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基于分布式拉曼光纤传感的粮食测温系统研究
摘要
本文主要研究了一种基于分布式拉曼光纤传感的粮食测温系统。粮食储存温度的监测对于农作物质量的保持至关重要，传统的温度测量方法不仅精度有限，而且不能及时监测到温度变化。而利用分布式拉曼光纤传感技术可以实现温度的实时监测和高精度测量。本文提出了一种基于分布式拉曼光纤传感的粮食测温系统设计方案，通过实验验证了该系统的可行性和优越性。该系统不仅节省了成本，而且具有实时性和高精度的特点，可以为粮食储存管理提供技术支持。
关键词：分布式拉曼光纤传感；粮食测温系统；温度监测；实时监测；高精度测量
Abstract
ThispapermainlystudiesagraintemperaturemeasurementsystembasedondistributedRamanfiberopticsensing.Thetemperaturemonitoringofgrainstorageiscrucialtomaintainthequalityofcrops.Traditionaltemperaturemeasurementmethodsarenotonlylimitedinaccuracy,butalsocannotmonitortemperaturechangesintime.UsingdistributedRamanfiberopticsensingtechnologycanachievereal-timemonitoringandhigh-precisiontemperaturemeasurement.ThispaperproposesadesignschemeofgraintemperaturemeasurementsystembasedondistributedRamanfiberopticsensing,andverifiesthefeasibilityandsuperiorityofthesystemthroughexperiments.Thesystemnotonlysavescosts,butalsohasreal-timeandhigh-precisioncharacteristics,whichcanprovidetechnicalsupportforgrainstoragemanagement.
Keywords:distributedRamanfiberopticsensing;graintemperaturemeasurementsystem;temperaturemonitoring;real-timemonitoring;high-precisionmeasurement
1.引言
随着我国经济的不断发展，农产品储存和质量保障成为农业工作的重要内容。粮食储存过程中，由于温度、湿度、氧气、二氧化碳等因素的影响，粮食易受到虫害、霉变、热损失等储存质量问题的影响。
因此，对于粮食的储存温度进行实时监测和高精度测量是十分重要的。目前，常见的粮食测温方法主要有接触式温度计、红外线测温仪和电阻温度计等。但是这些传统的温度测量方法不仅存在精度有限的问题，而且不能及时监测到温度变化。
因此，本文提出了一种基于分布式拉曼光纤传感的粮食测温系统，该系统可以实现温度的实时监测和高精度测量，为粮食储存管理提供技术支持。
2.分布式拉曼光纤传感技术
分布式拉曼光纤传感技术（DistributedRamanFiberOpticSensing，DRFOS）利用光纤作为传感器，利用拉曼效应实现对于温度、应变等量的测量。在光纤中发送一束激光器光，经过一段距离后，由于光的自然散射，部分光子与光纤材料原子分子发生散射，散射光谱包含了光纤材料的物理信息，包括温度、应变等量的信息。
分布式拉曼光纤传感技术具有以下优点：
（1）分布式的多点测量技术，可以在一个光纤上实现多个测量点的同时测量；
（2）高精度的测量技术，可以达到0.1℃的测量精度；
（3）可靠性强，可以长期稳定工作，不受外界干扰的影响。
3.基于分布式拉曼光纤传感的粮食测温系统设计
3.1系统组成
粮食测温系统主要由光纤、激光、功率随距离变化分布控制器、信号采集器以及数据处理器等组成。其中，分布式拉曼光纤传感器的主要组成部分是光纤和激光器。激光器发送光信号，通过光纤进行传输并被物体吸收后反射回光纤中，经过分布式拉曼光纤传感器处理后，就能够恢复物体的温度信息了。
3.2系统原理
分布式拉曼光纤传感器内部有多个测量点，它们分别对应着不同的温度值。当激光器发射激光进入光纤，光线被光纤材料内部的原子、分子所散射。如果原子、分子在散射后能够产生拉曼散射，则激光线就发生了拉曼散射，产生的光子比入射的光子具有不同的波长和频率。此时通过分析反射回去的光学信号得到反射