[發明專利]倉儲糧食溫度分布聲學監測法

有效

• 申請號: 201110210035.4
• 申請日: 2011-07-26
• 公開（公告）號: CN102288324A
• 公開（公告）日: 2011-12-21
• 發明（設計）人: 顏華;李坤;周英鋼;劉麗鈞;陳冠男;王善輝
• 申請（專利權）人: 沈陽工業大學
• 主分類號: G01K11/22
• 分類號: G01K11/22;G01K13/10
• 代理公司: 沈陽智龍專利事務所(普通合伙) 21115
• 代理人: 宋鐵軍

1.一種倉儲糧食溫度分布聲學監測法，其特征在于：該方法由以下步驟構成：

步驟（1）、在被測區域周圍布置聲波發射/接收器：

將N（N>=20）個聲波發射/收發器設置在橫截面為矩形或正方形的被測區域的周圍，圍合成一長方體或正方體，長方體或正方體的每個頂點上設置一個聲波發射/收發器，每條棱邊上至少均勻設置3個聲波發射/收發器，即每條棱邊上相鄰兩個聲波發射/接收器的間距相等；任一聲波發射/接收器所發出的聲波，通過糧食顆粒間隙中的空氣通道，可被包括自身在內的所有的聲波發射/接收器接收；

步驟（2）、測量聲波在糧食中沿各有效傳播路徑的傳播時間：

在一個檢測周期內順序啟閉各聲波發射/接收器，第i（i依次為1，2，…，N）個聲波發射/接收器發射聲波時，其余N-1個聲波發射/接收器均不發射聲波，包括i在內的所有N個聲波發射/接收器均接收此聲波并轉換為電信號，這些電信號經信號調理器和數據采集卡后進入計算機；任意兩個聲波發射/接收器，只要它們不位于同一條棱邊上，即可形成一條有效的聲波傳播路徑，用結合小波抑噪的互相關時延估計法，測量出聲波在糧食中沿各有效傳播路徑的傳播時間；

結合小波抑噪的互相關時延估計法可以表示為：????????????????????????????????????????????????，其中f_i(k)、f_j(k)分別表示小波抑噪后的第i、j個聲波發射/接收器輸出的電信號，R(n)為它們的互相關函數，N為采樣點數，可根據所需要的測量精度設定，若n=D時R(n)取得最大值，則D就是聲波在i、j聲波發射/接收器所構成的傳播路徑上的傳播時間；

步驟（3）、確定糧食中聲速與溫度的關系：

聲波在糧食中是通過糧食顆粒孔隙中的氣體傳播的，糧食中聲速c與糧食溫度T的關系：

???????????????????????????????????????????????????(1)

其中z為氣體組成成分決定的常數，對空氣而言，其值為20.045，t為糧食孔隙影響因子，與聲波頻率、氣體的熱力學參數，糧食顆粒的平均間隙有關，當糧食顆粒間所含氣體及聲波傳播時間測量系統所采用的聲波頻率確定后，t主要取決于糧食顆粒間的平均間隙；堆糧中糧食深度較淺時，在糧食自重的作用下，糧食顆粒間的平均間隙隨糧食深度的增加而減小，但當糧食深度超過0.5m時，糧食顆粒間的平均間隙不再隨糧食深度變化而變化，t可視為定值，實際測量中t值可事先標定；

步驟（4）、重建三維糧食溫度分布：

將被測長方體或正方體區域均勻地劃分成M（M310′10′10=1000）個空間網格，用(x_m,y_m,z_m)表示第m（m=1,2,…,M）個空間網格中心點坐標，被測區域聲速倒數的分布f(x,y,z)用M個基函數的線性組合表示為：

??（2）

其中q為基函數的形狀參數，e_m為待定系數，則聲波在第k條有效傳播路徑上的傳播時間為：

????（3）?

其中p_k表示第k條傳播路徑，ds表示聲波路徑的積分微元，K為有效聲波路徑數；定義：

,,，則有t=AX；其中矢量X描述聲速分布，t為步驟（2）中得到的各有效傳播路徑上的聲波傳播時間，A為重建矩陣，當聲波發射/接收器位置和被測區域的網格劃分確定后，矩陣A便可計算獲得；

獲得矩陣A后，描述聲速分布的向量X可表示為:

?????????????????????????????????????????（4）

其中為矩陣A的奇異值，且，u_j和v_j分別是矩陣A的左、右奇異值向量，l為正則化參數；

獲得描述聲速分布的向量X后，利用步驟（3）中確定的糧食中聲速與溫度的關系式，可為M（>=1000）個空間網格各重建出一個溫度值并賦予網格中心，再用插值運算的方法，獲得整個被測區域的溫度分布，實現糧食中三維溫度場準確地、高空間分辨率監測。