浅谈大型粮仓内温度监测技术的类型与应用

长春理工大学光电信息学院 阚晓婷

长春理工大学光电信息学院 长春理工大学光电工程学院 刘智超长春理工大学光电信息学院 赵世萍

引言

粮食是人类赖以生存的重要资源，粮食的有效存储一直是保证国家稳定和发展的最基本的需求。能否有效地控制粮食长久储存成为了大型粮仓功能完善的一个重要标志。关系着人民生活的基本保障以及国家的稳定发展。过去的科技水平低，粮仓环境恶劣，管理效能低，导致每年流失的粮食巨大。其中，最重要的原因是粮堆温度升高导致的霉变，如果能够实时地对粮堆的温度进行检测，当温度超过设计要求时及时进行调整，则可以大大提高粮食的储存能力。

据世界粮农组织的全面调查可知，每年因储存不当、虫食、变质的粮食占世界总量的8.5%，其经济损失几乎等于非洲饥荒的粮食需求量。而在我国，大型的粮仓很多，粮食储存的问题也比较明显。大型粮仓的温度一般比较稳定，但由于环境变换例如下雨、下雪等，都会对湿度、温度产生影响。而粮食本身对温度、湿度的变化比较敏感，湿度高容易造成水分增大而发芽，导致粮食不能食用。而温度作为一个很重要的辅助因素，是发芽、霉变的重要诱因，对温度的检测及控制更便于对粮食储存能力的提高。本文将介绍国内外对大型粮仓的温度检测方法，以及温度监测的主要技术手段，并且展望大型粮仓温度监测的发展趋势。

1 国内外大型粮仓简介

在国外，大型粮仓的设计常常考虑节能、低维修、运营方便等要求。例如墨西哥具有六边形的太阳能供能粮库，改善粮食损失的问题，依据力学原理提高墙壁承载能力，大大降低了运营费用及维修成本。澳大利亚曾设计过卧式结构的大型粮仓，采用立柱模式，表面采用镀锌钢板，内部是轻质钢材，单位面积内储粮达7吨多，几乎是我国传统粮仓的一倍。日本由于条件限制，其储量设备非常受到重视，曾采用远红外监控系统，保证粮仓内温度恒定为25℃，同并提供低气压，从而保证室内环境不适合粮食霉变、发芽等，该设备基于温度实时监测的思想，达到了自动化粮温测试及通风控制的能力。欧洲也有类似设计，其为大型粮仓提供制冷系统，冷却装置有效地降低了粮温，保证粮食能够长期存储，其设计也是得力于一套温度检测设备，为制冷系统提供必要的温度参数。

我国粮食的储存主要是依靠通风保存，这种通风保存成本低，但受环境影响大，并且温度数据的获取非常原始，采用温度计直接读数，以点带面，效率低，精度差，时间间隔取决于测量人员的间隔频率。随着现代传感技术的发展，国内一些大型粮仓也采用了多种多样的温度传感器及监控系统。1981年我国首次实现了粮仓内测温电缆的铺设，为大范围高精度实时温度监测奠定了基础，系统采用测温电缆将被测位置的粮温信息传送给计算机，然后再通过控制系统完成对温度调节设备的控制。此后，国内温度检测设备及技术得到了突飞猛进的发展。随着嵌入式技术和计算机的大力发展，粮温监测的精度及广度也得到了大幅地提升。

2 温度监测技术分类

温度监测技术依据其探测原理不同而分为多种方法，主要有：

（1）热电偶测温型，该类系统比较常用，与粮食直接接触，没有中间介质。测温范围大，结构简单，可连续测量。是被广泛应用的接触式温度监测设备。

（2）集成型温度探测器，此类探测器为硅半导体集成器件，通过将温度探测器集成到电子芯片上实现温度的快速采集，同时通过电子芯片获取温度数据。其特点是功能简单、体积小巧、功耗低、误差小，速度快等。

（3）光纤测温探头，光纤测温分单辐射型、双波长型以及多波长型几大类。光纤探头测温系统的特点是灵敏度高，基本不受测试距离的限制适合工作于各种恶劣环境中，并且光纤遥测的相容性很高。但光纤探头系统也存在一些缺点，例如制作工艺难，价格较高等。

（4）半导体型光纤温度探测器，半导体型光纤温度探测器根据半导体吸收光谱特性而设计的，属于传光的检测方式。在光纤探测系统中，光纤主要作为传输通道，测量器件利用半导体探测器完成温度等参数的获取，而在传光的检测方式中，光纤既是传输通道，又是测量器件。

（5）智能型温度探测模块，智能型温度探测模块也叫数字温度模块。智能型温度探测模块是计算机与自动测试系统的结合体。智能型温度探测模块在近几年得到了飞速发展，许多国家都有多种类似的探测系统以及其相关产品。可以实现温度探测、信号处理、数据存储、模数转换等功能。有些甚至还包括多路选择、中央控制等功能。该种探测系统不仅能输出各种微控制器所需的温度数据及相关格式，并由软件编程完成测试。

3 光纤测温网络的优势

光纤布拉格光栅（FBG）具有诸多优势，在大型粮仓的实时温度监测过程中，采用分布式光纤测温系统非常适合于多点位、实时测量的设计要求。采用波长调制的方式其带来的优点主要有：

（1）温度监测信号不再受光源变动的影响而发生大的改变，FBG探测系统克服了光纤弯折产生的损耗、各个连接之间的损耗影响。

（2）传统的干涉型探测器需要参考点，但在FBG探测系统中，可采用波分复用技术，使单根光纤中具备多个布拉格光栅，同时完成多点的实时监测。

（3）光纤光栅可以埋入被测材料中，获取应变及温度数据，测量精度高，范围大。光纤光栅系统灵巧，适合于多种场合。

由于光纤布拉格光栅系统的众多好处和优势，使其被广泛应用于工业生产生活当中。随着光纤探测器的扩展，在大型粮仓的温度实时监测领域，该项技术也表现出很好的应用前景和实用性。

4 总结

本文在分析了国内外大型粮仓储粮方法及作用的基础上，给出了应用于各种温度测试的技术方法，通过对不同测温方法的比较和分析，总结了各个技术在测温领域的优缺点，并最后得出了采用光纤布拉格光栅测温技术相比之下具有重要的应用前景。

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