阅读说明：本技术 一种筒仓堆料高度监测的装置、系统和方法 (Device, system and method for monitoring silo stacking height ) 是由 张石 刘志文 李亚锋 鲁佶 陈俊麟 于 2020-06-30 设计创作，主要内容包括：本发明涉及自动监测领域,特别是涉及一种筒仓堆料高度监测的装置、系统和方法。主要包括：至少一个数据处理模块和至少一组监测模块；每组监测模块包括至少一个激光探测组件和外壳,激光探测组件气密封装在外壳之内,激光探测组件的电气接口作为监测模块的外部电气接口使用,外壳上包括透光窗口和阀门,透光窗口和激光探测组件的监测光出口及反射光接收口位置对应,阀门位于透光窗口外侧,阀门关闭时透光窗口被阀门全部遮盖,阀门开启时透光窗口暴露于外部；数据处理模块与每组监测模块的外部电气接口的相应端口耦合。本发明可以通过多个激光测距模块方便准确的获取堆料顶端不同位置的高度,从而对堆料的整体高度进行监测。(The invention relates to the field of automatic monitoring, in particular to a device, a system and a method for monitoring silo stacking height. The method mainly comprises the following steps: at least one data processing module and at least one group of monitoring modules; each group of monitoring modules comprises at least one laser detection assembly and a shell, the laser detection assembly is hermetically sealed in the shell, an electrical interface of the laser detection assembly is used as an external electrical interface of the monitoring module, the shell comprises a light-transmitting window and a valve, the light-transmitting window corresponds to a monitoring light outlet and a reflected light receiving opening of the laser detection assembly in position, the valve is positioned outside the light-transmitting window, the light-transmitting window is completely covered by the valve when the valve is closed, and the light-transmitting window is exposed to the outside when the valve is opened; the data processing module is coupled with a respective port of the external electrical interface of each set of monitoring modules. The invention can conveniently and accurately acquire the heights of different positions of the top end of the stacking material through a plurality of laser ranging modules, thereby monitoring the whole height of the stacking material.)

一种筒仓堆料高度监测的装置、系统和方法

【技术领域】

本发明涉及自动监测领域，特别是涉及一种筒仓堆料高度监测的装置、系统和方法。

【背景技术】

采用封闭式筒仓对物料进行存储，可以有效减少存储过程中对周边环境的二次污染，也可以减少周转环节中的物料浪费，避免露天堆料存在的物料质量下降、占地面积大、不易管理等问题。但是，对物料进行封闭式筒仓存储时，若堆料高度过高可能会出现安全隐患。为实现物料的安全储存和生产，需要实时监测筒仓堆料高度，并将储存信息反馈给控制系统。

目前主要的筒仓堆料监测技术方法有电容式测量法、重锤式测量法、核辐射式测量法、超声波式测量法、电极式测量法等。电容式测量法结构简单，但要求物料的介电常数稳定，且电极容易粘连物料被损坏，仅适合应用在含水量较小、化学性质稳定、体积较小的筒仓。重锤式测量法在测量过程中要求物料表面必须与重锤接触，可靠性较差，故障率较高，自动化程度低。核辐射式测量法由于存在辐射，防护要求高，连续测量时价格昂贵。超声波式测量法测量盲区大，测量深度有限，容易受粉尘的影响，且易受温度、声压和风力等因素影响，可靠性较差。电极式测量法由于物料成分复杂，电阻率不一致，易造成系统的不稳定。

鉴于此，如何克服该现有技术所存在的缺陷，解决现有的各种测量法存在的可靠性差等缺陷，是本技术领域待解决的问题。

【

发明内容

】

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明解决了现有的测量法中对物料特性要求较高、测量稳定性差等问题。

本发明实施例采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种筒仓堆料高度监测的装置，具体为：包括至少一个数据处理模块10和至少一组监测模块20；每组监测模块20包括至少一个激光探测组件21和外壳22，激光探测组件21气密封装在外壳22之内，激光探测组件21的电气接口作为监测模块20的外部电气接口使用，外壳22上包括透光窗口22-1和阀门22-2，透光窗口22-1和激光探测组件21的监测光出口及反射光接收口位置对应，阀门22-2位于透光窗口22-1外侧，阀门22-2关闭时透光窗口22-1被阀门22-2全部遮盖，阀门22-2开启时透光窗口22-1暴露于外部；数据处理模块10与每组监测模块20的外部电气接口的相应端口耦合。

优选的，还包括光源30和分光器40；分光器40包括一个输入口和至少一个输出口，其中，输出口的数量不少于激光探测组件21的数量；光源30的出射光与分光器40的输入口光路耦合；激光探测组件21包括光发射部件21-1和光接收部件21-2，每一个激光探测组件21的光发射部件21-1的输入口与分光器40的一个输出口光路耦合，作为激光探测组件21的光路输入口，光接收部件21-2与光发射部件21-1出射光的反射光路耦合，光接收部件21-2的电气接口作为激光探测组件21的电气接口使用。

优选的，激光探测组件21还包括清洁部件22-3，清洁部件22-3活动固定在透光窗口22-1外侧，紧贴透光窗口22-1平移运动，以便于清洁透光窗口22-1外侧。

第二方面，本发明还提供了一种筒仓堆料高度监测的系统，包括：根据第一方面提出的筒仓堆料高度监测的装置设计的监测装置1、监测控制装置2和筒仓3；监测装置1中的监测模块20设置在筒仓3的仓内顶部，监测模块20的透光窗口22-1朝向筒仓3内的堆料顶面；监测控制装置2与监测装置1中的数据处理模块10进行数据信号和控制信号的交互，以便于通过监测装置1获取的数据对筒仓3的堆料高度进行分析和监控。

优选的，监测模块20分布区域的形状与筒仓3顶部的形状一致，位于预设中心区域范围内的每两个监测模块20的间距小于位于预设中心区域范围外的每两个监测模块20的间距。

优选的，监测装置1与监测控制装置2之间的接线为防爆线缆。

第三方面，本发明还提供了一种筒仓堆料高度监测的方法，包括：根据第二方面提出的筒仓堆料高度监测的系统在筒仓3中部署监测模块20；监测模块20向堆料顶部发出监测光信号；监测模块20获取监测光信号被堆料顶部反射所得的反射光信号；数据处理模块10根据所有监测模块20的反射光信号数据，获得堆料顶部高度数据；监测控制装置2根据数据处理模块10获得的堆料顶部高度数据，判断堆料顶部高度的状态。

优选的，获得堆料顶部高度数据，包括：根据不同监测模块20的水平位置和其获取的反射光信号数据对堆料顶部的形貌进行拟合，获取堆料顶部形貌的三维数据。

优选的，数据处理模块10获取所有监测模块20的反射光信号数据，包括：数据处理模块10分别根据每个监测模块20的监测光发出的时间和反射光返回的时间之间的时间差，计算每个监测模块20对应位置的堆料高度。

优选的，还包括：监测控制装置2在需要监测模块20向堆料顶部发出监测光信号和需要监测模块20获取反射光信号时，开启监测模块20上阀门22-2。

与现有技术相比，本发明实施例的有益效果在于：提供了一种筒仓堆料高度监测的装置，通过多个激光测距模块方便准确的获取堆料顶端不同位置的高度，从而对堆料的整体高度进行监测。还通过对激光测距模块进行气密封装，并在气密封装的透光窗口处设置阀门和清洁刷，减少外部环境对监测准确性的影响。

进一步的，本发明提供了一种筒仓堆料高度监测的系统，通过将筒仓堆料高度监测的装置与主控系统相结合，将测距模块设置在筒仓中适当的位置，更准确的对堆料表面的三维形状进行准确拟合，获取更准确的监测数据。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种筒仓堆料高度监测的设备结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种筒仓堆料高度监测的设备中数据处理模块的系统结构示意图；

图3为本发明实施例提供的另一种筒仓堆料高度监测的设备结构示意图；

图4为本发明实施例提供的另一种筒仓堆料高度监测的设备结构示意图；

图5为本发明实施例提供的另一种筒仓堆料高度监测的设备结构示意图；

图6为本发明实施例提供的另一种筒仓堆料高度监测的设备结构示意图；

图7为本发明实施例提供的一种筒仓堆料高度监测的系统结构示意图；

图8为本发明实施例提供的一种筒仓堆料高度监测的系统中监测模块分别方式示意图；

图9为本发明实施例提供的另一种筒仓堆料高度监测的系统中监测模块分别方式示意图；

图10为本发明实施例提供的一种筒仓堆料高度监测的方法流程图；

其中，附图标记如下：

1：监测装置；2：监测控制装置；3：筒仓；

10：数据处理模块，11：处理器，12：存储器；20：监测模块，21：激光探测组件，21-1：光发射部件，21-2光接收部件，22：外壳，22-1透光窗口，22-2：阀门，22-3：清洁部件，22-4：电动机；30：光源；40：分光器。

【

具体实施方式

】

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明是一种特定功能系统的体系结构，因此在具体实施例中主要说明各结构模组的功能逻辑关系，并不对具体软件和硬件实施方式做限定。

此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。下面就参考附图和实施例结合来详细说明本发明。

实施例1：

进行筒仓存储时，为了实时、自动的监测筒仓内物料的存量及变化情况，需要使用自动传感装置对物料高度进行测量。由于物料的含水量、成分、形状、导电系数等物理化学特性不同，因此一些常用的自动传感装置无法准确稳定的对物料高度进行测量。本实施例中提供了一种用于筒仓存储的堆料高度测量装置，能够自动、快捷、准确、稳定的获取到筒仓中不同物料的堆料高度。

下面结合图1说明本实施例提供的筒仓堆料高度监测的装置的具体结构：

筒仓堆料高度监测的装置包括至少一个数据处理模块10和至少一组监测模块20。监测模块20通过激光探测组件21获取筒仓内不同位置处堆料顶面与激光探测组件21的距离，根据激光探测组件21的安装高度和堆料顶面与激光探测组件21的距离计算堆料顶面的高度。

由于堆料具有流动性，因此向筒仓内的堆料顶部可能会起伏不平。因此，本实施例提供的筒仓堆料高度监测的装置使用多组监测模块20，图1中使用20-1、20-2……20-n表示。每组监测模块20中都包括可以进行探测的激光探测组件21，能够获取堆料顶部多个位置的高度，避免仅有一组监测模块20的情况下，仅检测到凸起位置或仅检测到凹下位置时造成的监测数据偏差。进一步的，每组监测模块20中可以包括多个激光探测组件21，使用多个激光探测组件21的数据作为该监测模块20的测量数据进行使用，将点状测量扩展为一个小范围平面的测量，进一步避免每个激光探测组件单点测量导致的数据误差，提高监测精度。

为了对监测模块20的测量数据进行处理，本实施例提供的筒仓堆料高度监测的装置还需要包括数据处理模块10。如图2所示，是本发明实施例中使用的数据处理模块10架构示意图。数据处理模块10包括一个或多个处理器11以及存储器12。其中，图2中以一个处理器11为例。处理器11和存储器12可以通过总线或者其他方式连接，图2中以通过总线连接为例。存储器12作为一种非易失性可读存储介质，可用于存储非易失性软件程序、非易失性计算机可执行程序及数据，如本实施例中监测模块20获取到的测量数据，以及测量数据的计算程序等。处理器11通过运行存储在存储器12中的非易失性软件程序、指令以及模块，对监测模块20获取的数据进行处理。存储器12可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实施例中，存储器12可选包括相对于处理器11远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至处理器11。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

在本实施例的具体使用场景中，堆料顶面较为平整或对堆料高度的监测精度要求不高的情况下，可以使用多个激光探测组件21数据的平均值作为堆料顶面的高度，简单便捷的对堆料顶面高度进行计算，该场景下，数据处理模块10可以使用数据处理能力较弱的器件，如单片机、嵌入式系统等具有简单的数据接收、存储和计算功能的设备，以降低设备的整体成本、功耗和体积。在堆料顶面起伏较大或对堆料高度的监测精度要求较高的情况下，可以根据每个激光探测组件21的水平位置和获取到的距离数据对堆料顶部的形貌进行三维拟合，对堆料顶部的形状进行完整重建，从而对堆料高度进行更准确的监测，该场景下，由于需要进行多点三维数据运算，数据处理模块10需要使用计算能力较强的器件，如工控机等，以满足复杂数据运算的需求，避免因计算时间过长导致的监测结果延迟，提高监测的实时性。

进一步的，在本实施例的具体实施场景中，根据安装空间、数据处理复杂度等的不同，数据处理模块10可以为一个也可以为多个。若需要对监测模块20中的数据进行三维拟合等较复杂的处理，数据处理模块10需要使用功能较强的计算器件，但该类型器件一般体积较大且成本较高，但可以处理所有监测模块20的数据。该场景下，可以仅使用一个数据处理模块10，经各监测模块20初步处理的数据发送至同一个数据处理模块10统一进行处理，为了便于管理，数据处理模块10也可以与筒仓堆料高度监测的系统的监测控制装置2进行集成。若仅需要简单的获取各监测模块20的监测数据，数据处理模块10可以使用计算能力较弱的计算器件，该类型器件一般体积较小成本较低，可以为每个监测模块20单独配置数据处理模块10，对各个监测模块20独立计算信号返回的时间，进而得到不同监测模块20对应的距离，再将距离值发送至筒仓堆料高度监测的系统的监测控制装置2，将每个监测模块20的数据计算和所有监测模块的数据计算过程相互独立，提高整体的计算效率。根据不同的场景设置不同的数据处理模块10的器件类型和数量，可以在满足监测需求的情况下提高处理效率、降低设备成本。根据数据处理模块10需要处理的数据不同和器件物理接口不同，数据处理模块10和监测模块20之间的接口可以为电平信号接口、通用数据接口或其它通用IO接口。

由于堆料的物化特性不同，目前常用的电容测量法、重锤式测量法、核辐射式测量法、超声波式测量法、电极式测量法等都存在各种缺陷，导致测量可靠性较差，监测数据不稳定。本实施例提供的筒仓堆料高度监测的装置中，监测模块20中使用激光探测组件21作为测量设备，通过向堆料顶部表面发射激光并获取反射光，根据每个激光探测组件21监测光发出的时间和反射光返回的时间之间的时间差，计算激光探测组件21与堆料顶面之间的相对距离，再根据激光探测组件21的安装高度计算堆料顶面的高度，以实现对堆料高度的监测。使用激光测距作为堆料高度数据的获取方式，仅利用了堆料不透明且可以反射激光这一简单特性，与堆料的其它物化特性和环境因素无关，可以适用于具备不同物化特性的各种应用场合，精确稳定的获取测量数据；同时，激光测距的方式不需要测试设备与堆料直接接触，避免了因为堆料与测试设备粘连导致的测试数据异常或设备损坏，提高监测装置的工作稳定性。在具体实施场景中，激光探测组件21可以使用现有的各种激光测距仪，直接获取到激光探测组件21和堆料顶面的距离，数据处理模块10直接根据获取到的距离值计算堆料顶面的高度；也可以使用包含准直系统的激光发射器作为光发射部件21-1，使用能够获取反射光到达时间的光传感器作为光接收部件21-2，仅进行监测光的发射和反射光的接收，数据处理模块10通过监测光发出和接收到的时间差计算激光探测组件21和堆料顶面的距离，并进一步计算堆料顶面的高度。

在本实施例的某些使用场景中，筒仓中存储的是煤炭、矿石或粮食等会产生粉尘的堆料，粉尘易干扰和损坏激光探测组件21中的光学器件和电子器件，使测量结果出现偏差，影响监测的准确性，或导致设备故障，影响装置的稳定性。为了避免粉尘等外部环境对激光探测组件21的影响，每组监测模块20中的激光探测组件21外部都设置了外壳22，激光探测组件21气密封装在外壳22之内。在本实施例的优选方案中，为了保证外壳22的气密效果，外壳22的密封性需要达到IP67以上标准，可以满足防水、防尘等要求，保证激光探测组件21内部的各精密元件的稳定工作。

由于激光探测组件21需要与数据处理模块10之间进行数据交互，并需要从外部获取电源及控制信号，在激光探测组件21被外壳22封装后，需要在保证外壳22气密性的情况下向外部引出电气接口的接线；在多个监测模块20共用光源的场景中，还需要向外部引出光路系统。在具体实施场景中，可以简单的在外壳22上开孔并将需要引出的接线穿出，并通过密封胶、垫片等方式对开孔和接线的缝隙进行密封。还可以在开孔处设置法兰口，通过法兰口将接线引出。在密封要求较高的场景中，还可以在外壳22上设置转接端口，激光探测组件21的端口与外壳22上相应转接端口的内侧连接，外部电源、光源30、数据处理模块10等外部设备的接线与相应转接端口的外侧连接，通过转接端口实现内外部接线的联通。以上方式都可以实现保证气密性的情况激光探测组件21和外部的线路连接，可以根据实际使用时的成本、加工复杂度、气密性要求等选择合适的方案进行实施。

由于激光探测组件21需要向外部发射激光并获得反射光进行测量，因此外壳22上开有透光窗口22-1，透光窗口22-1和激光探测组件21的监测光出口及反射光接收口位置对应，以便于激光探测组件21的出射光发射到推料顶部表面，并接收到由堆料顶部表面反射回的反射光。在本实施例的优选方案中，透光窗口22-1的材质为石英玻璃，在保证透光性的同时，也可以保证足够的机械强度和化学稳定性。进一步的，为了增加透光窗口22-1的光线透光率，在透光窗口22-1上增加透光镀层，进一步减少透光窗口22-1对激光探测组件21的出射光和反射光的阻挡，保证测量精度。

为了保证透光窗口22-1的透光性，避免粉尘或堆料中的其它杂质堆积在透光窗口22-1上影响监测光的发射和接收，因此可以使用阀门22-2对透光窗口22-1的外侧进行遮盖。阀门22-2位于透光窗口22-1外侧，在阀门22-2关闭时透光窗口22-1被阀门22-2全部遮盖，阻挡粉尘等污染物；阀门22-2开启时透光窗口22-1暴露于外部，使监测出射光和反射光可以透过。在实际使用中，为了避免阀门22-2对出射光和反射光光路的影响，阀门22-2开启时，透光窗口22-1完全暴露于外部。使用阀门22-2对透光窗口22-1进行遮盖，可以避免透光窗口22-1沾染污染物导致监测光路被阻断，提高监测设备的稳定性。

进一步的，为了便于阀门22-2的控制，如图3所示的监测模块20中透光窗口22-1所在面的示意图，可以设置电动机22-4，由电动机22-4带动阀门22-2运动，以实现阀门22-2的关闭和开启，电动机22-4的启停、速度等运动参数由外部控制信号控制。在具体使用场景中，根据外壳22、透光窗口22-1和阀门22-3的形状不同，电动机22-4可以通过使用直线电机带动阀门22-2平行于所在平面平移，或使用旋转电机带动阀门22-2平行于所在平面旋转等方式，实现阀门22-2的开启和关闭。使用电动机22-4带动阀门开启和关闭，可以提高装置的自动化程度，提高装置使用的便捷性，及时开启关闭阀门，能够在不遮挡监测光的情况下尽可能减少透光窗口22-1暴露的时间，减少污染物的沾染。

在本实施例的某些实施场景中，阀门22-2需要较长时间开启，或堆料粉尘较多，透光窗口22-1上可能堆积较多的污染物。为了进一步确保透光窗口22-1的透光性，减少污染物对监测过程的影响，如图4所示的透光窗口所在平面示意图，监测模块20还包括清洁部件22-3，清洁部件22-3活动固定在透光窗口22-1外侧，紧贴透光窗口22-1平移运动，以便于清洁透光窗口22-1外侧。具体的，清洁部件22-3可以由直线电机和清洁塑胶皮组成，直线电机带动清洁塑胶皮沿图4中箭头方向往返平移，通过清洁塑胶皮刮去透光窗口22-1外侧表面的污染物。使用清洁塑胶皮刮擦的方式对透光窗口22-1进行清洁，无需额外接入气管或水管，安装方便，不会产生漏水漏气等安全隐患，而且不会在透光窗口22-1上留下水渍等杂质产生二次污染。

本实施例提供的筒仓堆料高度监测的装置中，每一组监测模块20可以使用独立光源为激光探测组件21提供监测光。另一方面，在某些具体实施场景中，为了节省成本，如图5所示，本实施例提供的装置中各组监测模块20中的激光探测组件21也可以共用一个光源30，光源30的出射光与分光器40的输入口光路耦合，通过分光器40将光源30的出射光分为多道，分别提供给多个激光探测组件21作为监测光使用。分光器40包括一个输入口和多个输出口，为了确保每一个激光探测组件21都能由光源30处获得监测光，分光器40的输出口的数量不少于激光探测组件21的数量，每一个激光探测组件21与分光器40的一个输出口连接。具体的，如图5所示，激光探测组件21包括光发射部件21-1和光接收部件21-2，每一个激光探测组件21的光发射部件21-1的输入口与分光器40的一个输出口光路耦合，作为激光探测组件21的光路输入口。光接收部件21-2与光发射部件21-1出射光的反射光路耦合，光接收部件21-2的电气接口作为激光探测组件21的电气接口使用。电气接口包括电源接口、数据接口、控制接口等。由光源30发出的出射光L1输入分光器40的输入口，经分光器40分光后分为L2-1、L2-2……L2-n，分别输入至监测模块20-1、20-2……20-n的输入口。具体的，如图6所示，每个监测模块20中激光探测组件21的光发射部件21-1的输入口，通过光发射部件21-1发出监测光L3至堆料顶面，经堆料顶面反射后形成反射光L4输入至各监测模块20中激光探测组件21的光接收部件21-2。每个监测模块20中的光接收部件21-2接收本监测模块中的光发射部件21-1发出的监测光相应的反射光L4。数据处理模块10根据监测光发出和接收的时间差计算每个监测模块20获得的距离值，进而计算堆料顶面的整体高度。为了进一步降低激光探测组件21的成本，光接收部件21-1可以简单使用光电传感器，光电传感器接收到反射光信号后，将光信号实时转换为电信号发送至本监测模块20中的数据处理模块10进行处理。

为了确保监测光的平行性，提高监测光的功率密度，避免光斑扩大或光路不准，因此光发射部件21-1中可以设置准直光学系统，将从光源30处接受到的光进行准直后再发射，对监测光进行准直并对光路进行进一步校准，避免监测光平行性不够造成的测量误差。

为了降低光路复杂性和光传输过程中的损耗，光源30的输出口和分光器40的输入口之间，以及分光器40的每个输出口和每个监测模块20的输入口之间，分别通过光纤连接。使用光纤可以建立灵活的光路，避免使用光学器件建立光路导致的光路复杂或光传输过程中的损耗，同时也可以保证系统数据的传输没有延时，确保测试数据的实时性，避免因数据延时导致的响应延迟。

进一步的，为了确保监测光和反射光的光路正常，避免因监测光和反射光被阻挡而导致的监测数据错误，可以在光发射部件21-1和光接收部件21-1上分别设置光强度感应部件，若光发射部件21-1发出的光强度与光源30的光强度差别过大，或光发射部件21-1发出的光强度与光接收部件21-1接受到的反射光强度差别过大，则启动清洁部件22-3对透光窗口进行清洁，若清洁后反射光强度依然无法达到标准，则可能存在其它的光路故障，需要数据处理模块10或监测控制装置2发出异常报警。通过光强度监测可以保证监测光路正常运行，提高设备稳定型和监测数据的准确性。

通过本实施例提供的器件和结构组合，可以使用多组监测模块对筒仓堆料高度进行全面、准确的监测，并针对筒仓中堆料的特性设置了阀门和清洁部件避免堆料中的粉尘等污染物对监测过程的影响，以获取更准确的监测数据。

实施例2：

在上述实施例1提供的筒仓堆料高度监测的装置的基础上，本发明还可以将筒仓堆料高度监测的装置集成至整体筒仓存储体系中，提供一种筒仓堆料高度监测的系统。

如图7所示，为本实施例提供的筒仓堆料高度监测的系统的结构示意图。

系统包括根据实施例1中提出的筒仓堆料高度监测的装置设计的监测装置1、监测控制装置2和筒仓3；

监测装置1中的监测模块20设置在筒仓3的仓内顶部，监测模块20的透光窗口22-1朝向筒仓3内的堆料顶面。由于透光窗口22-1和激光探测组件21的监测光出口及反射光接收口位置对应，因此透光窗口22-1朝向堆料顶面时，激光探测组件21的监测光出口及反射光接收口也朝向堆料顶面，能够向堆料顶面发射监测光，并接受堆料顶面的反射光。由于堆料顶面一般为水平面，为了更准确的获取堆料顶部高度，并简化数据处理过程，在设置监测模块20时，激光探测组件21的出射光路和反射光路尽可能和水平面垂直。

监测控制装置2与监测装置1中的数据处理模块10进行数据信号和控制信号的交互，通过监测装置1获取的数据对筒仓3的堆料高度进行分析和监控。当堆料高度低于设定值时，监测系统会提示可以继续加入堆料；当堆料高度高于设定值时，监测系统开始报警不可再继续加入堆料。在具体实施场景中，可以通过每个监测模块20独立的数据处理模块10简单计算每个监测模块20获取到的堆料高度数据，再将高度数据发送至监测控制装置2进行分析，并根据分析结果进行相应的告警或控制操作；也可以使用数据处理模块10对所有监测模块20获取到的堆料高度数据进行分析，仅将分析结果发送至监测控制装置2，由监测控制装置2进行相应的告警或控制操作。在具体实施方式中，可以根据数据分析的需求、设备成本、控制复杂度等选择合适的方式进行数据分析和控制。进一步的，监测装置1的数据处理模块10和监测控制装置2可以位于集成在同一套物理设备中以节省成本和安装空间；也可以使用两套单独的物理设备，以独立完成各自的功能，提高系统安装的灵活性。

由于筒仓中的堆料可能会产生粉尘，监测系统各种接线中通过的电流可能会导致粉尘***。因此，监测装置1与监测控制装置2之间的各种接线需要使用防爆线缆，以避免粉尘***，提高系统安全性。

为了更好地反向拟合出筒仓的堆料顶部表面形貌，应根据筒仓3的具体形状来选择监测模块20的安装数量和安装位置。为了更好地拟合出堆料顶部表面形貌，监测模块20分布区域的形状需要与筒仓3堆料顶部表面水平轮廓的形状一致，如图8和图9所示，分别是圆形和方形筒仓中监测块20安装点示意图，图中每一个点代表一个监测模块20。由于筒仓加料和进料的特性，筒仓3中心区域的堆料相较于边缘区域高度变化更剧烈，高度起伏也更多。因此，位于预设中心区域范围内的每两个监测模块20的间距小于位于预设中心区域范围外的每两个监测模块20的间距。越往中心的区域，安装的监测模块20间距越近，表面形貌拟合越精细，越往外的区域，监测模块20可以较为稀疏，在保证监测准确性的情况下减少监测模块20使用的总数量，降低系统的总成本。

进一步的，本实施例提供的筒仓堆料高度监测的系统还可以和筒仓整体的主控系统联动，以取得更好的监测和管理效果。在某些具体场景中，监测系统与筒仓主控系统的进料或出料控制系统连接，开始进料或出料时自动开启监测系统进行检测，进料或出料结束时自动停止监测，监测到堆料高度超过预设高度时自动停止进料，或监测到堆料高度低于预设高度时自动开始进料，从而方便的对进料和出料过程中堆料顶面高度的实时变化进行监控，并对可能出现的不同堆料高度情况进行及时处理。在某些具体场景中，筒仓设置有堆料的自动平铺装置，在能够进行平铺操作的情况下，监测光开启前，先启动平铺装置对堆料顶部进行平铺，使堆料顶部尽量保持平整，以提高监测数据的准确性，并降低数据处理的复杂度。

通过筒仓堆料高度监测的系统，可以对筒仓堆料高度监测的装置获取到的筒仓内堆料高度进行分析和处理，并在根据不同的高度情况配合筒仓的主控制系统进行不同处理，使筒仓内的堆料保持合适的高度。同时，通过对筒仓堆料高度监测的装置中监测模块20的合理布局，更好的拟合出堆料高度表面形貌，提高了监测的准确性。

实施例3：

在上述实施例1提供的筒仓堆料高度监测的装置和实施例2提供的筒仓堆料高度监测的系统的基础上，本发明提供了一种使用筒仓堆料高度监测的系统对筒仓内堆料高度进行监测的方法。

本领域普通技术人员可以理解实施例3的各步骤处理过程中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令筒仓堆料高度监测的系统中相关的硬件来完成，实施例3中的步骤可以存储于筒仓堆料高度监测的系统中监测装置1、和监测控制装置2各设备中存在的可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁盘或光盘等。

如图10所示，本发明实施例提供的筒仓堆料高度监测的方法具体步骤如下：

步骤101：根据实施例2提出的筒仓堆料高度监测的系统在筒仓3中部署监测模块20。

进行堆料高度的监测前，需要根据实施例2中的技术方案，将监测设备1中监测模块20部署在筒仓3内合适的位置，以获取更准确的监测数据，实现最好的监测效果。监测设备1部署完成后，筒仓堆料高度监测的系统够在监测控制装置2的控制下，使用监测设备1中的各种组件，按照步骤102-步骤105完成监测过程。

步骤102：监测模块20向堆料顶部发出监测光信号。

步骤103：监测模块20获取监测光信号被堆料顶部反射所得的反射光信号。

步骤104：数据处理模块10获取所有监测模块20的反射光信号数据，获得堆料顶部高度数据。

步骤102和步骤103中，通过监测模块20中的激光探测组件21发出监测光并接受反射光来实现高度监测相关数据的初步获取，再经过步骤104计算获得堆料顶部高度数据。在具体实施场景中，步骤104可以使用不同的技术方案进行实现，激光探测组件21可以使用现有的激光测距仪，直接获取到激光探测组件21和堆料顶面的距离，数据处理模块10直接根据获取到的距离值计算堆料顶面的高度；也可以使用激光发射器+光传感器的组合，仅进行监测光的发射和反射光的接收，数据处理模块10分别根据每个监测模块20的监测光发出和反射光返回时间差计算激光探测组件21和堆料顶面的距离，并进一步计算堆料顶面的高度。

步骤105：监测控制装置2根据数据处理模块10获得的堆料顶部高度数据，判断堆料顶部高度的状态。

获取所有监测模块20中堆料顶部高度的数据后，可以将所有的数据进行整合，进一步判断堆料顶面高度的状态，确定堆料顶面高度是否高于设定的安全高度阈值。在不同的具体应用场景中，步骤105中计算和监测堆料顶部高度可以使用不同的方式。以下简单列举计算堆料顶部高度的常用方式，但实际使用中不限于以下方式，还可以根据实际情况使用其它基于筒仓堆料高度监测的系统获取到的监测数据对筒仓中堆料高度进行计算和监测的方式。在具体使用场景中，安全高度阈值可以根据实际需要进行调整。

(1)查找所有监测模块20的堆料顶部高度数据中的最高值，若堆料顶部高度数据的最高值超过预设安全高度阈值，或监测模块20与堆料顶部之间的间距小于预设安全间距阈值，则判定堆料高度过高。该方式可以简便快速的对堆料高度状态进行判断，监测实时性强，适用于安全性要求较高的场景，能够及时发现堆料超高的情况；另一方面，该方式在堆料顶面较平整的情况下可以较准确的获取高度数据，但对于堆料顶面形状不平整的场景可能会因监测模块20设置位置等原因出现误差，因此不适用于堆料顶面起伏较大或计算数据精度要求较高的场景。同时，该方案对数据处理模块10和监测控制装置2的计算性能要求较低，可以使用成本较低的设备进行实现。

(2)根据不同监测模块20的位置和其获取的反射光信号数据对堆料顶部的形貌进行拟合，获取堆料顶部形貌的三维数据。该方式计算较为复杂，计算时间较长，但可以精确的获取到堆料顶部的形貌，对堆料高度状态更精确完整的监测，适用于对堆料顶面起伏较大或顶面高度数据计算精度要求的场景。同时，该方案对数据处理模块10和监测控制装置2的计算性能要求较高，需要使用成本较高的设备进行实现。具体的，在本实施例的具体实施场景中，可以根据不同的计算复杂度和需要的数据精度选择不同的拟合方式对堆料顶部的形貌进行拟合，如插值法、磨光法、最小二乘法等。

在本实施例的具体实施方式中，由于筒仓的截面积一般不大，因此在进行三维拟合时，可以采用相关平面拟合法，建立如公式1的数学模型进行拟合：

h_i＝A₀+A₁x_i+A₂y_i+A₃x_iy_i (公式1)

其中，A₀、A₁、A₂、A₃为拟合系数。每个点对应的煤堆厚度为h_i，筒仓平面每个点的坐标为x_i和y_i。由于实际使用中x_i和y_i的值对应监测模块20的水平位置坐标，而监测模块20位置固定不动，因此，在计算时，x_i和y_i的值可以预先设定。

再使用最小二乘法的逼近原理，通过公式2进行拟合：

其中，n为使用的监测模块20数量，每个监测模块获取一个对应的实测距离值，结合所得到实测距离值阵列，即可逼近预设的参数值，所设定的实测距离阵列数越多，测试得到的结果更精确，曲面拟合的效果也越好。进行曲面拟合后，即可根据拟合后的曲面方程获堆料顶部形貌的三维数据，准确监测堆料顶部不同位置的高度。

通过，步骤101-步骤105，可以使用实施例1提供的筒仓堆料高度监测的装置和实施例2提供的筒仓堆料高度监测的系统对筒仓内的堆料高度进行监测，便捷准确的获取堆料顶面高度的状态，为筒仓中进料和出料提供安全指示，避免因堆料顶面高度超过安全高度阈值而造成的安全隐患或进出料系统运作异常。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。