CN109781299A - 一种白酒窖池光纤温湿度监测拓扑系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种白酒窖池光纤温湿度监测拓扑系统及方法，监测拓扑系统包括若干所述的光纤温湿度探杆以及传输光缆和监测主机，各光纤温湿度探杆分别通过传输光缆与监测主机连接，监测主机包括分布式湿度传感主机和分布式温度传感主机。光纤温湿度探杆包括定位盘和探杆本体，探杆本体最前端为锥形结构，方便插入窖池中，探杆本体的圆柱体段设置若干导气孔，并在各导气孔处安装光纤温湿度探头，光纤温湿度探头通过螺纹连接安装在探杆本体内，各光纤温湿度探头之间通过多芯复合光缆连接。所述探杆为纯光学器件，无源、本安，探杆本体采用食品级不锈钢材质制作，耐酸且无析出，属于食品级卫生材料，配合其他检测设备可实现白酒窖池温湿度的实时监控。

Description

一种白酒窖池光纤温湿度监测拓扑系统及方法

技术领域

本发明属于光纤传感器技术领域，特别涉及一种白酒窖池光纤温湿度监测拓扑系统及监测方法。

背景技术

白酒发酵过程中，温度、湿度是影响微生物生长代谢的重要因素。窖池内的酿酒微生物随发酵进程消长，代谢生成各种呈香呈味的物质，由此决定了酒的质量。所以准确、完整地监测窖池内部的温度和湿度具有重要意义。

目前，我国大部分白酒厂采用人工巡检的方式来监测窖池内部的温湿度，但是该方式不能保证测量时间、测量位置和测量数据的准确性，这是制约酒厂质量和产量的重要因素。因为窖池数量大，人工巡检方式不可能在同一时间内测量所有窖池温湿度，也不能保证每次测量位置完全相同，导致不同窖池间环境数据及同一窖池数据的可比性差。

对于酒窖的日常维护，由于工作量大、人员依赖性强、数据的维护和分析困难，导致工作起来既不方便而且会带来大量的维护成本。而常规的电子式传感器需要在现场引入带电设备，有一定的安全隐患，电子湿度传感器受工作原理限制，无法长期在高湿环境下工作，可靠性差、寿命短。因此，研发一种更好的对窖池温度和湿度监测的监测系统及方法十分必要。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明提供了一种白酒窖池光纤温湿度监测拓扑系统及监测方法，所述探杆为纯光学器件，无源、本安，探杆本体采用食品级不锈钢材质制作，耐酸且无析出，属于食品级卫生材料，配合其他检测设备形成拓扑监测系统，可实现白酒窖池温湿度的实时监控。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种光纤温湿度探杆，包括定位盘和探杆本体，所述探杆本体为中空管状结构，最前端为锥形，而后逐渐过渡为圆柱体形，所述定位盘焊接于探杆本体后端，所述探杆本体的圆柱体段设置若干导气孔，并且在各导气孔处安装光纤温湿度探头，所述光纤温湿度探头通过螺纹连接安装在探杆本体内，且各光纤温湿度探头之间通过多芯复合光缆连接，定位盘距其最邻近的光纤温湿度探头的距离a为0.3~1m，优选为0.5m，且相邻光纤温湿度探头间的间隔b为0.5m-1.5m，优选为1m。

进一步的，所述探杆本体的长度为1m-5m，优选为3m；圆柱体段的外径为0.02m-0.06m，优选为0.04m。

进一步的，所述多芯复合光缆从探杆本体后端穿出，并与传输光缆连接，所述传输光缆为多芯复合光缆，其芯数与探杆本体内的光纤温湿度探头个数相匹配。

进一步的，所述光纤温湿度探杆的材质为316L不锈钢。

一种基于所述光纤温湿度探杆的白酒窖池光纤温湿度监测拓扑系统，所述系统包括若干所述的光纤温湿度探杆以及传输光缆和监测主机，各光纤温湿度探杆分别通过传输光缆与监测主机连接，所述监测主机包括分布式湿度传感主机和分布式温度传感主机。

一种基于上述系统的白酒窖池温湿度监测方法，包括以下步骤：

（1）将各光纤温湿度探杆分别插入各白酒窖池中，保证探杆本体上的各光纤温湿度探头均位于白酒窖池内，用于实时测量白酒窖池内的温湿度；

（2）窖池温度测量：开启分布式光纤温度传感主机测量各光纤温湿度探头的温度值，所述温度值T为位置的函数Tx=f(x)，其中x表示光纤上距离分布式光纤温度传感主机起点的位置，Tx表示对应位置的温度，所述探杆本体上需要测温的位置开设导气孔，根据导气孔的位置x1、x2、x3......xn，得到相应的温度值T1、T2、T3……Tn；

对窖池中每个待测位置的温度均进行多次测量，累加后取平均值：

其中，N为测量次数，N优选为10~20；平均后的温度值为；

（3）窖池湿度测量：开启分布式光纤湿度传感主机，所述湿度值R为温度值的函数；

其中，Rx表示位置为x处的相对湿度，p1为分布式光纤湿度传感主机获取的实际空气中的蒸气压值，p2为当前温度值Tx下的饱和蒸气压值，p2与Tx的关系可以查水在各种温度下的饱和蒸气压表得到，根据平均后的温度值，带入湿度计算公式得到相应的湿度值R1、R2、R3……Rn。

本发明相比现有技术的有益效果为：

1、现有的铂电阻温度传感器可测量白酒窖池温度，但须带电操作，有安全隐患，无线类的电子传感器含有电池，若电池泄漏会污染窖池，造成经济损失，湿敏电容传感器可测量窖池内湿度，但这种传感器在高湿环境可靠性低，寿命短，极易损坏，无法长期工作；相比之下本发明所述的用于检测白酒窖池温湿度的光纤温湿度探杆，集成了多个光纤温湿度探头，各探头均为纯光学器件，无源、本安，光纤传感器技术可靠性高，寿命长，免维护；

2、本发明所述的用于检测白酒窖池温湿度的光纤温湿度探杆，其探杆本体采用食品级316L不锈钢材质制作，耐酸且无析出，属于食品级卫生材料，保证了传感部件安全、无污染，配合其他检测设备可实现白酒窖池温湿度的实时监控。

附图说明

图1为本发明所述光纤温湿度探杆的结构示意图；

图2为本发明所述基于光纤温湿度探杆的白酒窖池光纤温湿度监测拓扑系统结构示意图；

图3为白酒窖池光纤温湿度监测方法流程图。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，本实施例提供了一种光纤温湿度探杆，包括定位盘1和探杆本体2，所述探杆本体为中空管状结构，最前端为锥形结构，方便插入窖池中，而后逐渐过渡为圆柱体形，所述定位盘焊接于探杆本体后端，所述探杆本体的圆柱体段设置若干导气孔3，并且在各导气孔处安装光纤温湿度探头，所述光纤温湿度探头通过螺纹连接安装在探杆本体内，且各光纤温湿度探头间通过多芯复合光缆连接，定位盘距其最邻近的光纤温湿度探头的距离a为0.5m，且相邻光纤温湿度探头间的间隔b为1m。所述多芯复合光缆从探杆本体后端穿出，并与传输光缆4连接。所述探杆本体2的长度为3m；圆柱体段的外径为0.04m。所述光纤温湿度探杆采用316L不锈钢制成，为食品级不锈钢，保证传感部件安全、无污染。

如图2所示，本实施例提供了一种基于上述光纤温湿度探杆的白酒窖池光纤温湿度监测拓扑系统，所述系统包括若干所述的光纤温湿度探杆以及传输光缆4和监测主机5，各光纤温湿度探杆分别通过传输光缆与监测主机连接，所述监测主机包括分布式湿度传感主机和分布式温度传感主机。所述探杆本体后端与传输光缆4连接，所述传输光缆4为普通通信用的单模和多模光缆，选用多芯复合光缆，其芯数及类型应与光纤温湿度探杆相匹配，传输光缆采用不锈钢铠装及多层护套保护，提高光缆的机械强度，传输光缆的外径为4.8mm。

光纤温湿度探杆内部在不同长度处各安装一组光纤温湿度探头，可实现单根探杆多点温度、湿度同步测量。将所述光纤温湿度探杆竖直插入白酒窖池中，通过传输光缆进行数据采集和传输，即能实时监测白酒窖池、发酵堆内不同深度的温湿度监控。

实施例2

如图3所示，本实施例利用实施例1中所述的系统检测白酒窖池的温湿度，所述监测方法包括以下步骤：

（1）将各光纤温湿度探杆分别插入各白酒窖池中，保证探杆本体上的各光纤温湿度探头均位于白酒窖池内，用于实时测量白酒窖池内的温湿度；

（2）窖池温度测量：开启分布式光纤温度传感主机测量各光纤温湿度探头的温度值，所述温度值T为位置的函数Tx=f(x)，其中x表示光纤上距离分布式光纤温度传感主机起点的位置，Tx表示对应位置的温度，单根测温光纤即可测量到探杆内部不同位置处的温度，所述探杆本体上需要测温的位置开设导气孔3，外界空气能自由进入探杆中，根据导气孔的位置x1、x2、x3......xn，得到相应的温度值T1、T2、T3……Tn；

为了提高信噪比和测温准确度，采用累加平均算法，对待测位置的温度多次测量，累加后取平均值：

其中，N为测量次数，累加次数太少，信噪比不够影响测温精度，累加次数太多又影响系统响应时间，为兼顾测温精度和响应时间，N=10~20，平均后的温度值为；

（3）窖池湿度测量：开启分布式光纤湿度传感主机，一个通道接一个湿度探头，探头位置与上述的导气孔相同。在一根探杆内集成多个湿度探头后，通过主机内的光开关切换通道进行测量，得到各探头的湿度数据。探头湿度值的计算与外界温度息息相关，所以探头处湿度值的准确解调依赖于上述的温度传感主机得到的温度值。所述湿度值R为温度值的函数；

其中，Rx表示位置为x处的相对湿度，p1为分布式光纤湿度传感主机获取的实际空气中的蒸气压值，p2为当前温度值Tx下的饱和蒸气压值，p2与Tx的关系可以查水在各种温度下的饱和蒸气压表（可参考https://wenku.baidu.com/view/93813a52c281e53a5902ff25.html）得到，根据平均后的温度值，带入湿度计算公式得到相应的湿度值R1、R2、R3……Rn。

Claims (8)

1.一种光纤温湿度探杆，其特征在于，所述探杆包括定位盘（1）和探杆本体（2），所述探杆本体为中空管状结构，最前端为锥形，而后逐渐过渡为圆柱体形，所述定位盘焊接于探杆本体后端，所述探杆本体的圆柱体段设置若干导气孔（3），并且在各导气孔处安装光纤温湿度探头，所述光纤温湿度探头通过螺纹连接安装在探杆本体内，且各光纤温湿度探头之间通过多芯复合光缆连接，定位盘距其最邻近的光纤温湿度探头的距离a为0.3~1m，且相邻光纤温湿度探头间的间隔b为0.5m-1.5m。

2.根据权利要求1所述的光纤温湿度探杆，其特征在于，所述探杆本体（2）的长度为1m-5m，圆柱体段的外径为0.02m-0.06m。

3.根据权利要求1所述的光纤温湿度探杆，其特征在于，所述多芯复合光缆从探杆本体后端穿出，并与传输光缆（4）连接。

4.根据权利要求3所述的光纤温湿度探杆，其特征在于，所述传输光缆（4）为多芯复合光缆，其芯数与探杆本体内的光纤温湿度探头（3）个数相匹配。

5.根据权利要求1-4任一项所述的光纤温湿度探杆，其特征在于，所述光纤温湿度探杆的材质为316L不锈钢。

6.一种基于如权利要求1-5任一项所述光纤温湿度探杆的白酒窖池光纤温湿度监测拓扑系统，其特征在于，所述系统包括若干所述的光纤温湿度探杆以及传输光缆（4）和监测主机（5），各光纤温湿度探杆分别通过传输光缆与监测主机连接，所述监测主机包括分布式湿度传感主机和分布式温度传感主机。

7.一种基于如权利要求6所述系统的白酒窖池温湿度监测方法，其特征在于，所述监测方法包括以下步骤：

（1）将各光纤温湿度探杆分别插入各白酒窖池中，保证探杆本体上的各光纤温湿度探头均位于白酒窖池内，用于实时测量白酒窖池内的温湿度；

（2）窖池温度测量：开启分布式光纤温度传感主机测量各光纤温湿度探头的温度值，所述温度值T为位置的函数Tx=f(x)，其中x表示光纤上距离分布式光纤温度传感主机起点的位置，Tx表示对应位置的温度，所述探杆本体上需要测温的位置开设导气孔（3），根据导气孔的位置x1、x2、x3......xn，得到相应的温度值T1、T2、T3……Tn；

对窖池中每个待测位置的温度均进行多次测量，累加后取平均值：

其中，N为测量次数；平均后的温度值为；

（3）窖池湿度测量：开启分布式光纤湿度传感主机，所述湿度值R为温度值的函数；

其中，Rx表示位置为x处的相对湿度，p1为分布式光纤湿度传感主机获取的实际空气中的蒸气压值，p2为当前温度值Tx下的饱和蒸气压值，p2与Tx的关系可以查水在各种温度下的饱和蒸气压表得到，根据平均后的温度值，带入湿度计算公式得到相应的湿度值R1、R2、R3……Rn。

8.根据权利要求7所述的白酒窖池温湿度监测方法，其特征在于，步骤（2）中N=10~20。