Техническое решение относится к области исследования и анализа показателей материалов, в частности, твердых, сыпучих, грунтовых материалов, и может применяться, в частности, в области строительства, сельского хозяйства, горнодобывающей промышленности, производства удобрений, логистики, экологии и т.д.

Из уровня техники известна система измерения показателей бетона, включающая датчики, крепящиеся к арматурной сетке до заливки бетона на глубину до одного метра, регистрирующие показатели бетона и передающие их по беспроводной связи на шлюзовое устройство, размещаемое вне тела бетона. Шлюзовое устройство, в свою очередь, передает полученные данные на сервер. Международная заявка № 2020210861, МИК: G01N33/38; G06Q50/08; G08C17/02; G16Y20/10, опубликована 22.10.2020.

Известно техническое решение, выбранное в качестве ближайшего аналога, представляющее собой систему для исследования показателей бетона, включающее устройство с датчиками измерения температуры, влажности, показателя кислотности, погружаемое на глубину до двух с половиной метров, и соединенное с ним устройство, передающие данные, зарегистрированные погружным датчиком на мобильное устройство для дальнейшего анализа показателей. Патент США № 10386210, МИК Е04В1/16; G01D11/00; G01J1/42; G01K1/00; G01K17/00; G01K7/00; G01N33/38; G08C17/02 опубликован 20.08.2019.

Отличительными признаками заявляемого решения являются, в частности, наличие двух устройств с индивидуальными датчиками для измерения показателей исследуемого материала в двух разных точках, разнесенных друг от друга в среде материала; выполнение выносного (погружаемого) устройства с герметичным корпусом, в котором размещена электронная плата с датчиком, при этом толщина корпуса составляет 0,5-20 мм.

Задачей заявленного технического решения является создание системы, позволяющей точно и эффективно определять показатели, по меньшей мере, в двух точках исследуемого материала.

Технический результат заявляемого технического решения проявляется в повышении точности измерения и передачи данных; в повышении частоты и безопасности передачи данных, в повышении надежности устройств для измерения показателей в условиях эксплуатации; в повышении технологичности системы определения показателей материалов; в повышении репрезентативности данных, повышении уровня контроля технологических процессов исследуемых материалов, повышении длительности мониторинга показателей среды исследуемых материалов.

Заявленное техническое решение обеспечивает сбор, анализ и оценку допустимых режимов температуры и влажности в контролируемой среде, в том числе возможность оценки набора прочности бетона.

Технический результат достигается тем, что система определения показателей материалов включает устройство для измерения и передачи показателей исследуемого материала, содержащее электронную плату, размещенный на ней, по меньшей мере, один датчик измерения показателей исследуемой среды, приемо-передатчик и источник питания, помещенные в корпус, и соединенное с ним посредством кабеля выносное устройство для измерения показателей в толще исследуемого материала, содержащее электронную плату с размещенным на ней, по меньшей мере, одним датчиком измерения показателей исследуемой среды, устройство для измерения и передачи показателей исследуемого материала выполнено с возможностью получения сигналов от выносного устройства для измерения показателей в толще исследуемого материала и беспроводной передачи сигналов, полученных со всех датчиков на цифровое устройство и/или облачный сервер, при это выносное устройство для измерения показателей в толще исследуемого материала включает герметичный корпус, в котором размещена электронная плата с датчиком, при этом толщина корпуса составляет 0,5-20 мм.

Выносное устройство для измерения показателей в толще исследуемого материала, содержащее электронную плату с размещенным на ней, по меньшей мере, одним датчиком измерения показателей исследуемой среды, необходимо для определения показателей материала на его глубине 0,3-20 м. За счет того, что выносное устройство включает герметичный корпус, который выполнен из, как минимум, двух частей, в котором размещена электронная плата с датчиком, при этом толщина корпуса составляет 0,5-20 мм, выносное устройство исключает попадание частиц исследуемого материала во внутреннее пространство его корпуса, способно выдерживать нагрузки, оказываемые на выносное устройство на любой глубине, без потери качества и точности измерения и передачи показателей. Заявленная толщина была определена экспериментальным путем как оптимальная для эффективного выполнения своих функций при сохранении надежности выносного устройства. При толщине корпуса менее 0,5 мм, выносное устройство не способно в течение длительного времени сохранять свою целостность в условиях эксплуатации, что приводит к нарушению или прекращению работы датчика, в зависимости от плотности и вида исследуемого материала. Толщина корпуса более 20 мм препятствует возможности корректной регистрации показателей датчиком, в некоторых случаях, приводит к полной потере чувствительности выносного устройства.

Устройство для измерения и передачи показателей исследуемого материала, содержащее электронную плату, размещенный на ней, по меньшей мере, один датчик измерения показателей исследуемой среды, приемо-передатчик, источник питания, помещенные в корпус, необходим для определения параметров на поверхности материала или вблизи его поверхности. За счет того, что устройство для измерения и передачи показателей исследуемого материала и выносное устройство для измерения показателей в толще исследуемого материала соединены друг с другом кабелем, устройство для измерения и передачи показателей исследуемого материала способно определять также показатели в другой точке материала, в частности, в более глубокой или отдаленной на определенное расстояние. При этом, передача сигнала сквозь исследуемый материал осуществляется быстро, и с максимальной точностью. Описанная конструкция характеризуется только одним приемо-передающим устройством, способным определять точные значения как в своей точке, собственным датчиком, так и удаленной, датчиком выносного устройства, и их передачи на цифровое устройство и/или на сервер для дальнейшего анализа, что определяет технологичность системы определения показателей материала, исключает возможные помехи в ее работе. Такое исполнение характеризуется максимальной точностью регистрации всех показателей, при этом, позволяет проанализировать исследуемую среду, как минимум, в двух ее удаленных точках. Данная возможность является преимуществом в составлении полного анализа точных параметров материала, с учетом его неоднородности состояния по толщине и/или длине.

Предпочтительно, устройство для измерения и передачи показателей исследуемого материала также включает герметичный корпус, в котором размещена электронная плата с датчиком, при этом толщина корпуса составляет 0,5-20 мм. Такая конструкция позволит погружать устройство на небольшую глубину (до 0, 15 м), не ограничивающую возможность беспроводной передачи сигналов на цифровое устройство и/или на сервер.

Предпочтительно, длина кабеля для соединения устройства для измерения и передачи показателей исследуемого материала с выносным устройством для измерения показателей в толще исследуемого материала составляет 0,3-20 м. Такая длина позволяет помещать выносное устройство на максимальную глубину или в максимальном отдалении от устройства для измерения и передачи показателей исследуемого материала без потери качества сигнала и обмена информацией. Предпочтительно, корпус выносного устройства для измерения показателей в толще исследуемого материала включает, по меньшей мере одно ребро жесткости, что также повышает его надежность в условиях эксплуатации. Под действием внешних сил, например, нагрузки от веса бетона, сыпучих материалов и т.д., такой корпус, не подвержен разрушениям в течении длительного времени. Более предпочтительно выполнение корпуса выносного устройства в форме многогранника, характеризующегося максимальной жесткостью и устойчивостью, обеспечивающей безотказную работу датчика.

Предпочтительно, датчик измерения показателей исследуемой среды представляет собой датчик измерения влажности и/или температуры, сигналы с которых позволяют произвести анализ большого количества параметров и состояний материалов, в частности, динамику набора прочности, динамику изменения температуры и влажности, динамику потери устойчивости к сопротивлению, к несущей способности, к пожаро- морозоустойчивости, к влагозащищенности, динамику изменения качественных показателей материалов и сред.

Предпочтительно, устройство для измерения и передачи показателей исследуемого материала включает внутреннюю память для записи данных, измеренных датчиками, что обеспечивает дальнейшую передачу данных на цифровое устройство и/или сервер не только в режиме реального времени, но с определенной периодичностью по времени с фиксацией точного времени приема/получения данных.

Система определения показателей материалов может включать хаб для сбора данных с устройства для измерения показателей исследуемого материала и передачи их на сервер посредством беспроводной связи (LTE, LoRa и др.). Включение в систему хаба позволяет производить удаленный мониторинг измеряемых параметров в режиме реального времени.

За счет того, что устройство для измерения и передачи показателей исследуемого материала и выносное устройство для измерения показателей в толще исследуемого материала включают проводники, замыкающиеся в цепь для активации устройств, процедура активации устройства для измерения и передачи показателей исследуемого материала состоит в однократном непродолжительном замыкании двух проводников, размещенных на корпусе устройства. Выбранная процедура позволяет исключить самопроизвольную активацию устройства в процессе транспортировки и хранения, не требует специального оборудования, проста и удобна при работе с устройством в средствах индивидуальной защиты. Заявляемое техническое решение далее поясняется с помощью фигур, на которых условно представлен один из возможных вариантов исполнения системы определения показателей материалов.

На фиг. 1 схематично представлена конструкция устройства для измерения и передачи показателей исследуемого материала.

На фиг. 2 схематично представлена конструкция выносного устройства для измерения показателей в толще исследуемого материала.

На фиг. 3 схематично представлена функциональная блок-схема системы определения показателей материалов.

На фиг. 1-3 обозначены следующие элементы:

- устройство (1) для измерения и передачи показателей исследуемого материала;

- выносное устройство (2) для измерения показателей в толще исследуемого материала;

- корпус (3) устройства (1) для измерения и передачи показателей исследуемого материала;

- датчик (4) устройства (1) для измерения и передачи показателей исследуемого материала;

- электронная плата (5) устройства (1) для измерения показателей исследуемого материала, залитая компаундом (8);

- индикатор (6) состояния;

- источник питания (7);

- наклейка (9) с машиночитаемой идентификационной меткой;

- корпус (10) выносного устройства (2) для измерения показателей в толще исследуемого материала;

- электронная плата (11) выносного устройства (2) для измерения показателей в толще исследуемого материала, залитая компаундом (13);

- датчик (12) выносного устройства (2) для измерения показателей в толще исследуемого материала;

- цифровое устройство (14);

- сервер (15) - кабель (16).

Далее со ссылками на фигуры описана структура системы определения показателей материалов.

Система определения показателей материалов включает устройство (1) для измерения и передачи показателей исследуемого материала и связанное с ним выносное устройство (2) для измерения показателей в толще исследуемого материала.

Устройство (1) для измерения и передачи показателей исследуемого материала содержит электронную плату (5), залитую компаундом (8), размещенный на ней, по меньшей мере, один датчик (4) измерения показателей исследуемой среды, приемопередатчик, источник (7) питания, помещенные в корпус (3). Устройство (1) может включать индикатор (6) состояния, в частности, звуковой и/или световой. Предпочтительно, устройство (1) для измерения и передачи показателей исследуемого материала включает машиночитаемую идентификационную метку (9), в частности, выполненную в виде QR- кода. Предпочтительно, устройство для измерения и передачи показателей исследуемого материала и выносное устройство для измерения показателей в толще исследуемого материала включают проводники, замыкающиеся в цепь для активации устройств.

Выносное устройство (2) для измерения показателей в толще исследуемого материала содержит электронную плату (11), залитую компаундом (13), с размещенным на ней, по меньшей мере, одним датчиком (12) измерения показателей исследуемой среды, размещенные в герметичном корпусе (10), предпочтительно, пылевлагозащищенным. Корпус (10) выполнен толщиной 0,5-20 мм, при этом стенки корпуса (10) предпочтительно, выполнены из полимерных материалов. Предпочтительно, корпус (10) включает, по меньшей мере, одно ребро жесткости. В наиболее предпочтительном варианте, корпус (10) выполнен в форме многогранника.

Устройство (1) для измерения и передачи показателей исследуемого материала выполнено с возможностью получения сигналов от выносного устройства (2) для измерения показателей в толще исследуемого материала посредством соединенного с ним кабеля (16), предпочтительно, длиной 0,3-20 м. Устройство (1) также выполнено с возможностью беспроводной передачи данных, например, по интерфейсу связи BLE или LoRa, полученных со всех датчиков (4) и (12) на цифровое устройство (14) и/или облачный сервер (15). В качестве цифрового устройства (14) могут быть использованы, мобильный телефон, планшет, хаб и другие цифровые устройства. Предпочтительно, устройство (1) включает внутреннюю память для записи данных, измеренных датчиками (4) и (12). Датчики (4) и/или (12) измерения показателей исследуемой среды могут быть представлять собой датчик измерения влажности и/или датчик измерения температуры.

Корпус (3) устройства (1) для измерения показателей исследуемого материала, предпочтительно, также выполнен герметичным, из полимерных материалов, толщиной 0,5-20 мм.

В предпочтительном варианте, система определения показателей материалов выполнена с возможностью организации измерения и/или передачи сигналов с датчиков (4) и (12) на цифровое устройство (14) и/или облачный сервер (15) в режиме реального времени или с определенной периодичностью по времени.

Программная часть системы определения показателей материалов, предпочтительно, включает мобильное приложение для отображения и анализа измеренных датчиками данных, переданных посредством беспроводной связи, сервер для хранения и обработки данных, платформу аналитики данных для оказания сервиса, отображения и аналитики собранных данных.

Вариант использования заявленной системы на примере исследования показателей бетона представлен далее.

Осуществляется активация устройства (1) для измерения и передачи показателей исследуемого материала путем замыкания двух электрических контактов (соединения проводников), расположенных на корпусе (3) устройства (1), а также сканирования QR- кода с наклейки (9) с помощью мобильного приложения.

Устройство (1) для измерения и передачи показателей исследуемого материала устанавливают на поверхности бетона или на глубине до 0,15 м. Выносное устройство материала погружают в бетон на глубину до 20 м. Таким образом, устройства (1) и (2) могут быть установлены друг относительно друга по условной вертикальной линии, при этом выносное устройство (2) будет размещено в большей глубине, или по условной горизонтальной линии, при этом, устройство (1) и выносное устройство (2) будут размещены на относительно одной глубине, с удалением друг от друга по длине до 20 м.

Датчики (4) и (12) обоих устройств (1) и (2) измеряют показатели температуры и/или относительной влажности в соответствующих точках бетона, предпочтительно, с интервалом в 15 минут. При этом, данные, измеренные выносным устройством (2), передаются, посредством кабеля (16), в устройство (1) и записываются во внутреннюю память. А устройство (1), в свою очередь, данные, зарегистрированные своим датчиком (4), также записанные в память, и датчиком (12) выносного устройства (2) передает на цифровое устройство (14) и/или на сервер (15) по беспроводному интерфейсу передачи данных передачи данных для последующего технологического контроля процесса набора прочности бетона.

Облачный сервер (15) сохраняет полученные данные в базу данных. По данным, которые получены от устройства (1) и выносного устройства (2), вычисляются прочностные показатели бетона по заранее заданным характеристикам бетонной смеси и также записываются в базу данных. По запросу к серверу (15), информация, сохраненная в базе данных, отображается на платформе аналитики данных и мобильном приложении. Сервер (15) может хранить в себе допустимые границы измеряемых показателей, при превышении которых пользователю на цифровое (мобильное) устройство приходит уведомление.

На примере исследования бетона, заявленная система позволяет проводить мониторинг измерений, анализировать динамику, фиксировать отклонения или прогресс того или иного технологического процесса, прогнозировать срок набора прочности бетона, формировать рекомендации исходя из полученных измерений.

Заявленная система позволяет осуществлять мониторинг измерений до 180 дней.

Заявленная система может также быть применена в исследовании хранения зерновых культур, сыпучих материалов, торфяных болот, горных и рудных пород, грунтовых слоев земли и т. д.

Представленные фигуры, описание структуры и использования не исчерпывают возможные варианты исполнения и не ограничивают каким-либо образом объем заявляемого технического решения. Возможны иные варианты исполнения и использования в объеме заявляемой формулы.