長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院 闞曉婷

長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院 長(zhǎng)春理工大學(xué)光電工程學(xué)院 劉智超長(zhǎng)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(chǔ)一直是保證國(guó)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(zhǎng)久儲(chǔ)存成為了大型糧倉(cāng)功能完善的一個(gè)重要標(biāo)志。關(guān)系著人民生活的基本保障以及國(guó)家的穩(wěn)定發(fā)展。過去的科技水平低，糧倉(cāng)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(shí)地對(duì)糧堆的溫度進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)溫度超過設(shè)計(jì)要求時(shí)及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，則可以大大提高糧食的儲(chǔ)存能力。

據(jù)世界糧農(nóng)組織的全面調(diào)查可知，每年因儲(chǔ)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(guó)，大型的糧倉(cāng)很多，糧食儲(chǔ)存的問題也比較明顯。大型糧倉(cāng)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(huì)對(duì)濕度、溫度產(chǎn)生影響。而糧食本身對(duì)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(gè)很重要的輔助因素，是發(fā)芽、霉變的重要誘因，對(duì)溫度的檢測(cè)及控制更便于對(duì)糧食儲(chǔ)存能力的提高。本文將介紹國(guó)內(nèi)外對(duì)大型糧倉(cāng)的溫度檢測(cè)方法，以及溫度監(jiān)測(cè)的主要技術(shù)手段，并且展望大型糧倉(cāng)溫度監(jiān)測(cè)的發(fā)展趨勢(shì)。

1 國(guó)內(nèi)外大型糧倉(cāng)簡(jiǎn)介

在國(guó)外，大型糧倉(cāng)的設(shè)計(jì)常?？紤]節(jié)能、低維修、運(yùn)營(yíng)方便等要求。例如墨西哥具有六邊形的太陽(yáng)能供能糧庫(kù)，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(yíng)費(fèi)用及維修成本。澳大利亞曾設(shè)計(jì)過臥式結(jié)構(gòu)的大型糧倉(cāng)，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(chǔ)糧達(dá)7噸多，幾乎是我國(guó)傳統(tǒng)糧倉(cāng)的一倍。日本由于條件限制，其儲(chǔ)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(cāng)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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的思想，達(dá)到了自動(dòng)化糧溫測(cè)試及通風(fēng)控制的能力。歐洲也有類似設(shè)計(jì)，其為大型糧倉(cāng)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(zhǎng)期存儲(chǔ)，其設(shè)計(jì)也是得力于一套溫度檢測(cè)設(shè)備，為制冷系統(tǒng)提供必要的溫度參數(shù)。

我國(guó)糧食的儲(chǔ)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(jì)直接讀數(shù)，以點(diǎn)帶面，效率低，精度差，時(shí)間間隔取決于測(cè)量人員的間隔頻率。隨著現(xiàn)代傳感技術(shù)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)一些大型糧倉(cāng)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(guó)首次實(shí)現(xiàn)了糧倉(cāng)內(nèi)測(cè)溫電纜的鋪設(shè)，為大范圍高精度實(shí)時(shí)溫度監(jiān)測(cè)奠定了基礎(chǔ)，系統(tǒng)采用測(cè)溫電纜將被測(cè)位置的糧溫信息傳送給計(jì)算機(jī)，然后再通過控制系統(tǒng)完成對(duì)溫度調(diào)節(jié)設(shè)備的控制。此后，國(guó)內(nèi)溫度檢測(cè)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(jì)算機(jī)的大力發(fā)展，糧溫監(jiān)測(cè)的精度及廣度也得到了大幅地提升。

2 溫度監(jiān)測(cè)技術(shù)分類

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

（1）熱電偶測(cè)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(cè)溫范圍大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可連續(xù)測(cè)量。是被廣泛應(yīng)用的接觸式溫度監(jiān)測(cè)設(shè)備。

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

（3）光纖測(cè)溫探頭，光纖測(cè)溫分單輻射型、雙波長(zhǎng)型以及多波長(zhǎng)型幾大類。光纖探頭測(cè)溫系統(tǒng)的特點(diǎn)是靈敏度高，基本不受測(cè)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(cè)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(jià)格較高等。

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

（5）智能型溫度探測(cè)模塊，智能型溫度探測(cè)模塊也叫數(shù)字溫度模塊。智能型溫度探測(cè)模塊是計(jì)算機(jī)與自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的結(jié)合體。智能型溫度探測(cè)模塊在近幾年得到了飛速發(fā)展，許多國(guó)家都有多種類似的探測(cè)系統(tǒng)以及其相關(guān)產(chǎn)品?？梢詫?shí)現(xiàn)溫度探測(cè)、信號(hào)處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、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(cè)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(cè)試。

3 光纖測(cè)溫網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)

光纖布拉格光柵（FBG）具有諸多優(yōu)勢(shì)，在大型糧倉(cāng)的實(shí)時(shí)溫度監(jiān)測(cè)過程中，采用分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)非常適合于多點(diǎn)位、實(shí)時(shí)測(cè)量的設(shè)計(jì)要求。采用波長(zhǎng)調(diào)制的方式其帶來的優(yōu)點(diǎn)主要有：

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

（2）傳統(tǒng)的干涉型探測(cè)器需要參考點(diǎn)，但在FBG探測(cè)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(gè)布拉格光柵，同時(shí)完成多點(diǎn)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

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

由于光纖布拉格光柵系統(tǒng)的眾多好處和優(yōu)勢(shì)，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(cè)器的擴(kuò)展，在大型糧倉(cāng)的溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，該項(xiàng)技術(shù)也表現(xiàn)出很好的應(yīng)用前景和實(shí)用性。

4 總結(jié)

本文在分析了國(guó)內(nèi)外大型糧倉(cāng)儲(chǔ)糧方法及作用的基礎(chǔ)上，給出了應(yīng)用于各種溫度測(cè)試的技術(shù)方法，通過對(duì)不同測(cè)溫方法的比較和分析，總結(jié)了各個(gè)技術(shù)在測(cè)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(cè)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.

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