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

探索分布式光纖測(cè)溫傳感器技術(shù)在糧庫(kù)測(cè)溫中的應(yīng)用,大學(xué)論文內(nèi)容摘要：糧食倉(cāng)儲(chǔ)對(duì)于我們國(guó)家糧食安全至關(guān)重要,近年來(lái)數(shù)字信號(hào)、光電信號(hào)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(cāng)儲(chǔ)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(cè)系統(tǒng)是檢查糧倉(cāng)儲(chǔ)糧溫度的重要技術(shù)手段,一直以來(lái)都是糧食倉(cāng)儲(chǔ)建設(shè)的重中之重。本文主要介紹了光纖測(cè)溫傳感器技術(shù)在糧食倉(cāng)儲(chǔ)中糧情監(jiān)測(cè)方面的應(yīng)用,光纖測(cè)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(cè)量精度、加強(qiáng)系統(tǒng)可靠性,為將來(lái)糧食倉(cāng)儲(chǔ)安全提供新的技術(shù)手段,具有廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景及推廣價(jià)值。本文關(guān)鍵詞語(yǔ)：光纖測(cè)溫傳感器;糧情測(cè)溫;糧食安全;傳感器技術(shù);1光纖測(cè)溫傳感器原理分布式光纖溫度傳感器是一種用于實(shí)時(shí)測(cè)量糧堆空間內(nèi)溫度的傳感系統(tǒng),并以普通的測(cè)溫光纖作為傳輸信息的媒介。測(cè)溫主機(jī)中光源脈沖發(fā)生器發(fā)出的脈沖經(jīng)過(guò)波分復(fù)用器(WDM)進(jìn)入測(cè)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(guò)WDM到達(dá)光電探測(cè)器進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換,最后進(jìn)入測(cè)溫主機(jī)的信號(hào)處理系統(tǒng)進(jìn)行分析[1,2]。由于測(cè)溫光纖在倉(cāng)房糧堆內(nèi)是連續(xù)布置沒(méi)有斷點(diǎn),因而測(cè)溫裝置沿著光纜發(fā)出的檢測(cè)信號(hào)也具有連續(xù)性,通過(guò)測(cè)溫裝置對(duì)光纖信號(hào)進(jìn)行采集,進(jìn)而測(cè)量出射光和拉曼散射光之間的時(shí)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(duì)溫度具有很好的敏感度,因而信號(hào)能夠沿著所敷設(shè)測(cè)溫光纜測(cè)量到相應(yīng)的溫度分布。2光纖測(cè)溫傳感裝置在糧情監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用2.1系統(tǒng)組成光纖測(cè)溫傳感器主要是由光纖測(cè)溫主機(jī)、光纖測(cè)溫傳感器、上位機(jī)軟件組成。光纖測(cè)溫主機(jī)獲取光纖測(cè)溫傳感器數(shù)據(jù)、將數(shù)據(jù)上傳至軟件平臺(tái)以及接受上位軟件操控指令;光纖測(cè)溫傳感器通過(guò)鎧裝光纜埋入糧堆,感悟周?chē)Z堆溫度;上位軟件對(duì)獲取到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析以及下達(dá)相關(guān)操控指令。2.1.1測(cè)溫主機(jī)光纖測(cè)溫主機(jī)由電源、主控制板、信號(hào)采集板、激光器、恒溫箱和溫控板組成,包括溫度信號(hào)采集裝置、數(shù)據(jù)信號(hào)處理模塊、數(shù)據(jù)分析與管理模塊、溫度超限報(bào)警裝置等。測(cè)溫光纖通過(guò)熔接與測(cè)溫主機(jī)(DTS)通道連接,每個(gè)通道最大探測(cè)距離可達(dá)2.5km,實(shí)現(xiàn)0.1m的精到準(zhǔn)確定位,利用測(cè)溫光纜將測(cè)量操作和信號(hào)傳輸集于一體,將一根測(cè)溫光纖從測(cè)溫主機(jī)引出,串聯(lián)連接到多個(gè)倉(cāng)[3]。光纖測(cè)溫主機(jī)能夠設(shè)置各測(cè)溫點(diǎn)間隔距離并設(shè)置溫度報(bào)警信息,測(cè)溫主機(jī)兼?zhèn)淙哂嘣O(shè)計(jì),每臺(tái)主機(jī)能夠擴(kuò)容至最大8通道并設(shè)有報(bào)警輸出通道,用于控制相關(guān)設(shè)備,并且光纖測(cè)溫主機(jī)還具備斷點(diǎn)自動(dòng)診斷功能,能夠判定斷點(diǎn)位置信息,方便檢修人員檢查。測(cè)溫裝置電子器件基本組成如此圖2所示。圖2測(cè)溫裝置電子器件基本組成2.1.2測(cè)溫光纖測(cè)溫傳感器依附于測(cè)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(cè)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(xiàn)纜時(shí)承受的宏大拉力,需要增加測(cè)溫光纖的抗壓耐拉力,因而測(cè)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(hù)套為低煙無(wú)鹵素阻燃熱塑型材料,具有抗水性和阻燃性,且質(zhì)地堅(jiān)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(hù)。并且,測(cè)溫傳感器依托感溫光纖還具備空間定位性好、可實(shí)時(shí)探測(cè)報(bào)警、穩(wěn)定性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。測(cè)溫電纜內(nèi)部構(gòu)造防護(hù)如此圖3所示。圖3測(cè)溫光纜內(nèi)部構(gòu)造防護(hù)(1)空間定位性好。測(cè)溫傳感器采用了測(cè)溫光纖電纜做測(cè)溫敏感器件,能夠通過(guò)光信號(hào)感悟溫度變化進(jìn)而準(zhǔn)確定位。(2)可實(shí)時(shí)探測(cè)報(bào)警。采用測(cè)溫主機(jī)裝置與測(cè)溫電纜通過(guò)快速連接件相連接,整個(gè)倉(cāng)房測(cè)溫點(diǎn)最小檢測(cè)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(shí)效性,當(dāng)溫度超過(guò)預(yù)警指標(biāo)時(shí),能夠在最短的時(shí)間內(nèi)獲取信息并傳送給測(cè)溫裝置,提高了報(bào)警的可靠性和前瞻性。(3)穩(wěn)定性強(qiáng)。本系統(tǒng)采用的測(cè)溫傳感器與已經(jīng)成熟的18B20測(cè)溫傳感器檢測(cè)方式相比,具有連續(xù)性、時(shí)效性較強(qiáng)的特點(diǎn),光纖測(cè)溫傳感器充分利用了光纖對(duì)溫度的敏感度較高的特點(diǎn),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(shí),該測(cè)溫系統(tǒng)基于絕對(duì)量測(cè)量原理,產(chǎn)品初次測(cè)量完成后具有非常好的穩(wěn)定性,不會(huì)發(fā)生零點(diǎn)漂移現(xiàn)象,除非測(cè)溫電纜被毀壞否則不會(huì)產(chǎn)生零點(diǎn)漂移,因而該測(cè)溫系統(tǒng)不需要定期對(duì)測(cè)溫系統(tǒng)和測(cè)溫電纜進(jìn)行零點(diǎn)標(biāo)定,進(jìn)而節(jié)約了系統(tǒng)的維護(hù)成本。(4)技術(shù)特性。感溫光纖測(cè)溫范圍在-20℃～120℃,適用于當(dāng)前糧庫(kù)所處條件下的糧溫檢測(cè),并且線(xiàn)纜具備5mm的彎曲半徑,能夠有效防止測(cè)溫光纖敷設(shè)斷裂。測(cè)溫光纖需要的抗張強(qiáng)度為工作時(shí)不小于600N,敷設(shè)時(shí)不小于1000N;抗壓強(qiáng)度為工作時(shí)不小于300N/10cm,敷設(shè)時(shí)不小于3000N/10cm,只要這樣才能保證測(cè)溫光纜的正常使用[4]。2.1.3上位軟件上位機(jī)軟件通過(guò)網(wǎng)絡(luò)訪(fǎng)問(wèn)光纖測(cè)溫主機(jī)獲取相關(guān)數(shù)據(jù)并在軟件平臺(tái)上以圖形、報(bào)表的方式展示糧堆溫度分布情況,可進(jìn)行報(bào)警溫度設(shè)置,超過(guò)報(bào)警溫度時(shí),會(huì)進(jìn)行報(bào)警提示。上位機(jī)軟件將獲取到的數(shù)據(jù)經(jīng)庫(kù)區(qū)網(wǎng)絡(luò)上傳至軟件平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析,通過(guò)圖形報(bào)表、3D模型等方式進(jìn)行展示,不僅能夠通過(guò)軟件平臺(tái)對(duì)光纖測(cè)溫主機(jī)發(fā)送操控指令及接受返回?cái)?shù)據(jù),還能夠通過(guò)平臺(tái)設(shè)置高溫預(yù)警機(jī)制發(fā)出警示信息,有利于倉(cāng)儲(chǔ)保管人員對(duì)光纖傳感器敷設(shè)沿線(xiàn)糧堆溫度進(jìn)行查看[5]。2.2光纖傳感器布置根據(jù)傳統(tǒng)糧情監(jiān)測(cè)傳感器在糧倉(cāng)內(nèi)的布點(diǎn)原則,高大平房倉(cāng)水平方向測(cè)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(cāng)底、倉(cāng)壁0.3～0.5m;根據(jù)光線(xiàn)測(cè)溫技術(shù)特性布點(diǎn)原則,在綜合利用光纖傳感器特性的基礎(chǔ)上,布點(diǎn)方式采用雙股方式,并且為防止在下線(xiàn)經(jīng)過(guò)中測(cè)溫光纜損傷,采用雙股線(xiàn)折彎進(jìn)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(jìn)行下一個(gè)點(diǎn)下線(xiàn),以手拉手原則進(jìn)行布線(xiàn)。3結(jié)論糧食儲(chǔ)藏安全是糧食安全的重要內(nèi)容,因而需定期監(jiān)測(cè)糧倉(cāng)內(nèi)糧堆溫度,以防止因溫度過(guò)高而導(dǎo)致的糧食品質(zhì)發(fā)生霉變事故。本文針對(duì)當(dāng)前糧倉(cāng)傳統(tǒng)嵌入溫濕度傳感器監(jiān)測(cè)溫度技術(shù)存在的弊端,探尋求索分布式光纖測(cè)溫傳感器技術(shù)在糧庫(kù)測(cè)溫中的應(yīng)用,為糧庫(kù)提供了一種全新的檢測(cè)手段。通過(guò)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(bǔ)了傳統(tǒng)糧情監(jiān)測(cè)只能監(jiān)測(cè)固定位置糧溫,溫度數(shù)據(jù)時(shí)效差、準(zhǔn)確性差的問(wèn)題,并且光纖測(cè)溫傳感器具有探測(cè)距離超長(zhǎng)、系統(tǒng)本征安全、抗干擾性強(qiáng)、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì),作為一種新型糧溫測(cè)溫手段,對(duì)當(dāng)下比擬陳舊的糧食測(cè)溫方式具有很好的彌補(bǔ)作用,具有較高的市場(chǎng)推廣價(jià)值。以下為參考文獻(xiàn)[1]劉同姓,高紹和,梁明陽(yáng),等.光纖測(cè)溫系統(tǒng)在散糧測(cè)溫中的選擇及優(yōu)化應(yīng)用[J].糧食科技與經(jīng)濟(jì),2020,45(8):82-83.[2]劉暢,李惠強(qiáng),吳水榮,等.分布式光纖傳感測(cè)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.