一種原位測量糧倉單元裝置的制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種原位測量糧倉單元裝置，包括：糧倉單元裝置，用于放置谷物；溫度電纜，其均勻布設在糧倉單元裝置內，用于探測糧倉單元裝置溫度；傳感器組，其上溫度傳感器、濕度傳感器和水分傳感器通過纜線均勻布設在模擬艙內，用于探測谷物的溫度、濕度和水分；以及數據采集單元，其連接溫度電纜和傳感器組，用于接收并傳輸溫度電纜和傳感器組的數據；控制單元，其連接數據采集單元，用于接收數據采集單元傳輸的數據并進行數據分析處理；其中，控制單元通過計算結露影響因子p來判斷倉儲狀態并進行操作。本發明的糧倉單元裝置采用多參數原位測量方法為試驗和模型探索提供準確數據源，能夠準確判斷谷物是否方法結露并進行報警。
【專利說明】
一種原位測量糧倉單元裝置
技術領域
[0001] 本發明涉及谷物倉儲試驗裝置領域。更具體地說，本發明涉及一種原位測量糧倉 單元裝置，具體為一種不改變糧倉單元裝置內糧食環境來監測谷物倉儲狀態的糧倉單元裝 置。
【背景技術】
[0002] 糧食作為生命體，在儲藏過程中，儲糧生態系統的影響因素多，而研究單一因素已 無法精確描述糧堆狀態的變化過程，其中結露是威脅安全儲糧的重要因素。溫度、濕度、微 氣流和糧食平衡水分是結露的重要影響因素。因此為了揭示糧食在糧倉中的變化規律，通 過構建糧倉單元裝置對倉內的溫度、濕度及氣流等多場耦合對儲糧狀態變化的影響，以便 制定有效的調控措施、實現儲糧安全。
[0003] 糧食作為生命體，收獲后到儲藏環節則形成了儲糧生態系統。該系統主要由糧堆 生態子系統和環境生態子系統構成，各子系統中的因素相互交錯共同影響整個系統狀態， 如糧堆自身的變化易受到蟲霉侵害故保質保鮮儲藏難度增大，環境生態子系統多區域性特 點也加大了安全儲糧的難度。因此糧堆生態子系統中的溫度、濕度、微氣流等非生物因子和 微生物滋長、蟲害活動等生物因子均是影響儲糧生態系統安全狀態的重要因素。儲糧實踐 也表明，因糧堆結露而引起局部霉變、發熱是破壞儲糧安全狀態的重大威脅之一。
[0004] 糧食結露有以下幾種類型：1、以通風道為軸心呈"V"型結露;2、沿倉墻內壁和地皮 呈"U"型結露；3、在糧堆的某一層呈斷面的層狀結露;4、在糧堆內部某一個部位呈窩狀結 露;5、在糧堆的內部呈斜面結露;6、通風口或通風道的附近局部結露。溫差的出現是糧堆產 生結露的根本原因。而溫差的出現通常有三方面的原因，一是工藝設計不合理;二是技術操 作不當；三是糧質不均，松緊程度不一。在現代儲量技術中，通常采用以下方法解決結露問 題，一是合理設計通風系統；二是嚴格技術管理;三是確保糧質均勻一致，盡量做到糧堆松 散程度一致。但是現有的糧倉儲藏卻沒有有效的結露探測及報警系統，提前預估或及時探 測到結露產生并及時報警。
【發明內容】
[0005] 本發明目的是提供利用原位測量糧倉單元裝置判斷倉儲狀態的方法，根據傳感器 組探測的溫度、濕度、水分和品質參數分布場，控制單元判斷倉儲狀態和結露問題，并發出 相應預警或警報。
[0006] 本發明目的是提供一種原位測量糧倉單元裝置，采集糧倉單元裝置各部位的溫 度、濕度、水分等參數，將參數傳輸至控制單元，控制單元根據溫度、濕度、水分等參數提前 預估或探測到結露產生并及時報警。
[0007] 為了實現根據本發明的這些目的和其它優點，提供了一種利用原位測量糧倉單元 裝置判斷倉儲狀態的方法，包括以下步驟：
[0008] 步驟1、傳感器組探測糧倉單元裝置內的谷物的溫度、濕度和水分信號，并將信號 通過數據采集單元傳輸至控制單元；
[0009] 步驟2、控制單元根據信號計算結露影響因子P:
[0010] ρ = ρι X Δ T+p2 X Δ H+p3 X Δ C
[0011]其中，P1為溫控系數;p2為濕控系數;P3為水控系數；ΔΤ為累積谷物溫差；ΔΗ為累 積谷物濕度差；A C為累積谷物水分差；
[0012] 步驟3:當0<p彡0 · 25，谷物倉儲狀態優；
[0013]當0.25<p<0.45,谷物倉儲狀態良，加大通風量；
[0014]當0.45<p<0.75，谷物倉儲狀態中，加大通風量，發出預警；
[0015]當0.75<p<0.85,谷物倉儲狀態差，控制單元判斷是否結露，發出相應的預警或 結露警報；
[0016] 當0.85<ρ<1，谷物倉儲狀態極差，控制單元判斷是否結露，發出相應的預警或結 露警報。
[0017] 優選的是，所述步驟3中控制單元通過糧食平衡絕對濕度等溫線曲線判斷是否結 露，當發生結露時，控制單元發出警報;當沒有發生結露時，控制單元發出預警。
[0018] 優選的是，所述步驟2中
[0019] 累積谷物溫差ΔΤ計算公式如下：
[0021] 其中，i為溫度傳感器的層數，a為溫度傳感器的最大層數;j為溫度傳感器的行數， b為溫度傳感器的最大行數;k為溫度傳感器的列數，η為溫度
[0022] 傳感器的最大列數;Tljk為第i層j行k列的溫度傳感器探測的溫度值。
[0023] 優選的是，所述累積谷物濕度差Δ Η計算公式如下：
[0025] 其中，i為濕度傳感器的層數，a為濕度傳感器的最大層數;j為濕度傳感器的行數， b為濕度傳感器的最大行數;k為濕度傳感器的列數，η為濕度傳感器的最大列數;H ljk為第i 層j行k列的濕度傳感器探測的相對濕度。
[0026] 優選的是，所述累積谷物水分差△ C計算公式如下：
[0028] 其中，i為谷物水分傳感器的層數，a為谷物水分傳感器的最大層數；j為谷物水分 傳感器的行數，b為谷物水分傳感器的最大行數;k為谷物水分傳感器的列數，η為谷物水分 傳感器的最大列數;C ljk為第i層j行k列的谷物水分傳感器探測的谷物水分值。
[0029] 本發明的目的還可通過一種原位測量糧倉單元裝置來實現，所述糧倉單元裝置包 括：
[0030] 倉體，用于放置谷物；
[0031] 溫度電纜，其均勻布設在倉體內，用于探測倉體內溫度；
[0032] 傳感器組，其上的溫度傳感器、濕度傳感器和水分傳感器通過纜線均勻布設在倉 體內，用于探測谷物的溫度、濕度和水分；以及
[0033] 數據采集單元，其連接溫度電纜和傳感器組，用于接收并傳輸溫度電纜和傳感器 組的數據；
[0034] 控制單元，其連接數據采集單元，用于接收數據采集單元傳輸的數據并進行數據 分析處理；
[0035] 加熱機構，多點LED熱源加熱，所述熱源分別固定在倉體相對的倉壁上；
[0036] 其中，所述控制單元連接多點LED熱源加熱，其控制熱源在相對的倉壁上產生溫度 差。
[0037] 優選的是，還包括：
[0038] 氣體濃度傳感器，用于探測糧倉單元裝置內氣體濃度；
[0039] 微型X光透射儀，其安裝在糧倉內，用于檢測環境變化谷物產生的裂紋率和爆腰 率；
[0040] JDSU MicroNIIO 1700微型近紅外光譜儀，用于檢測模擬倉內的谷物成分是否隨 著時間的變化而變化；
[0041 ]優選的是，所述倉體為矩形或房型。
[0042] 優選的是，所述傳感器組等行距、列距和層距布設在糧倉單元裝置內；所述溫度電 纜上布設4-8個測溫點，用于探測相應位置的溫度。
[0043] 本發明至少包括以下有益效果：1、本發明不用在糧倉內頻繁取樣，在不改變糧倉 內環境的情況下對各個參數進行測量;2.本發明采用多參數原位測量方法為試驗和模型探 索提供準確數據源，解決目前數據采集參數少、多種傳感器互相干擾、由于點位存在位移而 導致的參數間解耦失敗等問題。3、糧倉單元裝置準確能夠判斷谷物是否方法結露并進行報 警。
[0044] 本發明的其它優點、目標和特征將部分通過下面的說明體現，部分還將通過對本 發明的研究和實踐而為本領域的技術人員所理解。
【附圖說明】
[0045] 圖1是本發明的原位糧倉單元裝置、采集和控制單元連接圖。
[0046] 圖2是本發明的原位測量糧倉單元裝置的半剖圖。
[0047] 圖3是本發明的原位糧倉單元裝置中傳感器組和溫度電纜的排列圖。
[0048] 圖4是本發明的糧倉單元裝置內加熱機構排列圖。
【具體實施方式】
[0049] 下面結合附圖對本發明做進一步的詳細說明，以令本領域技術人員參照說明書文 字能夠據以實施。
[0050] 應當理解，本文所使用的諸如"具有"、"包含"以及"包括"術語并不配出一個或多 個其它元件或其組合的存在或添加。
[0051]圖1-4示出了根據本發明的一種實現形式，原位測量模擬系統包括:糧倉單元裝置 100、數據采集單元200、控制單元300和恒控單元，糧倉單元裝置100進行谷物倉儲試驗并將 測試數據傳輸至數據采集單元200,數據采集單元200保存數據并將數據傳輸至控制單元 300,控制單元300對數據進行分析處理并反饋相應結果，其中，糧倉單元裝置100設置在恒 控單元內部，恒控單元調節其內部的溫度和濕度，保證糧倉單元裝置100處在恒溫恒濕條件 下，優選的是，恒控單元選用空調調節其內部的溫度和濕度，并提供恒溫恒濕條件。
[0052] 一種原位測量糧倉單元裝置，包括加熱機構110、傳感器組120和溫度電纜130,其 中，加熱機構110、傳感器組120和溫度電纜130設置在糧倉單元裝置100內部，糧倉單元裝置 100倉壁的內外壁為不銹鋼板，內外壁之間夾設硅酸鋁板保溫材料，具有良好的保溫性能， 糧倉單元裝置的倉頂為不銹鋼板，倉頂之間旋轉連接，旋至打開狀態用于裝入谷物。用于放 置谷物，保持1面升溫（左面或右面，多點熱源加熱，恒定高于環境一個溫度值，一般3-15 度）、1面恒溫(右面或左面，由2溫環境決定），4面絕熱(上下前后面）；
[0053]加熱機構100固定在糧倉單元裝置100內兩個相對的倉壁上，加熱機構100由多個 加熱管組成，圖4示出了加熱管在倉壁上的一種排列方式，加熱管的加熱溫度范圍在10-50 °C之間，其中，加熱機構100采用恒溫控制方式進行加熱，其內部傳感器探測到加熱機構100 的溫度達到目標溫度T b，停止加熱;傳感器探測到溫度小于Tb-2，開始加熱，恒溫控制方式防 止過度加熱，恒溫效果更好。
[0054] 傳感器組120包括溫度傳感器、濕度傳感器、水分傳感器和氣體傳感器，用于探測 谷物的溫度、濕度、水分和氣體濃度，傳感器之間不會產生互相干擾、解耦失敗等問題;傳感 器組120通過纜線固定在糧倉單元裝置100內，纜線垂直地面設置，纜線上端通過橫向固定 架固定在糧倉單元裝置100的頂部，纜線底端固定在糧倉單元裝置100的倉底。其中，多根纜 線相互平行并按照固定行距、列距布設成陣列，進一步的是，纜線上固定多層傳感器組120， 即傳感器組120排列成等行距、等列距和等層距的陣列，其最大行數為a，最大列數為b，最大 層數為c，a、b、c為大于2的正整數，優選為3 = 6、6 = 6、〇 = 4。傳感器組120還包括微型乂光透 射儀，其安裝在糧倉單元裝置內壁上，微型X光透射儀主要用于檢測糧食在溫度和濕度改變 的情況下，對糧食的裂紋率和爆腰率的影響。微型X光透射儀選用BJI-XZ型號的X光透視儀， 主要是由機器主機發射端和接收端組成，發射端發射X光射線，穿透物體后，由接收端接收X 射線，并且處理成圖像，在通過電腦連接打印機直接打出；主要作用是保證谷物的品質，裂 紋率和爆腰率增加會影響谷物的品質，從而影響經濟價值。傳感器組120還包括微型近紅外 光譜儀，安裝在倉壁內，其型號為JDSU MicroNIIO 1700,其工作原理為在不同的溫度下分 別獲取樣品的近紅外光譜，通過已建立好的預測模型，預測出不同溫度下樣品的蛋白質、淀 粉含量。研究不同溫度環境對樣品成分的影響，最終確定最優儲存環境。
[0055]溫度電纜130垂直地面設置，其上端通過橫向固定架固定在糧倉單元裝置100的頂 部，其底端固定在糧倉單元裝置100的倉底。溫度電纜130上設置設置多個測溫點131，測溫 點數量優選為4-8個，用于測定糧倉單元裝置100內不同部位的溫度。圖3示出了傳感器組 120和溫度電纜130在糧倉單元裝置100內部的一種排列方式，傳感器組120和溫度電纜130 采集糧倉單元裝置內個部位的溫度、濕度、谷物水分和氣體濃度等參數。
[0056]數據采集單元200連接糧倉單元裝置100和控制單元300,其包括接收單元、存儲單 元和輸出單元，接收單元連接溫度電纜和傳感器組，用于接收糧倉單元裝置內個部位的溫 度、濕度、谷物水分和氣體濃度等參數;存儲單元將參數進行存儲;輸出單元將糧倉單元裝 置內參數傳輸至控制單元300。
[0057]控制單元300具有數據處理功能并能將實時顯示糧倉單元裝置內數據，方便實驗 操作人員查看糧倉單元裝置內情況，優選的是，控制單元300采用Labview編程程序，其連接 數據采集單元，用于接收數據采集單元傳輸的數據并進行數據分析處理。其中，控制單元 300通過計算結露影響因子p來判斷倉儲狀態，其計算公式為：
[0058] ρ = ρι X Δ T+p2 X Δ H+p3 X Δ C (1)
[0059] 其中，P1為溫控系數，無因次;P2為濕控系數，無因次;P3為水控系數，無因次；ΔΤ為 累積谷物溫差；AH為累積谷物濕度差；AC為累積谷物水分差。表一示出了公式（1)中系數 的取值。
[0060] 表一溫控、濕控和水控系數匯總表
[0062]其中，公式(1)中的累積谷物溫差Δ T計算公式如下：
[0064]其中，i為溫度傳感器的層數，a為溫度傳感器的最大層數;j為溫度傳感器的行數， b為溫度傳感器的最大行數;k為溫度傳感器的列數，η為溫度傳感器的最大列數;Tljk為第i 層j行k列的溫度傳感器探測的溫度值。
[0065]累積谷物濕度差Λ Η計算公式如下：
[0067]其中，i為濕度傳感器的層數，a為濕度傳感器的最大層數;j為濕度傳感器的行數， b為濕度傳感器的最大行數;k為濕度傳感器的列數，η為濕度傳感器的最大列數;Hljk為第i 層j行k列的濕度傳感器探測的相對濕度。
[0068]累積谷物水分差AC計算公式如下：
[0070] 其中，i為谷物水分傳感器的層數，a為谷物水分傳感器的最大層數；j為谷物水分 傳感器的行數，b為谷物水分傳感器的最大行數;k為谷物水分傳感器的列數，η為谷物水分 傳感器的最大列數;C ljk為第i層j行k列的谷物水分傳感器探測的谷物水分值。
[0071] 當控制單元300檢測到0<p<0.25,谷物倉儲狀態優；
[0072]當控制單元300檢測到0.25<p<0.45，谷物倉儲狀態良，應加大通風量；
[0073]當控制單元300檢測到0.45<p<0.75,谷物倉儲狀態中，進一步加大通風量，控制 單元發出預警警報；
[0074] 當控制單元300檢測到0.75<p<0.85，谷物倉儲狀態差，控制單元判斷糧倉單元 裝置內結露機率增大，控制單元通過糧食平衡絕對濕度等溫線曲線判斷是否結露，控制單 元發出相應的預警或結露警報；
[0075]當控制單元300檢測到0.85<ρ<1，谷物倉儲狀態極差，控制單元判斷糧倉單元裝 置內結露機率進一步增大，控制單元通過糧食平衡絕對濕度等溫線曲線判斷是否結露，控 制單元發出相應的預警或結露警報。
[0076]盡管本發明的實施方案已公開如上，但其并不僅僅限于說明書和實施方式中所列 運用。它完全可以被適用于各種適合本發明的領域。對于熟悉本領域的人員而言，可容易地 實現另外的修改。因此在不背離權利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本發明并不限 于特定的細節和這里示出與描述的圖例。
【主權項】
1. 一種利用原位測量糧倉單元裝置判斷倉儲狀態的方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟1、傳感器組探測糧倉單元裝置內的谷物的溫度、濕度和水分信號，并將信號通過 數據采集單元傳輸至控制單元； 步驟2、控制單元根據信號計算結露影響因子P: p = pi X A T+p2 X A H+p3 XAC 其中，P1為溫控系數;P2為濕控系數;P3為水控系數；AT為累積谷物溫差；ΔΗ為累積谷 物濕度差；A C為累積谷物水分差； 步驟3:當O<p<0.25，谷物倉儲狀態優； 當0.25<p<0.45，谷物倉儲狀態良，加大通風量； 當0.45<p<0.75，谷物倉儲狀態中，加大通風量，發出預警； 當O . 75<p<0.85，谷物倉儲狀態差，控制單元判斷是否結露，發出相應的預警或結露 警報； 當0.85<ρ<1，谷物倉儲狀態極差，控制單元判斷是否結露，發出相應的預警或結露警 報。2. 如權利要求1所述的利用原位測量糧倉單元裝置判斷倉儲狀態的方法，其特征在于， 所述步驟3中控制單元通過糧食平衡絕對濕度等溫線曲線判斷是否結露，當發生結露時，控 制單元發出警報;當沒有發生結露時，控制單元發出預警。3. 如權利要求2所述的利用原位測量糧倉單元裝置判斷倉儲狀態的方法，其特征在于， 所述步驟2中 累積谷物溫差△ T計算公式如下：其中，i為溫度傳感器的層數，a為溫度傳感器的最大層數；j為溫度傳感器的行數，b為 溫度傳感器的最大行數;k為溫度傳感器的列數，η為溫度 傳感器的最大列數;Tljk為第i層j行k列的溫度傳感器探測的溫度值。4. 如權利要求3所述的原位測量糧倉單元裝置判斷倉儲狀態的方法，其特征在于，所述 累積谷物濕度差A H計算公式如下：其中，i為濕度傳感器的層數，a為濕度傳感器的最大層數；j為濕度傳感器的行數，b為 濕度傳感器的最大行數;k為濕度傳感器的列數，η為濕度傳感器的最大列數;Hljk為第i層j 行k列的濕度傳感器探測的相對濕度。5. 如權利要求4所述的原位測量糧倉單元裝置判斷倉儲狀態的方法，其特征在于，所述 累積谷物水分差A C計算公式如下：其中，i為谷物水分傳感器的層數，a為谷物水分傳感器的最大層數；j為谷物水分傳感 器的行數，b為谷物水分傳感器的最大行數;k為谷物水分傳感器的列數，η為谷物水分傳感 器的最大列數;Cljk為第i層j行k列的谷物水分傳感器探測的谷物水分值。6. -種原位測量糧倉單元裝置，其特征在于，使用權利要求1-5所述的判斷倉儲狀態的 方法，所述糧倉單元裝置包括： 倉體，用于放置谷物； 溫度電纜，其均勻布設在倉體內，用于探測倉體內溫度； 傳感器組，其上的溫度傳感器、濕度傳感器和水分傳感器通過纜線均勻布設在倉體內， 用于探測谷物的溫度、濕度和水分； 數據采集單元，其連接溫度電纜和傳感器組，用于接收并傳輸溫度電纜和傳感器組的 數據； 控制單元，其連接數據采集單元，用于接收數據采集單元傳輸的數據并進行數據分析 處理； 加熱機構，多點LED熱源加熱，所述熱源分別固定在倉體相對的倉壁上； 其中，所述控制單元連接加熱機構，其控制熱源在相對的倉壁上產生3~15度溫度差。7. 如權利要求6所述的原位測量糧倉單元裝置，其特征在于，還包括： 氣體濃度傳感器，用于探測糧倉單元裝置內氣體濃度； 微型X光透射儀，其安裝在糧倉內，用于檢測環境變化谷物產生的裂紋率和爆腰率。8. 如權利要求7所述的原位測量糧倉單元裝置，其特征在于，所述倉體為矩形或房型。9. 如權利要求7或8所述的原位測量糧倉單元裝置，其特征在于，所述傳感器組等行距、 列距和層距布設在糧倉單元裝置內；所述溫度電纜上布設4-8個測溫點，用于探測相應位置 的溫度。
【文檔編號】G01D21/02GK106017546SQ201610311156
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月11日
【發明人】吳文福, 吳玉柱, 吳子丹, 張忠杰, 尹慧敏, 張亞秋, 韓峰, 陳龍, 秦驍, 陳思羽, 劉哲, 吳新怡, 王小萌, 尹君
【申請人】吉林大學