[發明專利]一種基于NMR的糧倉多場耦合圖形化探測系統和方法

在審

• 申請號: 202211416719.4
• 申請日: 2022-11-14
• 公開（公告）號: CN115825136A
• 公開（公告）日: 2023-03-21
• 發明（設計）人: 吳文福;張記;李潔;馬昀釗;劉哲;韓峰;徐巖;徐文;孟憲梅;王玉鐸;胡韜綱
• 申請（專利權）人: 吉林大學;吉林工商學院
• 主分類號: G01N24/08
• 分類號: G01N24/08;G01K13/10
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 邵銘康;朱世林

一種基于NMR的糧倉多場耦合圖形化探測系統和方法屬于糧堆生態系統多場耦合作用研究領域，本發明的系統由糧倉模擬裝置、核磁共振成像分析儀和數據采集處理系統組成，本發明首次將核磁共振成像技術用于糧堆多場耦合作用的探測，能解決現有技術手段檢測精度低、易受干擾、實施困難和無法精確探測糧堆水分場等問題，通過該系統可以實現多場儲糧場景的模擬和儲糧邊界條件的精確控制，可以實現對糧堆溫度、水分和相對濕度多物理場參數的快速、無損、真實精準探測，并結合糧情云圖技術實現對糧堆多場耦合作用可視化分析和預測，為糧堆生態系統多場耦合作用的研究提供了一種新的技術手段。

技術領域

本發明涉及糧堆生態系統多場耦合作用研究領域，具體涉及一種基于NMR的糧倉多場耦合圖形化探測系統和方法。

背景技術

糧倉中的糧食在儲藏過程是一個復雜的多場耦合生態系統。該系統由生物因子和非生物因子組成，生物因子包括糧食、微生物(真菌、細菌等)、儲糧害蟲(昆蟲、螨類等)、動物(嚙齒動物、鳥類等)等，其構成了糧堆中的生物場；非生物因子包括溫度、水分、相對濕度、氣體成分、微氣流等，其構成了糧堆中的物理場。這些場與場之間存在著眾多復雜的相互耦合作用和聯系，如溫度對糧食呼吸作用影響、對儲糧害蟲生長繁殖影響、對儲糧微生物的影響、儲糧品質變化的影響等，共同決定著糧堆生態系統的穩定性。

在糧堆生態系統的眾多因子中，溫度、水分和濕度是影響糧堆儲藏穩定性的關鍵性因素。糧堆溫度分布的差異性會導致糧食水分發生遷移，引起糧堆孔隙中微氣流發生流動，使水分從高溫區向低溫區轉移；使濕度從低溫區向高溫區轉移。在糧堆內部形成局部溫度、水分和濕度的積聚，誘發糧食霉變、發熱和蟲害，對儲糧安全造成重大威脅。因此掌握糧堆中溫度場、水分場和濕度場的實時狀態變化、運用多場耦合理論預測分析其狀態變化規律，對實現安全儲糧具有重要意義。

目前主要使用數值模擬法和實倉實驗法對糧堆中的多場耦合作用進行探測。數值模擬法通過建立二維或三維模型數學模型，采用CFD、COMSOL等模擬分析軟件進行數值模擬對糧堆中場的變化規律探測，該類技術常基于理想假設的數學模型，對部分糧堆參數進行假設和簡化，且需花費較多時間調整參數，無法實現實時精準探測，不能更好應用于實際。實倉實驗法多集中在糧堆溫濕度場的探測，通過溫濕度傳感器對糧堆中的溫濕度變化進行探測，該類技術數據采樣周期長、費時費力，且溫濕度傳感器容易受到外界環境因素和干擾信號的影響，難以保證探測結果的準確性。此外，現有糧堆多場耦合探測技術也無法實現糧堆水分場的真實精準探測，導致多場耦合作用下糧堆水分場的變化仍處于“黑箱”階段。因此，亟需發明一種能夠對糧堆溫濕水三參數進行精密探測的糧堆多場耦合探測系統，為糧堆多場耦合作用的研究提供一種新的技術手段。

發明內容

本發明設計開發了一種基于NMR的糧堆多場耦合圖形化探測系統和方法，利用糧倉模擬裝置模擬實際糧倉環境；利用核磁共振成像分析儀采集儲糧周期內糧堆的水分變化數據；利用固定間距的多個溫度傳感器采集儲糧周期內糧堆的溫度變化數據，利用多場耦合數學模型計算糧堆濕度變化數據，實現了糧堆溫度、濕度和水分三參數的精密探測，并能通過配套云圖生成軟件重現糧堆溫度場、水分場和濕度場云圖。通過該系統可對多種儲糧場景條件下糧堆內的溫度場、濕度場和水分場之間的相互耦合機理進行深入研究，可為糧堆多場耦合作用的研究提供一種新的技術手段。

本發明的基于NMR的糧倉多場耦合圖形化探測系統，其特征在于：由糧倉模擬裝置A、核磁共振成像分析儀B和數據采集處理系統C組成，其中：工作狀態下，糧倉模擬裝置A置于核磁共振成像分析儀B的大口徑檢測線圈B2中；數據采集處理系統C內置于核磁共振成像分析儀B的控制柜B3中，并與糧倉模擬裝置A、核磁共振成像分析儀B的大口徑檢測線圈B2通信連接。

所述的糧倉模擬裝置A由儲糧罐A1、第二檢測線路板組A2、第一檢測線路板A3和頂蓋組件A4和插接件1組成，其中：

儲糧罐A1為敞口圓筒狀，其殼體2上端內面設有均布的凸臺組3的四個凸臺；