探索分布式光纖測溫傳感器技術在糧庫測溫中的應用,大學論文內容摘要：糧食倉儲對于我們國家糧食安全至關重要,近年來數字信號、光電信號技術、精到準確傳感器技術等當代電子應用技術的飛速發展和廣泛應用為糧食倉儲智能化、信息化、當代化發展明確了方向。傳統的糧情檢測系統是檢查糧倉儲糧溫度的重要技術手段,一直以來都是糧食倉儲建設的重中之重。本文主要介紹了光纖測溫傳感器技術在糧食倉儲中糧情監測方面的應用,光纖測溫傳感器將有效地反映糧堆內部不同深度帶的溫度變化規律,能夠節省空間、提升測量精度、加強系統可靠性,為將來糧食倉儲安全提供新的技術手段,具有廣闊的市場應用前景及推廣價值。本文關鍵詞語：光纖測溫傳感器;糧情測溫;糧食安全;傳感器技術;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溫度的傳感系統,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生器發出的脈沖經過波分復用器(WDM)進入測溫光纖,在光纖中激發光子與光纖分子發生非彈性碰撞,產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過WDM到達光電探測器進行光電轉換,最后進入測溫主機的信號處理系統進行分析[1,2]。由于測溫光纖在倉房糧堆內是連續布置沒有斷點,因而測溫裝置沿著光纜發出的檢測信號也具有連續性,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生的詳細位置。由于系統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測溫光纜測量到相應的溫度分布。2光纖測溫傳感裝置在糧情監測中的應用2.1系統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據、將數據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據進行處理分析以及下達相關操控指令。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、數據信號處理模塊、數據分析與管理模塊、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2.5km,實現0.1m的精到準確定位,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,串聯連接到多個倉[3]。光纖測溫主機能夠設置各測溫點間隔距離并設置溫度報警信息,測溫主機兼備冗余設計,每臺主機能夠擴容至最大8通道并設有報警輸出通道,用于控制相關設備,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據傳輸介質,其介質選用抗電磁輻射、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在糧堆內部,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層且具有抗拉、抗壓功能的光纖;光纜內部采用不銹鋼絲保衛管和抗拉鋼絲網保衛光纖內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、穩定性強等優點。測溫電纜內部構造防護如此圖3所示。圖3測溫光纜內部構造防護(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50ms,快速的響應能夠充分保證預警信息的準確性和時效性,當溫度超過預警指標時,能夠在最短的時間內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)穩定性強。本系統采用的測溫傳感器與已經成熟的18B20測溫傳感器檢測方式相比,具有連續性、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,在糧堆內部能夠連續地感應到空間的溫度變化。同時,該測溫系統基于絕對量測量原理,產品初次測量完成后具有非常好的穩定性,不會發生零點漂移現象,除非測溫電纜被毀壞否則不會產生零點漂移,因而該測溫系統不需要定期對測溫系統和測溫電纜進行零點標定,進而節約了系統的維護成本。(4)技術特性。感溫光纖測溫范圍在-20℃～120℃,適用于當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斷裂。測溫光纖需要的抗張強度為工作時不小于600N,敷設時不小于1000N;抗壓強度為工作時不小于300N/10cm,敷設時不小于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絡訪問光纖測溫主機獲取相關數據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據經庫區網絡上傳至軟件平臺進行數據處理分析,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送操控指令及接受返回數據,還能夠通過平臺設置高溫預警機制發出警示信息,有利于倉儲保管人員對光纖傳感器敷設沿線糧堆溫度進行查看[5]。2.2光纖傳感器布置根據傳統糧情監測傳感器在糧倉內的布點原則,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;根據光線測溫技術特性布點原則,在綜合利用光纖傳感器特性的基礎上,布點方式采用雙股方式,并且為防止在下線經過中測溫光纜損傷,采用雙股線折彎進行保衛原則,光纖到達糧食底部,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結論糧食儲藏安全是糧食安全的重要內容,因而需定期監測糧倉內糧堆溫度,以防止因溫度過高而導致的糧食品質發生霉變事故。本文針對當前糧倉傳統嵌入溫濕度傳感器監測溫度技術存在的弊端,探尋求索分布式光纖測溫傳感器技術在糧庫測溫中的應用,為糧庫提供了一種全新的檢測手段。通過比照發現,感溫光纖傳感器能夠有效地反映糧堆內部不同深度溫度帶的變化規律,有效彌補了傳統糧情監測只能監測固定位置糧溫,溫度數據時效差、準確性差的問題,并且光纖測溫傳感器具有探測距離超長、系統本征安全、抗干擾性強、使用壽命長等優勢,作為一種新型糧溫測溫手段,對當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.光纖測溫系統在散糧測溫中的選擇及優化應用[J].糧食科技與經濟,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在電抗器中的應用討論[J].當代傳輸,2020(6):46-49.