基于荧光光纤传感的冷藏车温度监测及动态预

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摘要：摘要：冷藏车温度监控是保证水产品运输过程中质量安全、减少经济损耗的关键，当前冷藏车温度监控在智能控制方面缺乏较好的方法，常规的冷藏车温度监测采用传统传感器，根据单一阈值的控制方法，缺乏足够可靠性和动态预警手段。本研究分析了荧光光纤测温技术

　　摘要：冷藏车温度监控是保证水产品运输过程中质量安全、减少经济损耗的关键，当前冷藏车温度监控在智能控制方面缺乏较好的方法，常规的冷藏车温度监测采用传统传感器，根据单一阈值的控制方法，缺乏足够可靠性和动态预警手段。本研究分析了荧光光纤测温技术原理，建立了基于荧光光纤技术的冷藏温度监测方案，形成了冷藏车温度动态预警模型。验证结果表明，采用均值预测算法能够较好地预估冷藏车温度变化趋势，预测温度与实测温度最大偏差为0.27 ℃，冷藏车温度预测模型中的预警域能够根据温度变化，动态调节预警值，实现动态预警，为冷藏车温度监测提供了一种新方法。

　　关键词：冷藏车;荧光光纤;温度监测;动态预警;传感器

　　作者：倪锦

　　通信作者：沈建

　　随着社会的进步和人民生活水平的提高，人们对水产品保鲜要求越来越高，水产品冷链物流便应运而生，水产品冷链物流是指冷藏冷冻类水产品在生产、运输、销售到消费的各个供应链环节中始终处于特定的低温环境下，以保证水产品质量安全、保鲜，减少资源损耗的一项系统工程[1]。我国冷链物流系统的发展水平尚处于初级阶段，相关设施以及管理体系还不完善，水产品流通损耗率远高于发达国家的5%的平均水平[2]。水产品冷藏车在水产品冷链物流中起到非常重要的作用，是冷链物流的关键环节[3]，对于一般的温度不敏感的水产品，当测量的温度超过一定阈值时会发出警报从而采取应急措施，然而对于某些高价值且对温度敏感的水产制品等一旦温度超过一定的阈值将会造成其品质降低[4]。

　　近年来，国内外学者在冷藏车环境温度监测、荧光光纤测温领域开展了相关研究，李锦等基于动态热平衡方程，對影响车厢内温度的条件进行了分析，并建立了冷藏车车厢开门时，车厢内温度的数学模型，对不同参数调解下的温湿度变化情况开展了仿真验证[5]。孙桂初介绍了易腐货物对温度条件的要求、恒温控制的基本方式、恒温与检温的配合等问题，并提出冷藏车应选择的最优检温仪表[6]。杨洁等以Atmega16单片机为控制核心的冷藏车空调控制器的原理、功能和设计方案，详细描述了软件开发与实现流程，分析了系统的可靠性，该款空调控制器在功能上较普通冷藏车空调控制器有了较大改进[7]。张载龙等针对逆向传播(BP)神经网络中存在的收敛速度慢的问题，提出了一种自适应的学习速率的新方法，并将其应用于冷藏车温度预测中，通过Matlab仿真表明该算法具有很好的预测效果[8]。彭灵利等利用荧光光纤检测法监测环网柜电缆接口温度，具有高精度，可以满足环网柜在线监测实际需求[9]。

　　综上所述，冷藏车的温度监测是保证冷藏货物品质的重要手段，现有冷藏车的温度监测采用传统传感器根据单一临界点温度确定冷藏车温度的波动情况，缺乏动态预警手段。为此，本研究拟建立基于荧光光纤测温技术的冷藏温度监测方法，形成冷藏车温度动态预警模型，并开展试验验证动态预警的可行性。

　　1荧光光纤测温的原理

　　某些特定稀土元素的荧光物质，其荧光寿命与温度有着固定的关系。从图1可以看出，荧光寿命从荧光信号Io衰减到Io/e的时间，荧光寿命与温度存在确定的函数关系，只要获得荧光寿命与温度的函数，就可以根据荧光寿命确定温度的值[10]。

　　荧光型光纤传感器在使用的过程中，被测目标的温度是荧光光纤材料发出荧光寿命的单值函数，与系统的其他变量无关，即不受光纤的微弯曲、耦合、散射、背反射等影响，相对于其他测温方法具有明显的优势[11]。(1)荧光光纤温度传感探头采用全光纤微小探头，无金属材料，具有完全的电绝缘性、可耐受化学腐蚀、高压、强电磁场等;(2)荧光光纤温度传感器的测温探头尺寸小，柔韧性好，耐高温，可实现探头直径0.2～3.0 mm，弯曲半径最小到5 mm以下，可以应用在微小功能系统;(3)测温探头可以互换，测温探头替换后不须要校正，可采用直接接触式实时温度监测，性能可靠稳定。

　　荧光光纤测温装置原理见图2，荧光光纤传感器的温度测量方法为荧光物质的分子外层电子受到激发光照射后，出现电子吸收能量跃迁，当激发光照射结束后，电子重新返回基态的过程有能量辐射，产生荧光。其物质表面温度与荧光余辉衰减存在关联，关系如下：

　　I(t)=AIp(T)e1τ(T)(1)

　　式中：A为常系数;t为余辉衰减时间;τ(T)为荧光寿命;T为温度;AIp为荧光峰值强度。

　　2冷藏车内温度监测方法

　　2.1冷藏车内的传感器布置

　　荧光光纤传感器布置在冷藏车中回风口区域，以悬挂的方式固定传感器，用来监测回风气流温度，在冷藏车靠近箱柜门的货物堆放区和冷藏车几何中心位置分别设置传感器，在车厢顶部设置传感器。在冷藏车内布置的传感器见图3。

　　2.2冷藏车温度监测方案

　　冷藏车的温度监测系统包括荧光光纤探头、光纤温度变送器、光电转换模块以及采集软件等。荧光传感器参数见表1，荧光光纤探头由ST接头、光纤光缆、末端感温端等3部分组成，荧光光纤探头整体耐200 ℃高温，外表直径为3 mm，长期弯曲半径为13.2 cm，短期弯曲半径为4.4 cm。光纤引出线对地距离为0.4 m的情况下，耐受工频电压100 kV，持续时间为5 min。光纤温度变送器拥有标准的通信接口，可将温度信息远传至后台。通信方式包括RS485、Modbus和模拟信号灯。测量精度为±1% ℃，分辨率为0.1 ℃。光电转换模块负责发送、接收并解析荧光光纤传回的含有温度信息的光信号。

　　推荐阅读：《光纤与电缆及其应用技术》(双月刊)创刊于1967年，由中国电子科技集团公司第二十三研究所主办。本刊为全国创办最早的光纤与电缆专业期刊之一。

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