探索分布式光纖測溫傳感器技術(shù)在糧庫測溫中的應(yīng)用,大學(xué)論文

探索分布式光纖測溫傳感器技術(shù)在糧庫測溫中的應(yīng)用,大學(xué)論文內(nèi)容摘要：糧食倉儲對于我們國家糧食安全至關(guān)重要,近年來數(shù)字信號、光電信號技術(shù)、精到準(zhǔn)確傳感器技術(shù)等當(dāng)代電子應(yīng)用技術(shù)的飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用為糧食倉儲智能化、信息化、當(dāng)代化發(fā)展明確了方向。傳統(tǒng)的糧情檢測系統(tǒng)是檢查糧倉儲糧溫度的重要技術(shù)手段,一直以來都是糧食倉儲建設(shè)的重中之重。本文主要介紹了光纖測溫傳感器技術(shù)在糧食倉儲中糧情監(jiān)測方面的應(yīng)用,光纖測溫傳感器將有效地反映糧堆內(nèi)部不同深度帶的溫度變化規(guī)律,能夠節(jié)省空間、提升測量精度、加強系統(tǒng)可靠性,為將來糧食倉儲安全提供新的技術(shù)手段,具有廣闊的市場應(yīng)用前景及推廣價值。本文關(guān)鍵詞語：光纖測溫傳感器;糧情測溫;糧食安全;傳感器技術(shù);1光纖測溫傳感器原理分布式光纖溫度傳感器是一種用于實時測量糧堆空間內(nèi)溫度的傳感系統(tǒng),并以普通的測溫光纖作為傳輸信息的媒介。測溫主機中光源脈沖發(fā)生器發(fā)出的脈沖經(jīng)過波分復(fù)用器(WDM)進入測溫光纖,在光纖中激發(fā)光子與光纖分子發(fā)生非彈性碰撞,產(chǎn)生高頻移的反斯托克斯光和低頻移的斯托克斯光,背向散射的反斯托克斯光和斯托克斯光再經(jīng)過WDM到達(dá)光電探測器進行光電轉(zhuǎn)換,最后進入測溫主機的信號處理系統(tǒng)進行分析[1,2]。由于測溫光纖在倉房糧堆內(nèi)是連續(xù)布置沒有斷點,因而測溫裝置沿著光纜發(fā)出的檢測信號也具有連續(xù)性,通過測溫裝置對光纖信號進行采集,進而測量出射光和拉曼散射光之間的時間間隔,就可得到拉曼散射光發(fā)生的詳細(xì)位置。由于系統(tǒng)使用的拉曼散射光對溫度具有很好的敏感度,因而信號能夠沿著所敷設(shè)測溫光纜測量到相應(yīng)的溫度分布。2光纖測溫傳感裝置在糧情監(jiān)測中的應(yīng)用2.1系統(tǒng)組成光纖測溫傳感器主要是由光纖測溫主機、光纖測溫傳感器、上位機軟件組成。光纖測溫主機獲取光纖測溫傳感器數(shù)據(jù)、將數(shù)據(jù)上傳至軟件平臺以及接受上位軟件操控指令;光纖測溫傳感器通過鎧裝光纜埋入糧堆,感悟周圍糧堆溫度;上位軟件對獲取到的數(shù)據(jù)進行處理分析以及下達(dá)相關(guān)操控指令。2.1.1測溫主機光纖測溫主機由電源、主控制板、信號采集板、激光器、恒溫箱和溫控板組成,包括溫度信號采集裝置、數(shù)據(jù)信號處理模塊、數(shù)據(jù)分析與管理模塊、溫度超限報警裝置等。測溫光纖通過熔接與測溫主機(DTS)通道連接,每個通道最大探測距離可達(dá)2.5km,實現(xiàn)0.1m的精到準(zhǔn)確定位,利用測溫光纜將測量操作和信號傳輸集于一體,將一根測溫光纖從測溫主機引出,串聯(lián)連接到多個倉[3]。光纖測溫主機能夠設(shè)置各測溫點間隔距離并設(shè)置溫度報警信息,測溫主機兼?zhèn)淙哂嘣O(shè)計,每臺主機能夠擴容至最大8通道并設(shè)有報警輸出通道,用于控制相關(guān)設(shè)備,并且光纖測溫主機還具備斷點自動診斷功能,能夠判定斷點位置信息,方便檢修人員檢查。測溫裝置電子器件基本組成如此圖2所示。圖2測溫裝置電子器件基本組成2.1.2測溫光纖測溫傳感器依附于測溫光纖作為數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì),其介質(zhì)選用抗電磁輻射、防腐蝕氣體熏蒸性能非常好的石英系材料(SiO2)。測溫傳感器需要敷設(shè)在糧堆內(nèi)部,需承載抗壓重力以及下線纜時承受的宏大拉力,需要增加測溫光纖的抗壓耐拉力,因而測溫光纖采用帶鎧裝保衛(wèi)層且具有抗拉、抗壓功能的光纖;光纜內(nèi)部采用不銹鋼絲保衛(wèi)管和抗拉鋼絲網(wǎng)保衛(wèi)光纖內(nèi)部的傳感器不受損害;外護套為低煙無鹵素阻燃熱塑型材料,具有抗水性和阻燃性,且質(zhì)地堅固,具有較好的柔韌性、抗拉抗壓性和抗腐蝕性,便于安裝和維護。并且,測溫傳感器依托感溫光纖還具備空間定位性好、可實時探測報警、穩(wěn)定性強等優(yōu)點。測溫電纜內(nèi)部構(gòu)造防護如此圖3所示。圖3測溫光纜內(nèi)部構(gòu)造防護(1)空間定位性好。測溫傳感器采用了測溫光纖電纜做測溫敏感器件,能夠通過光信號感悟溫度變化進而準(zhǔn)確定位。(2)可實時探測報警。采用測溫主機裝置與測溫電纜通過快速連接件相連接,整個倉房測溫點最小檢測周期能到達(dá)50ms,快速的響應(yīng)能夠充分保證預(yù)警信息的準(zhǔn)確性和時效性,當(dāng)溫度超過預(yù)警指標(biāo)時,能夠在最短的時間內(nèi)獲取信息并傳送給測溫裝置,提高了報警的可靠性和前瞻性。(3)穩(wěn)定性強。本系統(tǒng)采用的測溫傳感器與已經(jīng)成熟的18B20測溫傳感器檢測方式相比,具有連續(xù)性、時效性較強的特點,光纖測溫傳感器充分利用了光纖對溫度的敏感度較高的特點,在糧堆內(nèi)部能夠連續(xù)地感應(yīng)到空間的溫度變化。同時,該測溫系統(tǒng)基于絕對量測量原理,產(chǎn)品初次測量完成后具有非常好的穩(wěn)定性,不會發(fā)生零點漂移現(xiàn)象,除非測溫電纜被毀壞否則不會產(chǎn)生零點漂移,因而該測溫系統(tǒng)不需要定期對測溫系統(tǒng)和測溫電纜進行零點標(biāo)定,進而節(jié)約了系統(tǒng)的維護成本。(4)技術(shù)特性。感溫光纖測溫范圍在-20℃～120℃,適用于當(dāng)前糧庫所處條件下的糧溫檢測,并且線纜具備5mm的彎曲半徑,能夠有效防止測溫光纖敷設(shè)斷裂。測溫光纖需要的抗張強度為工作時不小于600N,敷設(shè)時不小于1000N;抗壓強度為工作時不小于300N/10cm,敷設(shè)時不小于3000N/10cm,只要這樣才能保證測溫光纜的正常使用[4]。2.1.3上位軟件上位機軟件通過網(wǎng)絡(luò)訪問光纖測溫主機獲取相關(guān)數(shù)據(jù)并在軟件平臺上以圖形、報表的方式展示糧堆溫度分布情況,可進行報警溫度設(shè)置,超過報警溫度時,會進行報警提示。上位機軟件將獲取到的數(shù)據(jù)經(jīng)庫區(qū)網(wǎng)絡(luò)上傳至軟件平臺進行數(shù)據(jù)處理分析,通過圖形報表、3D模型等方式進行展示,不僅能夠通過軟件平臺對光纖測溫主機發(fā)送操控指令及接受返回數(shù)據(jù),還能夠通過平臺設(shè)置高溫預(yù)警機制發(fā)出警示信息,有利于倉儲保管人員對光纖傳感器敷設(shè)沿線糧堆溫度進行查看[5]。2.2光纖傳感器布置根據(jù)傳統(tǒng)糧情監(jiān)測傳感器在糧倉內(nèi)的布點原則,高大平房倉水平方向測溫電纜行列間距不大于5m,垂直方向糧溫傳感器間距不大于2m,距糧面、倉底、倉壁0.3～0.5m;根據(jù)光線測溫技術(shù)特性布點原則,在綜合利用光纖傳感器特性的基礎(chǔ)上,布點方式采用雙股方式,并且為防止在下線經(jīng)過中測溫光纜損傷,采用雙股線折彎進行保衛(wèi)原則,光纖到達(dá)糧食底部,成一定角度彎曲再返回糧面,返回糧面后進行下一個點下線,以手拉手原則進行布線。3結(jié)論糧食儲藏安全是糧食安全的重要內(nèi)容,因而需定期監(jiān)測糧倉內(nèi)糧堆溫度,以防止因溫度過高而導(dǎo)致的糧食品質(zhì)發(fā)生霉變事故。本文針對當(dāng)前糧倉傳統(tǒng)嵌入溫濕度傳感器監(jiān)測溫度技術(shù)存在的弊端,探尋求索分布式光纖測溫傳感器技術(shù)在糧庫測溫中的應(yīng)用,為糧庫提供了一種全新的檢測手段。通過比照發(fā)現(xiàn),感溫光纖傳感器能夠有效地反映糧堆內(nèi)部不同深度溫度帶的變化規(guī)律,有效彌補了傳統(tǒng)糧情監(jiān)測只能監(jiān)測固定位置糧溫,溫度數(shù)據(jù)時效差、準(zhǔn)確性差的問題,并且光纖測溫傳感器具有探測距離超長、系統(tǒng)本征安全、抗干擾性強、使用壽命長等優(yōu)勢,作為一種新型糧溫測溫手段,對當(dāng)下比擬陳舊的糧食測溫方式具有很好的彌補作用,具有較高的市場推廣價值。以下為參考文獻[1]劉同姓,高紹和,梁明陽,等.光纖測溫系統(tǒng)在散糧測溫中的選擇及優(yōu)化應(yīng)用[J].糧食科技與經(jīng)濟,2020,45(8):82-83.[2]劉暢,李惠強,吳水榮,等.分布式光纖傳感測溫系統(tǒng)在電抗器中的應(yīng)用討論[J].當(dāng)代傳輸,2020(6):46-49.