CN111044095A - 一种用于罐式集装箱的多功能传感装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于罐式集装箱的多功能传感装置，包括探测杆、控制装置和传感装置。探测杆内置有波导丝，探测杆外套设有磁性浮球，磁性浮球随罐式集装箱内的液体的液位的变化沿探测杆上下可移动，磁性浮球产生第一磁场，主控单元与波导丝连接，以将激励信号传递至波导丝，波导丝被激励以产生第二磁场，信号处理单元采集由所述第一磁场和所述第二磁场相交产生的回波信号，传感装置用于检测罐式集装箱内的气相压力和液相压力，主控单元根据所述激励信号与所述回波信号的时间差计算所述液位，并根据传感装置的检测值计算所述液体的密度。本发明实现了对罐式集装箱内液体的压力、液位、密度的同时监测，其安装方便，测量精度较高，又节约成本。
Description
技术领域
本发明涉及罐式集装箱领域，且更具体地涉及一种用于罐式集装箱的多功能传感装置。
背景技术
随着现代工业的发展，通过罐式集装箱进行物品的装载和运输已是常用的运输方法，为了进一步提升罐式集装箱的智能化水平，对其装载介质的状态，包括温度、压力、液位、密度等参数的正确监测就显得十分重要。现有技术中，只能对罐式集装箱内介质的其中一个或两个参数进行测量，比如液位、温度，但不能对介质的密度进行测量以监测其密度的变化过程。而想要同时监测很多个参数(包括温度、压力、液位、密度)，通常需要在罐式集装箱上安装4个甚至更多的传感器，分别测量各个参数，那么由于罐式集装箱自身结构的限制，不能满足安装传感器所需的空间和其他合理条件。因此，实现同时监测罐式集装箱介质的温度、压力、液位、密度参数存在一定困难。
因此，需要一种用于罐式集装箱的多功能传感装置，以至少部分地解决现有技术中存在的问题。
发明内容
在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
为了至少部分地解决上述问题，本发明提供了一种用于罐式集装箱的多功能传感装置，包括：探测杆，所述探测杆内置有波导丝，所述探测杆外套设有磁性浮球，所述磁性浮球随所述罐式集装箱内的液体的液位的变化沿所述探测杆上下可移动，所述磁性浮球产生第一磁场；
控制装置，所述控制装置与所述探测杆连接，所述控制装置包括主控单元和与所述主控单元连接的信号处理单元，所述主控单元与所述波导丝连接，以将激励信号传递至所述波导丝，所述波导丝被激励以产生第二磁场，所述信号处理单元采集由所述第一磁场和所述第二磁场相交产生的回波信号；以及
传感装置，所述传感装置用于检测所述罐式集装箱内的气相压力和液相压力，
其中，所述主控单元根据所述激励信号与所述回波信号的时间差计算所述液位，并根据所述传感装置的检测值计算所述液体的密度。
根据本发明的多功能传感装置，所述探测杆内置有波导丝，所述探测杆外套设有磁性浮球，所述磁性浮球随所述罐式集装箱内的液体的液位的变化沿所述探测杆上下可移动，所述磁性浮球产生第一磁场，所述主控单元与所述波导丝连接，以将激励信号传递至所述波导丝，所述波导丝被激励以产生第二磁场，所述信号处理单元采集由所述第一磁场和所述第二磁场相交产生的回波信号，所述传感装置用于检测所述罐式集装箱内的气相压力和液相压力，所述主控单元根据所述激励信号与所述回波信号的时间差计算所述液位，并根据所述传感装置的检测值计算所述液体的密度。本发明实现了对罐式集装箱内的液体的密度的测量，进一步实现了对罐式集装箱内液体的压力、液位、密度的同时监测，且本发明安装方便，测量精度较高，又节约成本。
优选地，所述探测杆上设置有定位盘，所述定位盘用于与罐式集装箱开孔处的定位件连接，以使所述多功能传感装置插入所述罐式集装箱的开孔定位。
优选地，所述定位盘和所述定位件均为法兰盘，所述定位盘与所述定位件通过螺栓连接。
优选地，所述传感装置包括：液相压力传感器，所述液相压力传感器设置于所述探测杆的底部，用于检测所述液体的压力；气相压力传感器，所述气相压力传感器设置于所述定位盘，用于检测所述液体上方的气体的压力。
优选地，所述传感装置还包括温度传感器，所述温度传感器设置于所述探测杆的顶端和底端，用于检测所述气体的温度和所述液体的温度。
优选地，所述温度传感器为铂热电阻温度传感器。
优选地，所述液相压力传感器和所述气相压力传感器的测量精度为1‰。
优选地，所述信号处理单元包括依次连接的信号滤波放大电路和A/D采样转换电路。
优选地，所述控制装置还包括显示单元，所述主控单元的输出端与所述显示单元的输入端连接，所述显示单元用于显示所述液体的液位、所述液体的密度和所述传感装置的检测值。
附图说明
本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的装置及原理。在附图中，
图1为根据本发明的用于罐式集装箱的多功能传感装置安装在罐式集装箱内的截面示意图。
附图标识：
100：罐式集装箱；20：多功能传感装置；
21：探测杆；22：控制装置；
23：波导丝；24：磁性浮球；
25：定位盘；31：液相压力传感器；
32：气相压力传感器；33：温度传感器；
101：定位件。
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明实施例可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明实施例发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
为了彻底了解本发明实施例，将在下列的描述中提出详细的结构。显然，本发明实施例的施行并不限定于本领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施例。
现参考图1，对本实施方式的用于罐式集装箱100的多功能传感装置20进行描述。
罐式集装箱100的顶部设置有开孔，多功能传感装置20插入罐式集装箱100的顶部的开孔并固定，用于检测罐式集装箱100内介质的状态，其介质通常为液体。
多功能传感装置20包括探测杆21、控制装置22和传感装置。
探测杆21内置有波导丝23，探测杆21外套设有磁性浮球24，磁性浮球24浮于罐式集装箱100内的液体的液面A，磁性浮球24液面A的变化沿探测杆21上下可移动。磁性浮球24自身产生第一磁场，即永久磁场。
控制装置22与探测杆21连接。控制装置22包括主控单元(未示出)和与主控单元连接的信号处理单元(未示出)。主控单元可以采用单片机。信号处理单元可以包括依次连接的信号滤波放大电路和A/D采样转换电路。主控单元与波导丝23连接，以将激励信号传递至波导丝23，波导丝23被激励以产生第二磁场。信号处理单元用于采集由磁性浮球24产生的第一磁场和波导丝23产生的第二磁场相交时产生的回波信号。
传感装置的输出端与主控单元的输入端连接。传感装置可以包括气相压力传感器和液相压力传感器，以用于检测罐式集装箱100内的气相压力和液相压力。
多功能传感装置20的主控单元可通过计算激励信号与回波信号的时间差来计算罐式集装箱100内的液体的液位。在已知液位后，进一步根据传感装置检测到的罐式集装箱100内的气相压力和液相压力得出罐式集装箱100内液体的密度。
下面具体说明本发明的多功能传感装置20检测罐式集装箱100内液体的液位和密度的原理与方法。
首先，检测罐式集装箱100内液体的液位的原理如下：
磁性浮球24自身产生第一磁场，即永久磁场。主控单元通过自己的IO口周期性发送激励信号，即电流脉冲，激励信号沿波导丝23方向流动，生成第二磁场，即旋转磁场。当第二磁场(旋转磁场)遇到磁性浮球24的第一磁场(永久磁场)时，产生磁致伸缩效应，使波导丝23发生机械扭动。当波导丝23的机械扭动传递到主控单元时，主控单元中的感应电路将这个机械的扭动转换成相应的毫伏级感应电压脉冲，然后信号处理单元中的放大电路将这个毫伏级感应电压脉冲放大，经过滤波电路滤波后生成能够被主控单元辨认的数字矩形脉冲，即回波信号。主控单元内的数据处理单元用于计算激励信号和回波信号的时间差，进而确定罐式集装箱100内液体的液位。其中，主控单元的数据处理单元中，用于计算罐式集装箱100内液体的液位计算公式为：
h＝L-Δt×V…(1)
在公式(1)中，L为探测杆21的长度，Δt为激励信号与回波信号的时间差，V为回波信号的传播速度。
其次，主控单元的数据处理单元中，检测罐式集装箱100内液体的密度的公式为：
ρ＝P/(g×h)…(2)
在公式(2)中，P为传感装置检测的罐式集装箱内液体的气相压力与液相压力的差值，g为重力加速度，h为罐式集装箱内液体的液位，即公式(1)中得出的h。
优选地，在罐式集装箱100的开口处设置定位件101。在探测杆21上设置定位盘25，定位盘25与定位件101连接，以使多功能传感装置20插入罐式集装箱100的开孔定位。在本实施方式中，定位件101和定位盘25均构造为法兰盘，定位件101和定位盘25通过螺栓连接。
进一步优选地，传感装置中的气相压力传感器32可以设置于定位盘25上，传感装置中的液相压力传感器31可以设置在探测杆21的底部。为了使检测值更加准确，液相压力传感器31和气相压力传感器32的测量精度可以达到1‰。
为了检测罐式集装箱100内的温度情况，传感装置还可以包括温度传感器33。可以在探测杆21的顶端和底端均设置温度传感器33，用于检测罐式集装箱100内气体的温度和液体的温度。在本实施方式中，温度传感器33为铂热电阻温度传感器。
为了让使用者清楚地知道罐式集装箱100内的各参数监测状况，优选地，控制装置22还可以包括显示单元。主控单元的输出端与显示单元的输入端连接，显示单元用于显示罐式集装箱100内液体的液位、密度和罐式集装箱100中的气相压力、液相压力、气体温度和液体温度。
根据本发明的多功能传感装置20，探测杆21内置有波导丝23，探测杆21外套设有磁性浮球24，磁性浮球24随罐式集装箱100内的液体的液位的变化沿探测杆21上下可移动，磁性浮球24产生第一磁场；主控单元与波导丝23连接，以将激励信号传递至波导丝23，波导丝23被激励以产生第二磁场；信号处理单元采集由第一磁场和第二磁场相交产生的回波信号；传感装置用于检测罐式集装箱100内的气相压力和液相压力。主控单元根据激励信号与回波信号的时间差计算液位，并根据传感装置的检测值计算液体的密度。本发明实现了对罐式集装箱100内的液体的密度的测量，进一步实现了对罐式集装箱100内液体的压力、液位、密度的同时监测，且本发明安装方便，测量精度较高，又节约成本。
除非另有定义，本文中所使用的技术和科学术语与本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中使用的术语只是为了描述具体的实施目的，不是旨在限制本发明。本文中出现的诸如“部”、“件”等术语既可以表示单个的零件，也可以表示多个零件的组合。本文中出现的诸如“安装”、“设置”等术语既可以表示一个部件直接附接至另一个部件，也可以表示一个部件通过中间件附接至另一个部件。本文中在一个实施方式中描述的特征可以单独地或与其他特征结合地应用于另一个实施方式，除非该特征在该另一个实施方式中不适用或是另有说明。
本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。
Claims (9)
1.一种用于罐式集装箱的多功能传感装置，其特征在于，包括：
探测杆，所述探测杆内置有波导丝，所述探测杆外套设有磁性浮球，所述磁性浮球随所述罐式集装箱内的液体的液位的变化沿所述探测杆上下可移动，所述磁性浮球产生第一磁场；
控制装置，所述控制装置与所述探测杆连接，所述控制装置包括主控单元和与所述主控单元连接的信号处理单元，所述主控单元与所述波导丝连接，以将激励信号传递至所述波导丝，所述波导丝被激励以产生第二磁场，所述信号处理单元采集由所述第一磁场和所述第二磁场相交产生的回波信号；以及
传感装置，所述传感装置用于检测所述罐式集装箱内的气相压力和液相压力，
其中，所述主控单元根据所述激励信号与所述回波信号的时间差计算所述液位，并根据所述传感装置的检测值计算所述液体的密度。
2.根据权利要求1所述的多功能传感装置，其特征在于，所述探测杆上设置有定位盘，所述定位盘用于与罐式集装箱开孔处的定位件连接，以使所述多功能传感装置插入所述罐式集装箱的开孔定位。
3.根据权利要求2所述的多功能传感装置，其特征在于，所述定位盘和所述定位件均为法兰盘，所述定位盘与所述定位件通过螺栓连接。
4.根据权利要求2所述的多功能传感装置，其特征在于，所述传感装置包括：
液相压力传感器，所述液相压力传感器设置于所述探测杆的底部，用于检测所述液体的压力；
气相压力传感器，所述气相压力传感器设置于所述定位盘，用于检测所述液体上方的气体的压力。
5.根据权利要求4所述的多功能传感装置，其特征在于，所述传感装置还包括温度传感器，所述温度传感器设置于所述探测杆的顶端和底端，用于检测所述气体的温度和所述液体的温度。
6.根据权利要求5所述的多功能传感装置，其特征在于，所述温度传感器为铂热电阻温度传感器。
7.根据权利要求4所述的多功能传感装置，其特征在于，所述液相压力传感器和所述气相压力传感器的测量精度为1‰。
8.根据权利要求1所述的多功能传感装置，其特征在于，所述信号处理单元包括依次连接的信号滤波放大电路和A/D采样转换电路。
9.根据权利要求1所述的多功能传感装置，其特征在于，所述控制装置还包括显示单元，所述主控单元的输出端与所述显示单元的输入端连接，所述显示单元用于显示所述液体的液位、所述液体的密度和所述传感装置的检测值。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| CB02 | Change of applicant information | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 226003 No. 159, city road, Nantong, Jiangsu Applicant after: Zhongji an Ruihuan Technology Co.,Ltd. Applicant after: XI'AN DUOPUDUO INFORMATION TECHNOLOGY Co.,Ltd. Applicant after: China International Marine Containers (Group) Co.,Ltd. Applicant after: CIMC ENRIC INVESTMENT HOLDINGS (SHENZHEN) Co.,Ltd. Address before: 226003 No. 159, city road, Nantong, Jiangsu Applicant before: NANTONG CIMC TANK EQUIPMENT Co.,Ltd. Applicant before: XI'AN DUOPUDUO INFORMATION TECHNOLOGY Co.,Ltd. Applicant before: China International Marine Containers (Group) Co.,Ltd. Applicant before: CIMC ENRIC INVESTMENT HOLDINGS (SHENZHEN) Co.,Ltd. |
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| TA01 | Transfer of patent application right | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20210506 Address after: No. 159, Chenggang Road, Nantong City, Jiangsu Province, 226000 Applicant after: Zhongji an Ruihuan Technology Co.,Ltd. Applicant after: XI'AN DUOPUDUO INFORMATION TECHNOLOGY Co.,Ltd. Address before: 226003 No. 159, city road, Nantong, Jiangsu Applicant before: Zhongji an Ruihuan Technology Co.,Ltd. Applicant before: XI'AN DUOPUDUO INFORMATION TECHNOLOGY Co.,Ltd. Applicant before: China International Marine Containers (Group) Co.,Ltd. Applicant before: CIMC ENRIC INVESTMENT HOLDINGS (SHENZHEN) Co.,Ltd. |
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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