[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

技術領域

本發明屬于倉儲糧食溫度分布監測技術領域，主要涉及一種利用聲學法溫度場檢測技術實現倉儲糧食溫度分布非接觸測量的方法。

背景技術

糧食安全儲藏是個世界性的難題，據聯合國糧農組織的調查統計，全世界每年糧食霉變及蟲害等損失為糧食產量的8%。我國的公糧現均集中存放在國家或地方的倉庫中。倉儲糧食溫度是判斷儲糧狀態的重要標志。糧食在倉儲過程中發生的霉變、蟲害及水分異常都會反映在糧溫變化，即熱點的出現上，國內外倉儲糧食溫度監測皆采用接觸測溫法。多根嵌有接觸式溫度傳感器（如熱敏電阻，數字溫度傳感器DS18B20）的測溫電纜被插入到儲糧中。糧食是熱的不良導體，由于不可能在糧倉中設置大量的測溫電纜，接觸式溫度傳感器又只能獲得傳感器所在處的“點”的溫度，所以熱點若不是恰好發生在某測溫點附近，就不會被發現，而局部的霉變或蟲害如不及時采取措施，有可能引發大面積糧食損壞導致嚴重損失。相比于接觸測溫法，非接觸測溫方式更適合儲糧溫度監測。

發明內容

1、發明目的：

本發明的目的是提供一種倉儲糧食溫度分布聲學監測法，用非接觸方式監測儲糧溫度，顯著提高儲糧食溫度監測的空間分辨率，及時發現儲糧中由于霉變、蟲害、倉頂漏水等原因造成熱點，避免大面積的糧食損失。

2、技術方案：

本發明是通過以下技術方案來實現的：

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；可根據被測區域的大小及所希望的測量精度，設定每條棱邊上設置的聲波發射/接收器的數目。

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，τ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，τ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，τ可視為定值，實際測量中τ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（M≥10×10×10=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）