摘要：糧食儲備是保障國家民生安全的重要基石，糧倉在儲糧過程中，糧堆內(nèi)部易出現(xiàn)積熱霉變，倉房墻體、地坪會發(fā)生沉降開裂等結(jié)構(gòu)病害。傳統(tǒng)點式測溫電纜采用離散電子測點，存在監(jiān)測盲區(qū)、現(xiàn)場器件易腐蝕蟲蝕、不能監(jiān)測倉體結(jié)構(gòu)形變等問題。本文采用DTS分布式溫度傳感結(jié)合布里淵分布式應(yīng)變傳感一體化方案，構(gòu)建糧倉光纖安全監(jiān)測系統(tǒng)。利用無源特種鎧裝復(fù)合光纜，埋置于糧堆內(nèi)部實現(xiàn)全域溫度連續(xù)采集，敷設(shè)在倉房結(jié)構(gòu)體實現(xiàn)墻體、地坪應(yīng)變監(jiān)測。文章闡述系統(tǒng)工作原理、現(xiàn)場布設(shè)方案、核心功能算法，分析工程應(yīng)用效果。結(jié)果表明，分布式光纖傳感可以實現(xiàn)7×24小時不間斷監(jiān)測，提前識別糧堆局部積熱熱點、倉房微形變隱患，降低糧食霉變損耗，對智慧糧庫建設(shè)具備重要工程應(yīng)用價值。

關(guān)鍵詞：分布式光纖傳感；DTS；布里淵散射；智慧糧倉；糧堆溫度監(jiān)測；倉房結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測；儲糧安全

1 引言

糧食儲備屬于國家戰(zhàn)略基礎(chǔ)設(shè)施，國內(nèi)大量中央直屬儲備庫、地方儲備糧庫承擔(dān)大宗糧食儲存任務(wù)。糧食儲藏期間，受溫濕度、微生物影響，糧堆局部容易積蓄熱量，如果不能及時發(fā)現(xiàn)，會造成糧食發(fā)熱霉變，帶來直接經(jīng)濟損失；與此同時，倉房建筑長期承受糧食荷載、溫縮形變，墻體、地坪容易產(chǎn)生裂縫、不均勻沉降，嚴重威脅倉房本體安全。

現(xiàn)階段國內(nèi)多數(shù)糧倉主要依靠傳統(tǒng)點式測溫電纜開展糧溫監(jiān)測。該方案傳感器為電子器件，埋設(shè)在糧堆內(nèi)部，容易受潮、蟲蝕老化，需要頻繁檢修更換；測點離散布置，測點中間存在監(jiān)測盲區(qū)，小范圍的早期積熱很難被發(fā)現(xiàn)；傳統(tǒng)測溫電纜只能夠采集溫度，無法監(jiān)測倉房墻體、地坪的結(jié)構(gòu)形變隱患。大量倉房結(jié)構(gòu)病害，只能依靠人工定期肉眼巡檢，發(fā)現(xiàn)滯后。

分布式光纖傳感技術(shù)，光纜本身作為感知單元，現(xiàn)場無需有源電子器件，具備耐腐蝕、抗蟲咬、本質(zhì)防爆安全優(yōu)勢。DTS分布式光纖測溫可以獲取沿線連續(xù)溫度場；布里淵光纖傳感可以獲取沿線應(yīng)變形變信息。將二者結(jié)合應(yīng)用于糧倉，一套系統(tǒng)同時完成糧堆溫度監(jiān)測與倉房建筑結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測，為智慧糧倉提供新型技術(shù)手段。

2 分布式光纖傳感基本原理

2.1 DTS分布式光纖測溫原理

基于拉曼散射光學(xué)效應(yīng)，激光脈沖送入傳感光纜，產(chǎn)生斯托克斯光與反斯托克斯光；反斯托克斯光強度對溫度敏感，通過兩組光信號比值解算光纜沿線每一點溫度，實現(xiàn)全線分布式溫度測量，設(shè)置溫度閾值、溫升速率雙重判據(jù)識別糧堆積熱熱點。

2.2 布里淵分布式應(yīng)變傳感原理

激光在光纖中產(chǎn)生布里淵散射，光纖發(fā)生拉伸、壓縮形變時，布里淵頻移會隨之改變；通過解調(diào)布里淵頻移變化，解算出光纜沿線應(yīng)變數(shù)值，以此監(jiān)測倉房墻體、地坪的形變、微裂縫、不均勻沉降。

2.3 一體化系統(tǒng)架構(gòu)

一體化解調(diào)主機兼容DTS測溫與布里淵應(yīng)變解調(diào)?，F(xiàn)場布設(shè)糧庫專用鎧裝復(fù)合光纜，一部分垂直埋入糧堆，一部分固定于倉房墻體與地坪；光信號傳回機房主機完成解調(diào)。數(shù)據(jù)一路本地監(jiān)控軟件存儲展示；一路遠傳至智慧糧庫平臺；報警信號輸出繼電器、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，可實現(xiàn)聲光、短信聯(lián)動報警。

3 糧倉現(xiàn)場光纜布設(shè)方案

3.1 糧堆內(nèi)部光纜布設(shè)

參照糧倉測溫點布置規(guī)范，將抗蟲蝕鎧裝復(fù)合光纜垂直布放至糧堆，替代傳統(tǒng)測溫電纜，沿倉房跨度方向按間距布設(shè)光纜，直達糧堆下部區(qū)域，實現(xiàn)糧堆從上至下全程溫度連續(xù)采集。

3.2 倉房墻體、倉頂布設(shè)

光纜沿倉房內(nèi)外墻體、倉頂表面貼合敷設(shè)，固定牢靠，與結(jié)構(gòu)體充分耦合，感知墻體開裂帶來的應(yīng)變變化。

3.3 地坪監(jiān)測光纜布設(shè)

光纜鋪設(shè)于地坪表層，監(jiān)測地坪不均勻沉降，捕捉地坪開裂早期信號。

光纜選型要點：糧庫場景必須選用特種鎧裝光纜，具備抗蟲咬、抗壓、耐腐蝕性能，適配糧食堆壓環(huán)境。

4 系統(tǒng)功能與算法策略

4.1 糧堆熱點識別算法

針對不同儲糧品種設(shè)置溫度閾值、溫升速率雙重報警邏輯，區(qū)分環(huán)境溫度晝夜波動與糧堆真實積熱，減少誤報警，捕捉早期局部發(fā)熱。

4.2 倉房形變異常判別算法

采集倉房正常狀態(tài)下基線應(yīng)變數(shù)據(jù)，當(dāng)應(yīng)變偏移基線達到閾值，判定墻體、地坪出現(xiàn)形變風(fēng)險，輸出報警位置，提示運維人員現(xiàn)場核查。

4.3 多源數(shù)據(jù)融合

溫度、應(yīng)變數(shù)據(jù)時間同步，可關(guān)聯(lián)分析：倉房地坪沉降，是否同步帶來局部糧溫異常，輔助運維人員綜合研判糧倉風(fēng)險。

5 工程應(yīng)用效果分析

分布式光纖監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用于平房倉、淺圓倉項目可以取得良好效果：

1）儲糧安全層面，實現(xiàn)糧堆無盲區(qū)連續(xù)溫度監(jiān)測，能夠發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)點式傳感器容易漏掉的小范圍早期積熱，提前預(yù)警，有效減少糧食霉變損耗；光纜埋入糧堆，不受蟲蝕潮濕影響，大幅減少更換測溫電纜的人工成本。

2）倉房結(jié)構(gòu)安全層面，能夠持續(xù)監(jiān)測墻體、地坪微形變，在肉眼可見裂縫出現(xiàn)之前捕捉結(jié)構(gòu)隱患，變?nèi)斯ざㄆ谘矙z為在線實時監(jiān)測。

3）安全防爆層面，現(xiàn)場全部無源光纜，無帶電部件，滿足糧倉防火防爆的安全管理要求。

同時該技術(shù)也存在約束：光纜敷設(shè)施工質(zhì)量直接影響信號耦合效果，糧庫實施過程中，應(yīng)當(dāng)嚴格把控光纜固定、布設(shè)工藝，保證光纜和倉體、糧堆充分接觸。

6 結(jié)論

傳統(tǒng)糧倉監(jiān)測手段存在監(jiān)測盲區(qū)、器件易損壞、無法監(jiān)測建筑結(jié)構(gòu)的短板。DTS?布里淵一體化分布式光纖監(jiān)測系統(tǒng)，依靠光纜無源、分布式感知優(yōu)勢，同時實現(xiàn)糧堆儲糧安全監(jiān)測和倉房建筑結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測，滿足糧倉防爆安全要求，降低后期運維工作量，在智慧儲備糧庫新建及改造項目中，具備廣闊應(yīng)用推廣價值。

參考文獻

[1] LS/T 8001?2014，糧油儲藏 糧情測控系統(tǒng)[S]

核心產(chǎn)品主詞

糧倉分布式光纖監(jiān)測系統(tǒng)、智慧糧庫光纖監(jiān)測設(shè)備、糧堆DTS分布式測溫系統(tǒng)、糧倉布里淵結(jié)構(gòu)應(yīng)變監(jiān)測系統(tǒng)、儲備糧庫光纖糧情監(jiān)測

技術(shù)原理

DTS分布式拉曼測溫、布里淵分布式應(yīng)變傳感、分布式光纖傳感、無源光纖感知、多參量一體化光纖監(jiān)測

監(jiān)測對象

平房倉、淺圓倉、立筒倉、中央儲備糧庫、地方儲備庫、糧堆積熱、倉房墻體開裂、地坪不均勻沉降、糧倉電纜火情

性能指標(biāo)

分布式連續(xù)測溫、無監(jiān)測盲區(qū)、糧堆熱點定位、倉房微形變監(jiān)測、抗蟲蝕鎧裝光纜、糧倉防爆本征安全、溫升速率報警

設(shè)備硬件

DTS+布里淵一體化解調(diào)主機、糧庫專用抗蟲蝕鎧裝復(fù)合光纜、上位機監(jiān)測軟件、智慧糧庫平臺對接模塊

現(xiàn)場作業(yè)

糧堆內(nèi)光纜布設(shè)、倉房墻體光纜敷設(shè)、糧倉地坪光纜施工、新建糧庫同步預(yù)埋光纜、舊糧倉智能化改造光纜安裝

工程應(yīng)用場景

智慧糧庫建設(shè)、中央儲備糧庫監(jiān)測改造、平房倉糧情在線監(jiān)測、筒倉倉體結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測、糧食倉儲安全風(fēng)險預(yù)警

標(biāo)書長尾關(guān)鍵詞

儲備糧倉糧堆分布式光纖測溫、糧倉墻體地坪形變在線監(jiān)測系統(tǒng)、糧庫防爆型光纖糧情監(jiān)測方案、智慧倉儲多參量光纖感知系統(tǒng)