淺談大型糧倉內(nèi)溫度監(jiān)測技術(shù)的類型與應(yīng)用

長春理工大學(xué)光電信息學(xué)院 闞曉婷

長春理工大學(xué)光電信息學(xué)院 長春理工大學(xué)光電工程學(xué)院 劉智超長春理工大學(xué)光電信息學(xué)院 趙世萍

引言

糧食是人類賴以生存的重要資源，糧食的有效存儲一直是保證國家穩(wěn)定和發(fā)展的最基本的需求。能否有效地控制糧食長久儲存成為了大型糧倉功能完善的一個重要標(biāo)志。關(guān)系著人民生活的基本保障以及國家的穩(wěn)定發(fā)展。過去的科技水平低，糧倉環(huán)境惡劣，管理效能低，導(dǎo)致每年流失的糧食巨大。其中，最重要的原因是糧堆溫度升高導(dǎo)致的霉變，如果能夠?qū)崟r地對糧堆的溫度進(jìn)行檢測，當(dāng)溫度超過設(shè)計要求時及時進(jìn)行調(diào)整，則可以大大提高糧食的儲存能力。

據(jù)世界糧農(nóng)組織的全面調(diào)查可知，每年因儲存不當(dāng)、蟲食、變質(zhì)的糧食占世界總量的8.5%，其經(jīng)濟(jì)損失幾乎等于非洲饑荒的糧食需求量。而在我國，大型的糧倉很多，糧食儲存的問題也比較明顯。大型糧倉的溫度一般比較穩(wěn)定，但由于環(huán)境變換例如下雨、下雪等，都會對濕度、溫度產(chǎn)生影響。而糧食本身對溫度、濕度的變化比較敏感，濕度高容易造成水分增大而發(fā)芽，導(dǎo)致糧食不能食用。而溫度作為一個很重要的輔助因素，是發(fā)芽、霉變的重要誘因，對溫度的檢測及控制更便于對糧食儲存能力的提高。本文將介紹國內(nèi)外對大型糧倉的溫度檢測方法，以及溫度監(jiān)測的主要技術(shù)手段，并且展望大型糧倉溫度監(jiān)測的發(fā)展趨勢。

1 國內(nèi)外大型糧倉簡介

在國外，大型糧倉的設(shè)計常常考慮節(jié)能、低維修、運(yùn)營方便等要求。例如墨西哥具有六邊形的太陽能供能糧庫，改善糧食損失的問題，依據(jù)力學(xué)原理提高墻壁承載能力，大大降低了運(yùn)營費(fèi)用及維修成本。澳大利亞曾設(shè)計過臥式結(jié)構(gòu)的大型糧倉，采用立柱模式，表面采用鍍鋅鋼板，內(nèi)部是輕質(zhì)鋼材，單位面積內(nèi)儲糧達(dá)7噸多，幾乎是我國傳統(tǒng)糧倉的一倍。日本由于條件限制，其儲量設(shè)備非常受到重視，曾采用遠(yuǎn)紅外監(jiān)控系統(tǒng)，保證糧倉內(nèi)溫度恒定為25℃，同并提供低氣壓，從而保證室內(nèi)環(huán)境不適合糧食霉變、發(fā)芽等，該設(shè)備基于溫度實時監(jiān)測的思想，達(dá)到了自動化糧溫測試及通風(fēng)控制的能力。歐洲也有類似設(shè)計，其為大型糧倉提供制冷系統(tǒng)，冷卻裝置有效地降低了糧溫，保證糧食能夠長期存儲，其設(shè)計也是得力于一套溫度檢測設(shè)備，為制冷系統(tǒng)提供必要的溫度參數(shù)。

我國糧食的儲存主要是依靠通風(fēng)保存，這種通風(fēng)保存成本低，但受環(huán)境影響大，并且溫度數(shù)據(jù)的獲取非常原始，采用溫度計直接讀數(shù)，以點(diǎn)帶面，效率低，精度差，時間間隔取決于測量人員的間隔頻率。隨著現(xiàn)代傳感技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)一些大型糧倉也采用了多種多樣的溫度傳感器及監(jiān)控系統(tǒng)。1981年我國首次實現(xiàn)了糧倉內(nèi)測溫電纜的鋪設(shè)，為大范圍高精度實時溫度監(jiān)測奠定了基礎(chǔ)，系統(tǒng)采用測溫電纜將被測位置的糧溫信息傳送給計算機(jī)，然后再通過控制系統(tǒng)完成對溫度調(diào)節(jié)設(shè)備的控制。此后，國內(nèi)溫度檢測設(shè)備及技術(shù)得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。隨著嵌入式技術(shù)和計算機(jī)的大力發(fā)展，糧溫監(jiān)測的精度及廣度也得到了大幅地提升。

2 溫度監(jiān)測技術(shù)分類

溫度監(jiān)測技術(shù)依據(jù)其探測原理不同而分為多種方法，主要有：

（1）熱電偶測溫型，該類系統(tǒng)比較常用，與糧食直接接觸，沒有中間介質(zhì)。測溫范圍大，結(jié)構(gòu)簡單，可連續(xù)測量。是被廣泛應(yīng)用的接觸式溫度監(jiān)測設(shè)備。

（2）集成型溫度探測器，此類探測器為硅半導(dǎo)體集成器件，通過將溫度探測器集成到電子芯片上實現(xiàn)溫度的快速采集，同時通過電子芯片獲取溫度數(shù)據(jù)。其特點(diǎn)是功能簡單、體積小巧、功耗低、誤差小，速度快等。

（3）光纖測溫探頭，光纖測溫分單輻射型、雙波長型以及多波長型幾大類。光纖探頭測溫系統(tǒng)的特點(diǎn)是靈敏度高，基本不受測試距離的限制適合工作于各種惡劣環(huán)境中，并且光纖遙測的相容性很高。但光纖探頭系統(tǒng)也存在一些缺點(diǎn)，例如制作工藝難，價格較高等。

（4）半導(dǎo)體型光纖溫度探測器，半導(dǎo)體型光纖溫度探測器根據(jù)半導(dǎo)體吸收光譜特性而設(shè)計的，屬于傳光的檢測方式。在光纖探測系統(tǒng)中，光纖主要作為傳輸通道，測量器件利用半導(dǎo)體探測器完成溫度等參數(shù)的獲取，而在傳光的檢測方式中，光纖既是傳輸通道，又是測量器件。

（5）智能型溫度探測模塊，智能型溫度探測模塊也叫數(shù)字溫度模塊。智能型溫度探測模塊是計算機(jī)與自動測試系統(tǒng)的結(jié)合體。智能型溫度探測模塊在近幾年得到了飛速發(fā)展，許多國家都有多種類似的探測系統(tǒng)以及其相關(guān)產(chǎn)品?？梢詫崿F(xiàn)溫度探測、信號處理、數(shù)據(jù)存儲、模數(shù)轉(zhuǎn)換等功能。有些甚至還包括多路選擇、中央控制等功能。該種探測系統(tǒng)不僅能輸出各種微控制器所需的溫度數(shù)據(jù)及相關(guān)格式，并由軟件編程完成測試。

3 光纖測溫網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢

光纖布拉格光柵（FBG）具有諸多優(yōu)勢，在大型糧倉的實時溫度監(jiān)測過程中，采用分布式光纖測溫系統(tǒng)非常適合于多點(diǎn)位、實時測量的設(shè)計要求。采用波長調(diào)制的方式其帶來的優(yōu)點(diǎn)主要有：

（1）溫度監(jiān)測信號不再受光源變動的影響而發(fā)生大的改變，F(xiàn)BG探測系統(tǒng)克服了光纖彎折產(chǎn)生的損耗、各個連接之間的損耗影響。

（2）傳統(tǒng)的干涉型探測器需要參考點(diǎn)，但在FBG探測系統(tǒng)中，可采用波分復(fù)用技術(shù)，使單根光纖中具備多個布拉格光柵，同時完成多點(diǎn)的實時監(jiān)測。

（3）光纖光柵可以埋入被測材料中，獲取應(yīng)變及溫度數(shù)據(jù)，測量精度高，范圍大。光纖光柵系統(tǒng)靈巧，適合于多種場合。

由于光纖布拉格光柵系統(tǒng)的眾多好處和優(yōu)勢，使其被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)生活當(dāng)中。隨著光纖探測器的擴(kuò)展，在大型糧倉的溫度實時監(jiān)測領(lǐng)域，該項技術(shù)也表現(xiàn)出很好的應(yīng)用前景和實用性。

4 總結(jié)

本文在分析了國內(nèi)外大型糧倉儲糧方法及作用的基礎(chǔ)上，給出了應(yīng)用于各種溫度測試的技術(shù)方法，通過對不同測溫方法的比較和分析，總結(jié)了各個技術(shù)在測溫領(lǐng)域的優(yōu)缺點(diǎn)，并最后得出了采用光纖布拉格光柵測溫技術(shù)相比之下具有重要的應(yīng)用前景。

[1]John G.Murphy,Stephen O Driscoll,Niall J.Smith. Multi-Path DOAS for Tomographic Measurements[J].SPIE,2003,Vol.4876:875-885.

[2]劉智超,楊進(jìn)華.FBG測溫系統(tǒng)的光譜校正算法的研究[J].光譜學(xué)與光譜分析,2014,34(7):1420-1423.

[3]王玉田,孫衛(wèi)新,柴云霞.布喇格光柵在溫度測量中的應(yīng)用[J].傳感技術(shù)學(xué)報,2000,13(4):314-317.