1的距離作為梯形的高進行計算。

圖4為根據本發明另一個實施例提供的傳送帶上的物料體積流量測量系統的應用場景示意圖。在本實施例中，信息獲取單元用于獲取第一位置信息和第二位置信息，且獲取第一位置信息和第二位置信息時多個預定路徑在平面內豎直排布；處理單元擬定多個類梯形時，使每個類梯形的上底邊和下底邊選取為相鄰兩個預定路徑的位于物料表面與傳送帶表面的一段。

具體地，可采用一維測距傳感器陣列進行第一位置信息和第二位置信息的獲取，可在傳送帶10上方設置多個激光測距傳感器41，每個激光測距傳感器41的激光的預定路徑均豎直向下。預定路徑與傳送帶10上表面11的交點和預定路徑與固體物料20的上表面21的交點均位于豎直線上。多個豎直的預定路徑可將固體物料20的橫截面劃分為多個鄰接的梯形，梯形的上下底邊即相鄰的預定路徑位于固體物料20橫截面內的部分。一維測距傳感器陣列中相鄰兩個傳感器之間的距離即梯形的高。相對于前述實施例的方案，本實施例中信息獲取單元獲取第一位置信息和第二位置信息時無需角度信息，對梯形面積的計算方法更簡單。

本發明實施例還提供了一種傳送帶上的物料體積流量測量方法，如圖5所示，圖5為根據本發明一個實施例提供的傳送帶上的物料體積流量測量方法的流程示意圖。以下結合圖2-3和本發明實施例提供的傳送帶上的物料體積流量測量系統，對本實施例中該方法進行具體說明。傳送帶上的物料體積流量測量方法包括如下步驟。

s110、獲取傳送帶的表面上多個點的第一位置信息，多個點位于同一橫截面內。

具體地，可在傳送帶10上無物料的空運行時進行測量。如圖2所示，在與傳送帶的延伸方向垂直的一個平面內沿多個預定路徑，對由預設的一個點至傳送帶的表面上多個點的距離進行測量得到傳送帶的表面上多個點的第一位置信息。

s120、獲取物料的多個橫截面中的每個橫截面內物料表面上多個點的第二位置信息，每個橫截面內物料表面上的多個點與步驟s110中的多個點一一對應。

具體地，可以按照預定時間節點，在平面內沿多個預定路徑，對由預設的一個點或多個點至傳送帶上物料表面上多個點的距離進行測量，在每個預定時間節點獲取傳送帶上物料表面上多個點的第二位置信息。

s130、根據第一位置信息和第二位置信息得到物料的多個橫截面中的每個橫截面內每兩個一一對應的點之間的距離。

定義預定路徑與上表面11的交點到二維激光測距傳感器40的距離為pi，預定路徑與上表面21的交點到二維激光測距傳感器40的距離為zi，每個橫截面內每兩個一一對應的點之間的距離即pi-zi。圖3中分別與預定路徑31和32共線的一一對應的點之間的距離ai為，pi-zi，ai+1為pi+1-zi+1。

s140、根據每兩個一一對應的點之間的距離擬定多個類梯形、計算多個類梯形的面積，并求和計算物料的每個橫截面的面積。

以經過預定路徑與傳送帶10的上表面11的交點的直線為界可將固體物料20的橫截面劃分為多個鄰接的類梯形，計算出每個類梯形的面積后可求和得到固體物料20的橫截面面積。例如，分別經過預定路徑31和預定路徑32與傳送帶10的上表面11的交點的兩條直線bi和bi+1以及傳送帶10上表面11和固體物料20上表面21位于上述兩條直線之間的部分可視為一個類梯形的四個邊。預定路徑31和預定路徑32位于固體物料橫截面內的部分ai和ai+1投影在豎直方向的長度可近似視為直線bi和bi+1的長度。

具體地，可通過ai的長度乘以ai與bi夾角的余弦值近似求得bi的長度，通過ai+1的長度乘以ai+1與bi+1夾角的余弦值近似求得bi+1的長度。