技术领域
[0001] 本申请属于颗粒的物理性质检测技术领域，尤其涉及一种休止角测量装置及方法。
相关背景技术
[0002] 沙子、碎石、雪颗粒、砂石混合颗粒等颗粒状物体，在风的搬运下会产生二次堆积，这种二次堆积的情况会导致交通线路、建筑物周围的流场发生变化，从而会对交通线路或者建筑物产生一定的影响。另外，颗粒状物体在第一次堆放时需提前获知其休止角等物理特性，以保证对其堆放情况有较为准确的预估和评判。
[0003] 目前，颗粒的休止角测量装置还存在由人工操作或人眼读数带来的测量误差，因此，测得的休止角还不够准确，且测试效率低。
具体实施方式
[0029] 以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。
[0030] 应当理解，当在本申请说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
[0031] 如在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。
[0032] 另外，在本申请说明书和所附权利要求书的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0033] 在本申请说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本申请的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。
[0034] 以下结合说明书附图对本申请实施例中的休止角测量装置进行详细说明。
[0035] 参见图1，本申请实施例中的休止角测量装置100可以包括第一漏斗110、水平的圆形平板120、第二漏斗130、测距机构140和控制器150。图中，虚线表示通讯连接。
[0036] 其中，第一漏斗110下端的出口处设有第一流量计111；在对待测颗粒的休止角进行测量的过程中，第一漏斗110位于圆形平板120的上方，且其下端的出口对准圆形平板120的中心，待测颗粒从第一漏斗110流向圆形平板120。
[0037] 第二漏斗130位于圆形平板120的下方，且其口径大于圆形平板120的直径，第二漏斗130下端的出口处设有第二流量计131。
[0038] 控制器150分别与第一流量计111、第二流量计131和测距机构140通讯连接。控制器150，用于当检测到第一流量计111的流量值与第二流量计131的流量值相同时，通过测距机构140获取圆形平板120上的待测颗粒的堆积高度；基于堆积高度和圆形平板120的半径，确定待测颗粒的休止角。
[0039] 在本申请实施例中，控制器150具体可以用于：根据堆积高度和圆形平板120的半径的比值，确定待测颗粒的休止角的正切值；根据正切值，计算待测颗粒的休止角。
[0040] 上述实施例中，第一漏斗110和第二漏斗130可以是如图1所示的圆柱形漏斗，也可以是锥形的普通漏斗，或者是其他类型的敞口漏斗。圆形平板120是用来堆积待测颗粒的平台，当待测颗粒在圆形平板120上堆积到形成休止角的状态时，待测颗粒在圆形平板120上形成圆锥体，该圆锥体的底面半径即圆形平板120的底面半径。上述控制器150可以接收第一流量计111、第二流量计131和测距机构140发送的数据信息。在一些实施例中，控制器150与第一流量计111之间的通讯连接可以为有线通讯连接；在另一些实施例中，控制器150与第一流量计111之间的通讯连接可以为无线通讯连接。同样的，控制器150与第二流量计131或测距机构140之间的通讯连接也可以为有线通讯连接或无限通讯连接。
[0041] 可以理解，上述实施例中的休止角测量装置100还可以包括支架160。第一漏斗110、圆形平板120和第二漏斗130由上到下固定在支架160上，即支架160可以起到固定支撑的作用。
[0042] 在使用上述实施例提供的休止角测量装置100对待测颗粒进行测量时，待测颗粒从第一漏斗110流向圆形平板120，待测颗粒可以预存在第一漏斗110中，也可以为通过传送装置传送至第一漏斗110中。当待测颗粒在圆形平板120上堆积成圆锥体形成休止角时，自第一漏斗110流出的待测颗粒不再在圆形平板120停留，即待测颗粒经过圆锥体的斜面流入第二漏斗。因此，在检测到第一漏斗出口的流量和第二漏斗出口的流量相同时，对当前的堆积高度进行测量，最后根据预先已知的圆形平板的半径和测得的堆积高度，计算待测颗粒的休止角。
[0043] 接下来，结合图2至图7，介绍几种本申请实施例提供的基于上述实施例的改进该方案。
[0044] 参见图2和图3，在一些实施中，休止角测量装置100还可以包括测试平台210，测试平台210与水平面平行。
[0045] 如图3所示，测试平台210可以包括第一通孔211，第一通孔211的直径大于圆形平板120的直径，且小于第二漏斗130的口径。圆形平板120位于第一通孔211中，圆形平板120通过水平支撑结构220与测试平台210固定连接。
[0046] 可选的，水平支撑结构220包括多个三棱柱221，各个三棱柱221的一个侧面与圆形平板120的底面在同一平面，另两个侧面相交的棱与圆形平板120的顶面在同一平面。三棱柱221的一端与圆形平板120固定连接，另一端与测试平台210固定连接。参见图3，三棱柱221的数量为四个。在另一些实施例中，三棱柱221的数量还可以为两个。上述三棱柱221的设置方式和结构特点，可以保证当圆形平板120上堆满待测颗粒后，后续从第一漏斗110流下的待测颗粒全部都能快速顺利地流入第二漏斗130中，且不影响圆形平板120上待测颗粒的堆积状态，从而减少测量过程中由仪器设备带来的测量误差。为了保证待测颗粒不在水平支撑结构220上停留，可以使三棱柱221的两个侧面（俯视图可以看到的两个侧面）的坡度尽可能的大，即另一个侧面（与圆形平板120的底面在同一平面的侧面）的宽度尽可能小。
[0047] 上述实施例中，测试平台210和圆形平板120的厚度均大于预设厚度。测试平台210的厚度和圆形平板120的厚度可以相同，或者，测试平台210的厚度可以大于圆形平板120的厚度。在一种可能实现的实施方式中，上述水平支撑结构220和圆形平板120可以是通过对平板形的完整的测试平台210进行铣削制成的。
[0048] 可以理解，第一通孔211、水平支撑结构220和圆形平板120的组合结构，可以使圆形平板120在水平方向固定不动，同时还能保证当待测颗粒堆积成圆锥体后，多余的待测颗粒全部能够快速地流入第二漏斗130中，使得第二流量计131的流量值能够尽快和第一流量计111的流量值达到相同。
[0049] 参见图4和图5，在一些实施例中，休止角测量装置100中的测距机构140可以包括移动机构410、激光器420、激光接受杆430和激光位移传感器440。
[0050] 其中，移动机构410竖直设于测试平台210的第一位置212，且沿竖直方向上下移动。激光器420水平固定在移动机构410上，激光位移传感器440竖直向下固定在移动机构410上。移动机构410带动激光器420和激光位移传感器440沿竖直方向上下移动。移动机构
410与控制器150通讯连接。
[0051] 可选的，移动机构410包括驱动机构411和移动杆412，移动杆412通过驱动机构411与测试平台210移动连接，激光器420和激光位移传感器440均与移动杆412固定连接。控制器150，具体用于控制驱动机构411驱动移动杆412移动，以使激光器420和激光位移传感器440竖直向上移动。
[0052] 激光器420的发射口朝向激光接受杆430，且发射水平方向的激光；激光器420在其初始位置时，激光器420的底面与测试平台210的顶面互相接触。
[0053] 激光位移传感器440的激光发射口及接收口所在平面为激光器的底面所在的平面，通过测试平台210反射的激光测量激光器420的位移。
[0054] 激光接受杆430竖直设于测试平台210的第二位置213，激光接受杆430的底部与测试平台210固定连接。其中，第二位置213和第一位置212之间的连线经过圆形平板120的中心。激光接受杆430用于感应激光器420发射的激光。激光接受杆430与控制器150通讯连接。
[0055] 相应的，控制器150具体用于，当检测到第一流量计111的流量值与第二流量计131的流量值相同时，控制移动机构410带动激光器420自其初始位置向上移动；当检测到激光接受杆430接收到激光器420发射的激光时，基于激光位移传感器440测得的位移，确定堆积高度。
[0056] 上述实施例中，当第一流量计111的流量值和第二流量计131的流量值相同时，即圆形平板120上的待测颗粒形成圆锥体，此时可以测量待测颗粒的休止角。该圆锥体的半径为圆形平板120的半径，该圆锥体的高可以通过上述测距机构140来测量。激光器420和激光接受杆430互相配合，激光器420从测试平台210开始上升，此时激光器420发射的激光被圆锥体挡住，激光接受杆430无法接收到激光，当激光器420发射的激光刚刚穿过圆锥体的顶点时，激光接受杆430接收到激光，此时，控制器150立即控制移动机构410停止移动，通过激光位移传感器440，利用测试平台210反射的激光来测量激光器420距离测试平台210的距离，得到待测颗粒的堆积高度。
[0057] 为了使休止角的计算结果更加准确，还可以提前在控制器中存入堆积高度的修正偏差，则实际的堆积高度为激光位移传感器440测得的位移与修正偏差之和。示例性的，修正偏差可以为激光器420的激光发射口的中心与激光器420的底面之间的距离。修正偏差还可以为利用多种位移测试方式测出的位移数据求平均后，与上述图4中所示的测距机构140测出的位移的差值。本领域技术人员可以在实际测量过程中，选择合适的修正方法，以进一步提高堆积高度的准确性。
[0058] 在另一些实施例中，上述激光器420和激光接受杆430还可以由红外线发射管和红外接收装置替代。测距原理类比上述实施例，此处不再赘述。
[0059] 在另一些实施例中，测距机构140的另一种实现方式为：测距机构140包括悬挂装置和激光位移传感器。其中，激光位移传感器通过悬挂装置竖直向下悬挂在圆形平板120的正上方，该激光位移传感器发射的激光对准圆形平板120的中心，且其激光发射口及接收口所在的平面到测试平台210的距离为预设高度。当检测到第一流量计111的流量值和第二流量计131的流量值相同时，控制器150控制第一漏斗110移动至空闲位置，第一漏斗110在空闲位置时，第一漏斗110在圆形平板120上的投影不包括圆形平板120的中心。之后，控制器150控制激光位移传感器测量圆锥体的顶点和激光位移传感器之间的距离，然后根据预设高度和该距离的差确定堆积高度。
[0060] 参见图6和图7，在一些实施例中，休止角测量装置100还可以包括第一旋转机构610、除料板620、第二旋转机构630和清扫板640。
[0061] 除料板620通过第一旋转机构610与测试平台210连接，且以第一旋转机构610为旋转中心，在水平方向上按顺时针或逆时针旋转。除料板620的旋转范围覆盖圆形平板120，且除料板620的底部与圆形平板120之间的距离大于预设距离。
[0062] 清扫板640通过第二旋转机构630与测试平台210连接，且以第二旋转机构630为旋转中心，在水平方向上按顺时针或逆时针旋转。清扫板640的旋转范围覆盖圆形平板120，且清扫板640的底部与圆形平板120的顶面互相接触。
[0063] 第一旋转机构610与控制器150通讯连接，第二旋转机构630与控制器150通讯连接。
[0064] 相应的，控制器150，还用于在确定待测颗粒的休止角之后，控制第一旋转机构610带动除料板620旋转，以清除圆形平板120上剩余的待测颗粒。之后，控制第二旋转机构630带动清扫板640旋转，以清除圆形平板120上剩余的细小颗粒，细小颗粒可以是指直径小于预设距离的颗粒。
[0065] 上述实施例中，除料板620的刚度通常大于清扫板640的底部材质的刚度。除料板620可以为金属板或硬质塑料板等，主要用于清理较大的剩余颗粒。清扫板640的底部可以为硅胶条、橡胶条、刷毛等软质材料。例如，清扫板640的底部为刷毛，当其被第二旋转机构
630带动旋转时，刷毛与测试平台210的表面紧密接触，可以将细小颗粒、灰尘等扫落至第二漏斗130中，从而使圆形平板120表面无灰尘和颗粒，以便下次直接测量。
[0066] 参见图6，在一些实施例中，休止角测量装置100还可以包括废料仓650。
[0067] 废料仓650位于第二漏斗130的出口的下方，用于接收从第二漏斗130的出口流出的待测颗粒。该废料仓650可以对测量过程中流至第二漏斗130的待测颗粒进行回收，同时还能回收测量结束后从圆形平板120上清扫下来的颗粒。当一种待测颗粒测量完成后，可以将废料仓650中的颗粒进行过筛等处理，之后保存备用。从而避免试验材料的浪费。
[0068] 参见图6，在一些实施例中，休止角测量装置100还可以包括第三漏斗660。测试平台210还可以包括第二通孔214，第二通孔214的直径大于或等于第一漏斗110下端的出口的直径；第一漏斗110还可以包括放料开关112。
[0069] 如图6所示，第三漏斗660位于第二通孔214的下方，且位于废料仓650的上方。
[0070] 第一漏斗110在其初始位置时，其下端的出口与第二通孔214对应。
[0071] 相应的，控制器150，还用于在检测到第一流量计111的流量值与第二流量计131的流量值相同之后，控制放料开关112关闭，并控制第一漏斗110移至其初始位置；控制放料开关112开启，直至检测到第一流量计111的流量值为零，以使第一漏斗110中剩余的待测颗粒通过第二通孔214和第三漏斗660流入废料仓650。
[0072] 上述实施例中，第一漏斗110设有放料开关112，则在开始测量之前，可以先关闭放料开关112，并将足量的待测颗粒放入第一漏斗110中，当开始测量时，控制器150控制放料开关112开启。当检测到第一流量计111的流量值与第二流量计131的流量值相同时，控制放料开关112关闭。之后，可以通过控制器150将第一漏斗110移动至初始位置，此时若第一漏斗110中还有剩余的待测颗粒，则控制器150控制放料开关112开启后，第一漏斗110中的剩余颗粒可以经过第二通孔214流至第三漏斗660中，最后被废料仓650回收。
[0073] 参见图6，在一些实施例中，休止角测量装置100还可以包括旋臂670，旋臂包括横杆671和第三旋转机构672；其中，横杆671的一端与第三旋转机构672连接，另一端与第一漏斗110固定连接。第三旋转机构672与控制器150通讯连接。
[0074] 相应的，控制器150，还用于控制第三旋转机构672带动横杆671旋转预设角度α，以使第一漏斗110下端的出口对准圆形平板120的中心。
[0075] 控制器150，还用于当检测到第一流量计111的流量值与第二流量计131的流量值相同时，控制放料开关112关闭，控制第三旋转机构672带动横杆671旋转预设角度α，以使第一漏斗110移至其初始位置，第一漏斗110下端的出口对准第二通孔214的中心。
[0076] 本申请实施例提供的休止角测量装置100，通过第一流量计111和第二流量计131的流量值的大小，来确定待测颗粒是否在圆形平板120上堆积形成休止角；通过测距机构140实现堆积高度的无接触测量；通过多个三棱柱221将圆形平板120支撑起来，且能够保证流下来的待测颗粒快速流到第二漏斗130；通过除料板620和清扫板640对完成测试的圆形平板120进行清洁；通过废料仓650对剩余的待测颗粒进行回收，避免浪费。本申请实施例提供的休止角测量装置100能够实现颗粒休止角的全自动无接触测量，避免了人工参与测量时的干扰因素，能够有效提高休止角的测量精度和测量效率。
[0077] 利用上述休止角测量装置100对多种颗粒进行休止角测量，测量的结果如表1所示。
[0078] 表1 休止角测量结果
[0079] 如表1所示，化肥的休止角测量结果为18度；盐的休止角测量结果为25度；玉米的休止角测量结果为35度；砂岩的休止角测量结果为38度；细沙的休止角测量结果为28度。
[0080] 以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。
