一种可实时监控粮仓粮食重量的智能地板及其制备方法
阅读说明：本技术 一种可实时监控粮仓粮食重量的智能地板及其制备方法 (Intelligent floor capable of monitoring grain weight of granary in real time and preparation method thereof ) 是由 朱红飞 陈佳庆 朱红丽 潘俊虎 史雅媛 于 2021-05-12 设计创作，主要内容包括：本发明涉及重量计量技术领域,具体涉及一种可实时监控粮仓粮食重量的智能地板及其制备方法。所述的智能地板由若干传感器阵列单元组成,所述的传感器阵列单元在同一平面上拼接为智能地板。所述的传感器阵列单元为称重传感器。所述的称重传感器包含电极(1)、粘附层(2)和压力敏感层(3)；所述的称重传感器的组成结构为5层夹心结构；其组成依次为电极(1)、粘附层(2)、压力敏感层(3)、粘附层(2)、电极(1)。本发明的优点：测重精准,性能稳定、量程大。制造、使用方便。可实现对粮仓内粮食的实时监控。(The invention relates to the technical field of weight measurement, in particular to an intelligent floor capable of monitoring the grain weight of a granary in real time and a preparation method thereof. The intelligent floor is composed of a plurality of sensor array units, and the sensor array units are spliced on the same plane to form the intelligent floor. The sensor array unit is a weighing sensor. The weighing sensor comprises an electrode (1), an adhesive layer (2) and a pressure sensitive layer (3); the weighing sensor has a composition structure of a 5-layer sandwich structure; the electrode comprises an electrode (1), an adhesion layer (2), a pressure sensitive layer (3), the adhesion layer (2) and the electrode (1) in sequence. The invention has the advantages that: accurate weight measurement, stable performance and wide range. Is convenient to manufacture and use. The real-time monitoring of the grain in the granary can be realized.)
技术领域
本发明涉及重量计量
技术领域
，具体涉及一种可实时监控粮仓粮食重量的智能地板及其制备方法。背景技术
粮食是经济发展、社会稳定和国家自立的基础，粮食安全是国家安全战略的重要组成部分，建立粮食储备体系，对保护农民种粮积极性，调节粮食市场供求，确保国家粮食安全，和对国民经济持续快速健康发展产生具有积极作用。
随着“智慧粮食”概念的提出，对智能化、信息化、自动化的粮情监测系统的需求逐渐得到了大家的关注，而随着移动智能设备的快速发展，正是为“智慧粮食”的发展起到了推波助澜的作用。通过终端实现对远程传感器的遥控技术已经相对成熟，如在智能家居领域中、温室控制等领域中，都已经得到了广泛的应用。但在目前的粮情监测领域中，大多数的粮情监测系统仍停留粮仓现场需要有工作人员轮流值班、巡视来实现对粮食水分的监测与控制。这样的管理模式在网络发达、智能移动设备普及的今天，有着人力成本高、管理不便捷、工作效率低、信息滞后等劣势。即使有远程监控的粮仓，采集的参数也不合理。
粮食从入库最重要的指标之一就是粮食的重量，粮食数量的真实性并实时地监控粮食的重量，关系到确保国家急需时“调得动、用得上”。需要开发一套粮食称重系统，方便粮食主管部门实时地监控粮仓内粮食的重量。进一步融合物联网、大数据、AI、5G、区块链等新技术，助力涉粮企业和国家粮食管理部门治理体系和治理能力现代化，加快构建更高层次、更高质量、更有效率、更可持续的粮食安全保障体系，为“端牢中国人的饭碗”保驾护航。
目前，粮食重量监控是通过两种方法：其一，运送入库时，通过地磅核算重量，这种方案只能监控粮食进出粮仓时候的重量信息，对少量粮食重量不敏感；其二，年终盘点时通过体积估算法。估算的误差较大，尤其是在大粮仓种的估算中，误差在百吨至千吨级。其三，粮食一旦入库，粮仓管理人员无法实时地监控粮食的重量，这使得粮仓粮食防盗，粮食重量核查困难重重。粮仓监控管理系统中末端用于防盗的传感装置节点，一般为人体红外传感器和/或摄像头，一旦他人突破人体红外传感器和摄像头防线，就有可能发生粮食失窃。最后，无法通过实时监控粮仓内粮食重量，监控粮食的存储状态而错失及时处理霉变、垮塌等紧急状态。
发明内容
本发明的目的是克服上述现有技术的缺陷，提供一种性能稳定、非线性误差低、计量精准、制造和使用方便、能实时监测粮仓内粮食重量的智能地板。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种可实时监控粮仓粮食重量的智能地板，所述的智能地板由若干传感器阵列单元组成，所述的传感器阵列单元在同一平面上拼接为智能地板。
进一步的，所述的传感器阵列单元为称重传感器。
进一步的，所述的称重传感器包含电极1、粘附层2和压力敏感层3；
所述的称重传感器的组成结构为5层夹心结构；其组成依次为电极1、粘附层2、压力敏感层3、粘附层2、电极1。
进一步的，所述的电极1的材质为银或碳或铝或铜中的任意一种；
所述的粘附层2为涂布在电极1上的基体材料；
所述的基体材料为导电聚胺脂或聚苯胺或聚吡咯或聚苯乙炔或聚3，4-乙烯二氧噻吩或PDMS-6181或PDMS-184或PDMS-651或TPU或环氧树脂或聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚酰亚胺中的一种或任意几种的混合物。
进一步的，所述的压力敏感层3为涂布在粘附层2上的功能材料；
所述的功能材料为Ti3C2-NMXene或碳纳米管或石墨烯或银纳米线或压电陶瓷或ZnO纳米线或金纳米棒或纳米级电气石或纳米级高岭土或纳米级PVDF粉末或纳米级BaTiO3或纳米级PbTiO3中的一种或任意几种的混合物。
本发明还提供一种可实时监控粮仓粮食重量的智能地板中的称重传感器的制备方法。
一种可实时监控粮仓粮食重量的智能地板中的称重传感器由以下方法制备：
S101，电极1上涂布基体材料；
S102，涂布有基体材料的电极1一面涂布功能材料；
S103，涂布有功能材料的电极1一面再次涂布基体材料；
S104，另外一电极1上涂布基体材料；
S105，将S103和S104所得两电极1基体材料面粘合，即得称重传感器；
所述的涂布具体为喷涂或刮涂或旋涂或丝网印刷。
本发明还提供一种可实时监控粮仓粮食重量的智能地板的制备方法。
一种可实时监控粮仓粮食重量的智能地板由以下方法制备：
S201，传感器阵列单元用粘结材料等间距粘结在衬底材料上；
S202，粘结在衬底材料上的传感器阵列单元的另一侧用粘结材料覆盖。
进一步的，所述的衬底材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚酰亚胺或聚碳酸酯或聚氧化乙烯中的一种或任意几种的混合物。
进一步的，所述的粘结材料为水性丝印机胶或3M7355或SY001或油性不干胶或WD-2000或双面胶带或导电银浆中的任意一种。
进一步的，所述的衬底材料的厚度为0.05～2mm。
本发明还提供一种可实时监控粮仓粮食重量的智能地板的使用方法。
一种可实时监控粮仓粮食重量的智能地板，所述的智能地板铺设满粮仓底面。
本发明还提供利用一种可实时监控粮仓粮食重量的智能地板计算粮仓粮食重量的方法。
一种可实时监控粮仓粮食重量的智能地板，所述的智能地板计算粮仓粮食重量的公式为：
Wsum＝∑WD
WD＝WS/R
R＝Ss/SD
其中，Wsum为粮食总重量；
WD为微分区粮食重量；
WS为传感器阵列单元上粮食重量；
Ss为传感器阵列单元的面积；
SD为微分区面积。
进一步的，所述的微分区面积计算公式为：
SD＝SSum/N
其中，SSum为粮仓底面积；
N为传感器阵列单元个数。
本发明提供的可实时监控粮仓粮食重量的智能地板，将传感器阵列单元用粘结材料等间距粘结在衬底材料上；粘结在衬底材料上的传感器阵列单元的另一侧用粘结材料覆盖制备而成。传感器阵列单元即称重传感器，称重传感器在感知到外界压力后，功能材料的纳米材料(如金、银纳米材料、PVDF，ZnO纳米线，BaTiO3纳米材料，PbTiO3纳米材料等)周边电场会发生变化，使得重量敏感层的电阻随着压力的增加而减小的有规律的变化，传感器电阻随着压力变化的非线性误差低，从而实现精准称重。其电阻的变化由构成重量敏感层的功能材料内部产生，因此，该传感器不容易受到外界环境温度，以及使用环境湿度的影响，性能稳定。
本发明提供的可实时监控粮仓粮食重量的智能地板，将称重传感(传感器阵列单元)地板铺设于粮仓地面，地板由相距一定距离的传感器阵列组成，将整个粮仓底面平均分成N等份，每份对应的区域即微分区，每份的面积为SD，通过计算传感器面积Ss与SD的比值，以及通过传感器采集电路探测到传感器上方粮食的重量，可得到整个微分区域粮食的重量，整个粮仓内粮食的重量是由N个这样的微分区域组成。N为粮仓内传感器的个数。由此即可计算整个粮仓中粮食的重量，粮仓粮食重量的公式为：
Wsum＝∑WD
WD＝WS/R
R＝Ss/SD
其中，Wsum为粮食总重量；
WD为微分区粮食重量；
WS为传感器阵列单元上粮食重量；
Ss为传感器阵列单元的面积；
SD为微分区面积。
所述的微分区面积计算公式为：SD＝SSum/N；其中，SSum为粮仓底面积；N为传感器阵列单元个数。
该计算方法中，WS直接测得，SD、SSum、N和R都能为常数或已知数据，因此，计算方法简单、可靠。
通过传感器采集电路可以直接探测粮仓内粮食的重量，因此可以实现实时监控，降低粮仓管理难度。
与现有技术相比，本发明提供的可实时监控粮仓粮食重量的智能地板及其制备方法的优点：
(1)测重精准，性能稳定。
(2)制造、使用方便。
(3)可实现实时监控。
(4)为实现粮食物联网系统提供了最基础也是最重要的采集端。
附图说明
图1是本发明提供的可实时监控粮仓粮食重量的智能地板中称重传感器(感器阵列单元)结构示意图。
图2为本发明提供的可实时监控粮仓粮食重量的智能地板中称重传感器(感器阵列单元)工作原理示意图。
图3为本发明提供的可实时监控粮仓粮食重量的智能地板中称重传感器(感器阵列单元)的电阻随着压力变化的曲线图。
图4为本发明提供的可实时监控粮仓粮食重量的智能地板中称重传感器(感器阵列单元)的布局示意图。
图5为本发明提供的可实时监控粮仓粮食重量的智能地板微分区示意图。
图中，1为电极，2为粘附层，3为重量敏感层。
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，以下实施例对本发明的作进一步详细描述，以下实施例仅用于说明发明，但不用来限制本发明的范围。
一种可实时监控粮仓粮食重量的智能地板，所述的智能地板由若干传感器阵列单元组成，所述的传感器阵列单元在同一平面上拼接为智能地板。
进一步的，所述的传感器阵列单元为称重传感器。
进一步的，所述的称重传感器包含电极1、粘附层2和压力敏感层3；
所述的称重传感器的组成结构为5层夹心结构；其组成依次为电极1、粘附层2、压力敏感层3、粘附层2、电极1。
进一步的，所述的电极1的材质为银或碳或铝或铜中的任意一种；
所述的粘附层2为涂布在电极1上的基体材料；
所述的基体材料为导电聚胺脂或聚苯胺或聚吡咯或聚苯乙炔或聚3，4-乙烯二氧噻吩或PDMS-6181或PDMS-184或PDMS-651或TPU或环氧树脂或聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚酰亚胺中的一种或任意几种的混合物。
进一步的，所述的压力敏感层3为涂布在粘附层2上的功能材料；
所述的功能材料为Ti3C2-NMXene或碳纳米管或石墨烯或银纳米线或压电陶瓷或ZnO纳米线或金纳米棒或纳米级电气石或纳米级高岭土或纳米级PVDF粉末或纳米级BaTiO3或纳米级PbTiO3中的一种或任意几种的混合物。
本发明还提供一种可实时监控粮仓粮食重量的智能地板中的称重传感器的制备方法。
一种可实时监控粮仓粮食重量的智能地板中的称重传感器由以下方法制备：
S101，电极1上涂布基体材料；
S102，涂布有基体材料的电极1一面涂布功能材料；
S103，涂布有功能材料的电极1一面再次涂布基体材料；
S104，另外一电极1上涂布基体材料；
S105，将S103和S104所得两电极1基体材料面粘合，即得称重传感器；
所述的涂布具体为喷涂或刮涂或旋涂或丝网印刷。
本发明还提供一种可实时监控粮仓粮食重量的智能地板的制备方法。
一种可实时监控粮仓粮食重量的智能地板由以下方法制备：
S201，传感器阵列单元用粘结材料等间距粘结在衬底材料上；
S202，粘结在衬底材料上的传感器阵列单元的另一侧用粘结材料覆盖。
进一步的，所述的衬底材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚酰亚胺或聚碳酸酯或聚氧化乙烯中的一种或任意几种的混合物。
进一步的，所述的粘结材料为水性丝印机胶或3M7355或SY001或油性不干胶或WD-2000或双面胶带或导电银浆中的任意一种。
进一步的，所述的衬底材料的厚度为0.05～2mm。
本发明还提供一种可实时监控粮仓粮食重量的智能地板的使用方法。
一种可实时监控粮仓粮食重量的智能地板，所述的智能地板铺设满粮仓底面。
本发明还提供利用一种可实时监控粮仓粮食重量的智能地板计算粮仓粮食重量的方法。
一种可实时监控粮仓粮食重量的智能地板，所述的智能地板计算粮仓粮食重量的公式为：
Wsum＝∑WD
WD＝WS/R
R＝Ss/SD
其中，Wsum为粮食总重量；
WD为微分区粮食重量；
WS为传感器阵列单元上粮食重量；
Ss为传感器阵列单元的面积；
SD为微分区面积。
进一步的，所述的微分区面积计算公式为：
SD＝SSum/N
其中，SSum为粮仓底面积；
N为传感器阵列单元个数。
实施例1
结合图1～5所示，一种可实时监控粮仓粮食重量的智能地板，所述的智能地板由传感器阵列单元组成，所述的传感器阵列单元在同一平面上拼接为智能地板。所述的传感器阵列单元为称重传感器。
实施例2
结合图1～5所示，一种可实时监控粮仓粮食重量的智能地板，所述的智能地板由传感器阵列单元组成，所述的传感器阵列单元在同一平面上拼接为智能地板。所述的传感器阵列单元为称重传感器。
所述的称重传感器包含电极1、粘附层2和压力敏感层3；
所述的称重传感器的组成结构为5层夹心结构；其组成依次为电极1、粘附层2、压力敏感层3、粘附层2、电极1。
所述的电极1的材质为银；所述的粘附层2为涂布在电极1上的基体材料；所述的基体材料为聚苯胺。
所述的重量敏感层3为涂布在粘附层2上的功能材料；所述的功能材料为碳纳米管。
实施例3
结合图1～5所示，一种可实时监控粮仓粮食重量的智能地板，所述的智能地板由传感器阵列单元组成，所述的传感器阵列单元在同一平面上拼接为智能地板。所述的传感器阵列单元为称重传感器。
所述的称重传感器包含电极1、粘附层2和压力敏感层3；
所述的称重传感器的组成结构为5层夹心结构；其组成依次为电极1、粘附层2、压力敏感层3、粘附层2、电极1。
所述的电极1的材质为铝；所述的粘附层2为涂布在电极1上的基体材料；所述的基体材料为PDMS-184。
所述的重量敏感层3为涂布在粘附层2上的功能材料；所述的功能材料为纳米级BaTiO3。
实施例4
结合图1～5所示，一种可实时监控粮仓粮食重量的智能地板，所述的智能地板由传感器阵列单元组成，所述的传感器阵列单元在同一平面上拼接为智能地板。所述的传感器阵列单元为称重传感器。
所述的称重传感器包含电极1、粘附层2和压力敏感层3；
所述的称重传感器的组成结构为5层夹心结构；其组成依次为电极1、粘附层2、压力敏感层3、粘附层2、电极1。
所述的电极1的材质为铜；所述的粘附层2为涂布在电极1上的基体材料；所述的基体材料为导电聚胺脂、PDMS-184、PDMS-651、聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚酰亚胺按重量比2:1:2:1.5:3的混合物。
所述的重量敏感层3为涂布在粘附层2上的功能材料；所述的功能材料为纳米级BaTiO3。
所述的重量敏感层3为涂布在粘附层2上的功能材料；所述的功能材料为Ti3C2-NMXene、石墨烯、纳米级电气石、纳米级PVDF粉末和纳米级PbTiO3按重量比1:1.5:2:3:1的混合物。
实施例5
结合图1～5所示，一种可实时监控粮仓粮食重量的智能地板中的称重传感器由以下方法制备：
S101，电极1上涂布基体材料；
S102，涂布有基体材料的电极1一面涂布功能材料；
S103，涂布有功能材料的电极1一面再次涂布基体材料；
S104，另外一电极1上涂布基体材料；
S105，将S103和S104所得两电极1基体材料面粘合，即得称重传感器；
所述的涂布具体为喷涂。
实施例6
结合图1～5所示，一种可实时监控粮仓粮食重量的智能地板中的称重传感器由以下方法制备：
S101，电极1上涂布基体材料；
S102，涂布有基体材料的电极1一面涂布功能材料；
S103，涂布有功能材料的电极1一面再次涂布基体材料；
S104，另外一电极1上涂布基体材料；
S105，将S103和S104所得两电极1基体材料面粘合，即得称重传感器；所述的涂布具体为丝网印刷。
实施例7
结合图1～5所示，一种可实时监控粮仓粮食重量的智能地板由以下方法制备：
S201，传感器阵列单元用粘结材料等间距粘结在衬底材料上；
S202，粘结在衬底材料上的传感器阵列单元的另一侧用粘结材料覆盖。
所述的衬底材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯。所述的粘结材料为水性丝印机胶；所述的衬底材料的厚度为0.05mm。
实施例8
结合图1～5所示，一种可实时监控粮仓粮食重量的智能地板由以下方法制备：
S201，传感器阵列单元用粘结材料等间距粘结在衬底材料上；
S202，粘结在衬底材料上的传感器阵列单元的另一侧用粘结材料覆盖。
所述的衬底材料为聚碳酸酯。所述的粘结材料为油性不干胶。所述的衬底材料的厚度为2mm。
实施例9
结合图1～5所示，一种可实时监控粮仓粮食重量的智能地板由以下方法制备：
S201，传感器阵列单元用粘结材料等间距粘结在衬底材料上；
S202，粘结在衬底材料上的传感器阵列单元的另一侧用粘结材料覆盖。
所述的衬底材料为聚氧化乙烯。所述的导电银浆。所述的衬底材料的厚度为1mm。
实施例10
结合图1～5所示，一种可实时监控粮仓粮食重量的智能地板，所述的智能地板铺设满粮仓底面。
实施例6所制得的称重传感器，测得其电阻随着压力变化的曲线如图3所示。
实施例11
结合图1～5所示，一种可实时监控粮仓粮食重量的智能地板，所述的智能地板计算粮仓粮食重量的公式为：
Wsum＝∑WD
WD＝WS/R
R＝Ss/SD
其中，Wsum为粮食总重量；
WD为微分区粮食重量；
WS为传感器阵列单元上粮食重量；
Ss为传感器阵列单元的面积；
SD为微分区面积。
所述的微分区面积计算公式为：SD＝SSum/N
其中，SSum为粮仓底面积；
N为传感器阵列单元个数。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种变换，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征和步骤，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：测量微型水生生物鲜重的方法、微型装置和应用