一种基于NMR的粮仓多场耦合图形化探测系统和方法技术方案

一种基于NMR的粮仓多场耦合图形化探测系统和方法属于粮堆生态系统多场耦合作用研究领域，本发明专利技术的系统由粮仓模拟装置、核磁共振成像分析仪和数据采集处理系统组成，本发明专利技术首次将核磁共振成像技术用于粮堆多场耦合作用的探测，能解决现有技术手段检测精度低、易受干扰、实施困难和无法精确探测粮堆水分场等问题，通过该系统可以实现多场储粮场景的模拟和储粮边界条件的精确控制，可以实现对粮堆温度、水分和相对湿度多物理场参数的快速、无损、真实精准探测，并结合粮情云图技术实现对粮堆多场耦合作用可视化分析和预测，为粮堆生态系统多场耦合作用的研究提供了一种新的技术手段。段。段。

【技术实现步骤摘要】
一种基于NMR的粮仓多场耦合图形化探测系统和方法


[0001]本专利技术涉及粮堆生态系统多场耦合作用研究领域，具体涉及一种基于NMR的粮仓多场耦合图形化探测系统和方法。

技术介绍

[0002]粮仓中的粮食在储藏过程是一个复杂的多场耦合生态系统。该系统由生物因子和非生物因子组成，生物因子包括粮食、微生物(真菌、细菌等)、储粮害虫(昆虫、螨类等)、动物(啮齿动物、鸟类等)等，其构成了粮堆中的生物场；非生物因子包括温度、水分、相对湿度、气体成分、微气流等，其构成了粮堆中的物理场。这些场与场之间存在着众多复杂的相互耦合作用和联系，如温度对粮食呼吸作用影响、对储粮害虫生长繁殖影响、对储粮微生物的影响、储粮品质变化的影响等，共同决定着粮堆生态系统的稳定性。
[0003]在粮堆生态系统的众多因子中，温度、水分和湿度是影响粮堆储藏稳定性的关键性因素。粮堆温度分布的差异性会导致粮食水分发生迁移，引起粮堆孔隙中微气流发生流动，使水分从高温区向低温区转移；使湿度从低温区向高温区转移。在粮堆内部形成局部温度、水分和湿度的积聚，诱发粮食霉变、发热和虫害，对储粮安全造成重大威胁。因此掌握粮堆中温度场、水分场和湿度场的实时状态变化、运用多场耦合理论预测分析其状态变化规律，对实现安全储粮具有重要意义。
[0004]目前主要使用数值模拟法和实仓实验法对粮堆中的多场耦合作用进行探测。数值模拟法通过建立二维或三维模型数学模型，采用CFD、COMSOL等模拟分析软件进行数值模拟对粮堆中场的变化规律探测，该类技术常基于理想假设的数学模型，对部分粮堆参数进行假设和简化，且需花费较多时间调整参数，无法实现实时精准探测，不能更好应用于实际。实仓实验法多集中在粮堆温湿度场的探测，通过温湿度传感器对粮堆中的温湿度变化进行探测，该类技术数据采样周期长、费时费力，且温湿度传感器容易受到外界环境因素和干扰信号的影响，难以保证探测结果的准确性。此外，现有粮堆多场耦合探测技术也无法实现粮堆水分场的真实精准探测，导致多场耦合作用下粮堆水分场的变化仍处于“黑箱”阶段。因此，亟需专利技术一种能够对粮堆温湿水三参数进行精密探测的粮堆多场耦合探测系统，为粮堆多场耦合作用的研究提供一种新的技术手段。

技术实现思路

[0005]本专利技术设计开发了一种基于NMR的粮堆多场耦合图形化探测系统和方法，利用粮仓模拟装置模拟实际粮仓环境；利用核磁共振成像分析仪采集储粮周期内粮堆的水分变化数据；利用固定间距的多个温度传感器采集储粮周期内粮堆的温度变化数据，利用多场耦合数学模型计算粮堆湿度变化数据，实现了粮堆温度、湿度和水分三参数的精密探测，并能通过配套云图生成软件重现粮堆温度场、水分场和湿度场云图。通过该系统可对多种储粮场景条件下粮堆内的温度场、湿度场和水分场之间的相互耦合机理进行深入研究，可为粮堆多场耦合作用的研究提供一种新的技术手段。
[0006]本专利技术的基于NMR的粮仓多场耦合图形化探测系统，其特征在于：由粮仓模拟装置A、核磁共振成像分析仪B和数据采集处理系统C组成，其中：工作状态下，粮仓模拟装置A置于核磁共振成像分析仪B的大口径检测线圈B2中；数据采集处理系统C内置于核磁共振成像分析仪B的控制柜B3中，并与粮仓模拟装置A、核磁共振成像分析仪B的大口径检测线圈B2通信连接。
[0007]所述的粮仓模拟装置A由储粮罐A1、第二检测线路板组A2、第一检测线路板A3和顶盖组件A4和插接件1组成，其中：
[0008]储粮罐A1为敞口圆筒状，其壳体2上端内面设有均布的凸台组3的四个凸台；
[0009]第二检测线路板组A2由24块结构相同的检测线路板组件组成，每块检测线路板组件均由线路板4、温度传感器组5的5个温度传感器和发光二极管6组成，温度传感器组5的5个温度传感器均布于线路板4的上部，发光二极管6固接于线路板4近下端；
[0010]第一检测线路板A3为圆形，其上设有定位孔组7的24个孔，且在与圆心同心的三个圆上分布，由内至外分别为4个、8个和12个；圆周上均布凸台组8的四个凸台；
[0011]顶盖A4为伞形，上面近前端固接有提柄9、上面右侧设有螺纹孔10，下端面设有滑槽组11的4个滑槽、凹槽组12的4个凹槽；
[0012]储粮罐A1、第二检测线路板组A2、第一检测线路板A3和顶盖组件A4自下而上顺序排列，第二检测线路板组A2的24块线路板上端对应固接于第一检测线路板A3的24个孔下面；工作状态下，第二检测线路板组A2的24块线路板位于储粮罐A1内，第一检测线路板A3中凸台组8的四个凸台与储粮罐A1内面接触；
[0013]第一检测线路板A3与插接件1通信连接；
[0014]插接件1与顶盖A4的螺纹孔10螺纹连接。
[0015]所述的核磁共振成像分析仪B由C型大孔腔磁体B1、大口径检测线圈B2、控制柜B3、显示器B4和线圈支架B5组成，其中：大口径检测线圈B2下端固接于线圈支架B5的上端；线圈支架B5置于C型大孔腔磁体B1的中心位置；控制柜B3置于C型大孔腔磁体B1的右侧，并与大口径检测线圈B2通信连接；显示器B4置于控制柜B3的上端，并与控制柜B3通信连接。
[0016]所述的数据采集处理系统C由工控机C1、核磁共振成像软件C2、温度数据采集软件C3和云图生成软件C4组成，其中：工控机C1内置于控制柜B3中，并与大孔径检测线圈B2和粮仓模拟装置A通信连接；核磁共振成像软件C2、温度数据采集软件C3与工控机C1通信连接；云图生成软件C4与核磁共振成像软件C2、温度数据采集软件C3通信连接；云图生成软件C4包括数据处理模块13、云图生成模块14和数据存储模块15，云图生成模块14与数据处理模块13、显示器B4通信连接，云图生成模块14、数据存储模块15相互通信连接。
[0017]所述基于NMR的粮仓多场耦合图形化探测系统的探测方法，包括下列步骤：
[0018]1)在储粮罐A1内装入一定高度的粮食、第二检测线路板组A2和第一检测线路板A3，安装顶盖A4并做密封处理，然后放入模拟环境中进行储藏模拟；
[0019]2)用标准油样对核磁共振成像分析仪B的中心频率、磁场均匀度、软硬射频脉冲宽度等仪器参数进行校正；
[0020]3)将粮仓模拟装置A从模拟环境中取出，放入核磁共振成像分析仪B的大口径检测线圈B2内，运行温度数据采集软件C3采集此时刻粮仓模拟装置A内粮堆的温度分布数据；运行核磁共振成像软件C2，调整层数、层厚、层间距等成像参数，使核磁共振成像位置与温度
检测位置保持一致，采集此时刻粮仓模拟装置A内粮堆的水分分布数据；
[0021]4)利用云图生成软件C4中的数据处理模块13对所采集的粮堆温度分布数据和粮堆水分分布数据进行处理，处理过程如下：
[0022]4.1)将所采集的粮堆温度分布数据按照粮堆横截面和纵截面进行划分归类，并利用下述数学插值模型计算得到粮堆截面的温度数据插值矩阵；
[0023][0024]其中：x
i
为给定点，且其函数值f(x
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于NMR的粮仓多场耦合图形化探测系统，其特征在于：由粮仓模拟装置(A)、核磁共振成像分析仪(B)和数据采集处理系统(C)组成，其中：所述的粮仓模拟装置(A)由储粮罐(A1)、第二检测线路板组(A2)、第一检测线路板(A3)和顶盖组件(A4)和插接件(1)组成，其中：储粮罐(A1)为敞口圆筒状，其壳体(2)上端内面设有均布的凸台组(3)的四个凸台；第二检测线路板组(A2)由24块结构相同的检测线路板组件组成，每块检测线路板组件均由线路板(4)、温度传感器组(5)的5个温度传感器和发光二极管(6)组成，温度传感器组(5)的5个温度传感器均布于线路板(4)的上部，发光二极管(6)固接于线路板(4)近下端；第一检测线路板(A3)为圆形，其上设有定位孔组(7)的24个孔，且在与圆心同心的三个圆周上分布，由内至外分别为4个、8个和12个；圆周上均布凸台组(8)的四个凸台；顶盖(A4)为伞形，上面近前端固接有提柄(9)、上面右侧设有螺纹孔(10)，下端面设有滑槽组(11)的4个滑槽、凹槽组(12)的4个凹槽；储粮罐(A1)、第二检测线路板组(A2)、第一检测线路板(A3)和顶盖组件(A4)自下而上顺序排列，第二检测线路板组(A2)的24块线路板上端对应固接于第一检测线路板(A3)的24个孔下面；工作状态下，第二检测线路板组(A2)的24块线路板位于储粮罐(A1)内，第一检测线路板(A3)中凸台组(8)的四个凸台与储粮罐(A1)内面接触；第一检测线路板(A3)与插接件(1)通信连接；插接件(1)与顶盖(A4)的螺纹孔(10)螺纹连接；所述的核磁共振成像分析仪(B)由C型大孔腔磁体(B1)、大口径检测线圈(B2)、控制柜(B3)、显示器(B4)和线圈支架(B5)组成；所述的数据采集处理系统(C)由工控机(C1)、核磁共振成像软件(C2)、温度数据采集软件(C3)和云图生成软件(C4)组成；粮仓模拟装置(A)置于核磁共振成像分析仪(B)的大口径检测线圈(B2)中；数据采集处理系统(C)的工控机(C1)内置于核磁共振成像分析仪(B)的控制柜(B3)中，并与粮仓模拟装置(A)、核磁共振成像分析仪(B)的大口径检测线圈(B2)通信连接。2.根据权利要求1所述的基于NMR的粮仓多场耦合图形化探测系统，其特征在于：所述的核磁共振成像分析仪(B)的大口径检测线圈(B2)下端固接于线圈支架(B5)的上端；线圈支架(B5)置于C型大孔腔磁体(B1)的中心位置；控制柜(B3)置于C型大孔腔磁体(B1)的右侧，并与大口径检测线圈(B2)通信连接；显示器(B4)置于控制柜(B3)的上端，并与控制柜(B3)通信连接。3.根据权利要求1所述的基于NMR的粮仓多场耦合图形化探测系统，其特征在于：所述的数据采集处理系统(C)的核磁共振成像软件(C2)、温度数据采集软件(C3)与工控机(C1)通信连接；云图生成软件(C4)与核磁共振成像软件(C2)、温度数据采集软件(C3)通信连接；云图生成软件(C4)包括数据处理模块(13)、云图生成模块(14)和数据存储模块(15)，云图生成模块(14)与数据处理模块(13)、显示器(B4)通信连接，云图生成模块(14)、数据存储模块(15)相互通信连接。4.一种基于权利要求1所述基于NMR的粮仓多场耦合图形化探测系统的探测方法，其特征在于，包括下列步骤：1)在储粮罐(A1)内装入一定高度的粮食、第二检测线路板组(A2)和第一检测线路板(A3)，安装顶盖(A4)并做密封处理，然后放入模拟环境中进行储藏模拟；2)用标准油样对核磁共振成像分析仪(B)的中心频率、磁场均匀度、软硬射频脉冲宽度等仪器参数进行校正；3)将粮仓模拟装置(A)从模拟环境中取出，放入核磁共振成像分析仪(B)的大口径检测
线圈(B2)内，运行温度数据采集软件(C3)采集此时刻粮仓模拟装置(A)内粮堆的温度分布数据；运行核磁共振成像软件(C2)，调整层数、层厚、层间距等成像参数，使核磁共振成像位置与温度检测位置保持一致，采集此时刻粮仓模拟装置(A)内粮...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴文福，张记，李洁，马昀钊，刘哲，韩峰，徐岩，徐文，孟宪梅，王玉铎，胡韬纲，
申请(专利权)人：吉林工商学院，
类型：发明
国别省市：