淺談大型糧倉內溫度監測技術的類型與應用

長春理工大學光電信息學院 闞曉婷

長春理工大學光電信息學院 長春理工大學光電工程學院 劉智超長春理工大學光電信息學院 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定和發展的最基本的需求。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志。關系著人民生活的基本保障以及國家的穩定發展。過去的科技水平低，糧倉環境惡劣，管理效能低，導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致的霉變，如果能夠實時地對糧堆的溫度進行檢測，當溫度超過設計要求時及時進行調整，則可以大大提高糧食的儲存能力。

據世界糧農組織的全面調查可知，每年因儲存不當、蟲食、變質的糧食占世界總量的8.5%，其經濟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定，但由于環境變換例如下雨、下雪等，都會對濕度、溫度產生影響。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芽，導致糧食不能食用。而溫度作為一個很重要的輔助因素，是發芽、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。本文將介紹國內外對大型糧倉的溫度檢測方法，以及溫度監測的主要技術手段，并且展望大型糧倉溫度監測的發展趨勢。

1 國內外大型糧倉簡介

在國外，大型糧倉的設計常常考慮節能、低維修、運營方便等要求。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，依據力學原理提高墻壁承載能力，大大降低了運營費用及維修成本。澳大利亞曾設計過臥式結構的大型糧倉，采用立柱模式，表面采用鍍鋅鋼板，內部是輕質鋼材，單位面積內儲糧達7噸多，幾乎是我國傳統糧倉的一倍。日本由于條件限制，其儲量設備非常受到重視，曾采用遠紅外監控系統，保證糧倉內溫度恒定為25℃，同并提供低氣壓，從而保證室內環境不適合糧食霉變、發芽等，該設備基于溫度實時監測的思想，達到了自動化糧溫測試及通風控制的能力。歐洲也有類似設計，其為大型糧倉提供制冷系統，冷卻裝置有效地降低了糧溫，保證糧食能夠長期存儲，其設計也是得力于一套溫度檢測設備，為制冷系統提供必要的溫度參數。

我國糧食的儲存主要是依靠通風保存，這種通風保存成本低，但受環境影響大，并且溫度數據的獲取非常原始，采用溫度計直接讀數，以點帶面，效率低，精度差，時間間隔取決于測量人員的間隔頻率。隨著現代傳感技術的發展，國內一些大型糧倉也采用了多種多樣的溫度傳感器及監控系統。1981年我國首次實現了糧倉內測溫電纜的鋪設，為大范圍高精度實時溫度監測奠定了基礎，系統采用測溫電纜將被測位置的糧溫信息傳送給計算機，然后再通過控制系統完成對溫度調節設備的控制。此后，國內溫度檢測設備及技術得到了突飛猛進的發展。隨著嵌入式技術和計算機的大力發展，糧溫監測的精度及廣度也得到了大幅地提升。

2 溫度監測技術分類

溫度監測技術依據其探測原理不同而分為多種方法，主要有：

（1）熱電偶測溫型，該類系統比較常用，與糧食直接接觸，沒有中間介質。測溫范圍大，結構簡單，可連續測量。是被廣泛應用的接觸式溫度監測設備。

（2）集成型溫度探測器，此類探測器為硅半導體集成器件，通過將溫度探測器集成到電子芯片上實現溫度的快速采集，同時通過電子芯片獲取溫度數據。其特點是功能簡單、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。光纖探頭測溫系統的特點是靈敏度高，基本不受測試距離的限制適合工作于各種惡劣環境中，并且光纖遙測的相容性很高。但光纖探頭系統也存在一些缺點，例如制作工藝難，價格較高等。

（4）半導體型光纖溫度探測器，半導體型光纖溫度探測器根據半導體吸收光譜特性而設計的，屬于傳光的檢測方式。在光纖探測系統中，光纖主要作為傳輸通道，測量器件利用半導體探測器完成溫度等參數的獲取，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字溫度模塊。智能型溫度探測模塊是計算機與自動測試系統的結合體。智能型溫度探測模塊在近幾年得到了飛速發展，許多國家都有多種類似的探測系統以及其相關產品。可以實現溫度探測、信號處理、數據存儲、模數轉換等功能。有些甚至還包括多路選擇、中央控制等功能。該種探測系統不僅能輸出各種微控制器所需的溫度數據及相關格式，并由軟件編程完成測試。

3 光纖測溫網絡的優勢

光纖布拉格光柵（FBG）具有諸多優勢，在大型糧倉的實時溫度監測過程中，采用分布式光纖測溫系統非常適合于多點位、實時測量的設計要求。采用波長調制的方式其帶來的優點主要有：

（1）溫度監測信號不再受光源變動的影響而發生大的改變，FBG探測系統克服了光纖彎折產生的損耗、各個連接之間的損耗影響。

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

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

由于光纖布拉格光柵系統的眾多好處和優勢，使其被廣泛應用于工業生產生活當中。隨著光纖探測器的擴展，在大型糧倉的溫度實時監測領域，該項技術也表現出很好的應用前景和實用性。

4 總結

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

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