一种多参数粮情一体化检测杆的制作方法

本发明涉及粮食储藏工程技术领域，特别是涉及一种多参数粮情一体化检测杆。

背景技术：

我国作为一农业大国，农业是国民经济的基础，粮食是农业的基础，而粮食的储藏是农业栽培的继续，储藏技术是伴随着农业的发展而发展的。随着农业的发展，粮食产量不断增长，粮食仓储应用而生。然而，粮食在存储期间，由于环境、气候和通风条件等因素的变化，粮仓内的温度或湿度会发生异常，这极易造成粮食的腐烂或发生虫害。

为保障我国粮食安全，国家对大量的原粮进行了战略储备。设立了众多仓库对粮食进行存储轮换。这些原粮在储备过程中，由于水分不同、环境温度不同，气调熏蒸气体组分不同，一旦出现仓储条件差异，就会使粮食产生发热、霉变等现象，从而导致粮食出现严重的品质下降、质量变化等诸多问题。为了保持储藏过程中粮食品质的稳定性，减少储粮损失，摸清储粮数量，保证粮食的长期安全存储，针对粮堆温度、粮堆湿度、粮食水分、粮堆气体组分等粮情参数相继开发出了粮堆温度检测装置、粮堆湿度检测装置、粮食水分检测装置、粮堆气体组分检测装置；并针对清仓查库、实时数量监控等工作需要，试验性地引入了雷达探测粮食数量装置、压力传感器粮堆底部检测粮食数量等装置。

然而，由于粮堆是一个多参数耦合的生物活性场，诸如粮堆温度、粮食水分、粮堆湿度、粮食重量等参数相互影响与制约。因此，要想真实了解一个仓库粮食的状态，做到实时监管，科学预测，就需要分别在粮库的多个点同时布置上述所有检测装置，这就要求在粮库库房布置大量的多类型检测器件。但这些器件检测数据来源点不统一，不能相互耦合，引起成本提升、效能下降、无法对不同监测点的粮堆压强信息同步反馈的同时，还会对进出粮操作产生巨大的不便。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种能够对粮堆某点同时进行多项粮情参数在线检测的多参数粮情一体化检测杆。

一种多参数粮情一体化检测杆，包括顶盖、通过主杆与顶盖连接的下锥头及设于所述主杆空腔内的检测组件；所述检测组件包括检测板、与所述检测板连接的水分检测模块及压强检测模块，所述主杆安装检测板的区域设有多个斜置气体对流孔、所述主杆安装水分检测模块的区域设有一贯穿该主杆的避让槽，所述压强检测模块套设于主杆靠近下锥头的一端，所述检测板用于将所接收到的多项粮情参数通过通讯模块传送至相应的监测设备。

另外，根据本发明提供的多参数粮情一体化检测杆，还可以具有如下附加的技术特征：

进一步地所述主杆的a区域为内空结构，包括与顶盖可拆卸连接的上连接腔及用于安装检测板的检测腔，所述检测板包括与主控制器电连接的温湿度传感器、气体传感器及通讯模块。

进一步地，所述避让槽设于主杆的b区域，呈哑铃状，两侧形成电容腔壁，两个电容腔壁的相对一侧分别设有一穿线孔道，两个穿线孔道与电容腔壁截面中线垂直且对称，并呈小开放孔槽状态。

进一步地，所述水分检测模块包括两个分别固定于电容腔壁上的电极板，所述电极板靠近穿线孔道的一侧焊接有通过穿线孔道与检测板连接的传输线，所述电极板的表面涂覆有绝缘层，以形成用于检测粮食水分的电容传感器。

进一步地，在所述主杆b区域中，所主杆远离电容腔壁的一侧分别设有一用于安装压强检测模块的扇形长条槽，该扇形长条槽与穿线孔道相连通。

进一步地，在所述主杆b区域靠近下锥头的一端开设有用于安装压强检测模块的环形槽，以形成c区域，其中该环形槽与穿线孔道相连通。

进一步地，所述压强检测模块包括套设于扇形长条槽或环形槽外侧的气囊、密封于该气囊内的气压压强传感器，以及穿过该气囊、穿线孔道与检测板电连接的传输线，其中所述气囊上还设有用于对该气囊进行充气的气嘴。

进一步地，所述主杆的d区域设有一用于安装下电路板的下电路板腔，所述下电路板用于进行级联通讯及分担检测板部分结构电路使用。

进一步地，所述主杆与下椎头的连接处设有至少一连接杆，所述连接杆的一端与主杆连接，所述连接杆的另一端与下锥头连接，以实现多主杆的级联使用。

进一步地，所述顶盖为圆柱形结构，顶面呈锥形，顶面锥形中间留有穿线孔道，顶盖下端端面向内及下锥头上端面内分别留有第一内空盲孔及第二内空盲孔，所述第一内空盲孔及第二内空盲孔的孔壁上设有与主杆配合作用的螺纹结构。

根据本发明提出的多参数粮情一体化检测杆，包括顶盖、通过主杆与顶盖连接的下锥头及设于所述主杆空腔内的检测组件；当需要对仓储的粮食进行粮情检测时，首先借助粮食抽空工具，将被检测点的粮食堆粮食抽空，然后将装配好的多参数粮情一体化检测杆置于被检测点，取出抽空工具套管，粮食在重力作用下自由均匀流动，抱紧检测杆，此时，粮堆的温湿度以及粮堆的气体首先通过检测腔的多个斜置气体对流孔计入检测腔，检测板上的温湿度传感器及气体传感器将检测的粮情参数传输给主控制器以完成粮堆温、湿、气的测量；然后，粮堆的粮食填满电容传感器两极板所形成的避让槽，由于两电极板间的空间为哑铃型，便于粮食的均匀填充，从而使得两极板间的粮食物理特性与被测点周围粮堆的物理特性一致，最终主控制器根据两电极板之间的介电常数得到粮食的水分；同时，又由于粮堆是散粒体，其同一点各方向的压力相同，将挤压具有弹性的气囊，造成气囊内部气压发生变化。气压的变化经气压压强传感器感知后反馈给主控制器，主控制器根据粮堆温湿度值对压压强传感器的检测值进行修正后，以获得该点的粮堆压强数据。本发明解决了现有粮情检测不同步、不同点、无法在线检测多参数粮情的问题，为后续多参数粮情耦合、节约检测成本提供有力支撑。

附图说明

图1是本发明第一实施中多参数粮情一体化检测杆的使用结构图；

图2为图1中主杆与检测组件的装配示意图；

图3为图2中压强检测模块的剖视图；

图4为图2的使用截面剖视结构图；

图5为本发明多参数粮情一体化检测杆电控结构图；

图6为本发明连接杆的结构图；

图7为本发明多参数粮情检测杆-级联使用结构图；

图8是本发明第二实施中多参数粮情一体化检测杆的使用结构图；

图9为图8中主杆与检测组件的装配示意图；

图10为图9的使用截面剖视结构图。

主要元件符号说明：

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

为使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“上”、“下”以及类似的表述只是为了说明的目的，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1至图7所示，一种多参数粮情一体化检测杆，包括顶盖10、通过主杆20与顶盖10连接的下锥头30及设于所述主杆20空腔内的检测组件40，所述顶盖10、主杆20及下锥头30通过螺纹结构可拆卸连接。其中，所述检测组件40包括检测板41、与所述检测板41连接的水分检测模块42及压强检测模块43。所述检测板41包括与主控制器电连接的温湿度传感器、气体传感器及通讯模块。该通讯模块完成检测杆与外界的通讯对接，可以为i2c总线、串口总线、rs-485总线等具有通讯接口的通讯总线。主控制器以单片机等智能芯片作为控制器对检测杆的多参数粮情数据进行采集和传输。

进一步地，所述顶盖10为圆柱形结构，顶面呈锥形，顶面锥形中间留有穿线孔道25，顶盖10下端端面向内留有一第一内空盲孔，所述第一内空盲孔的孔壁上设有与主杆20配合作用的螺纹结构。

具体的，所述顶盖10与主杆20连接处设有与主杆20连通的第一内盲孔，所述第一内盲孔底部的形状可以为柱型或锥形，在此不做限制。所述顶盖10的顶面呈锥形，且顶面锥形中间留有与第一内盲孔连通的穿线孔道，该穿线孔道用于供穿通信总线、传输线或钢丝使用。其中，所述顶盖10的锥形面的半径大于与主杆20螺纹连接的端面的半径。

进一步地，所述主杆20可划分为a、b、c、d四个区域。其中，所述主杆20的a区域为内空结构，包括与顶盖10可拆卸连接的上连接腔21及用于安装检测板41的检测腔22。所述检测腔22的外周开设有多个斜置气体对流孔，所述上连接腔21的内壁上设有用于与顶盖10可拆卸连接的螺纹结构。所述斜置气体对流孔用于在粮食抱紧该多参数粮情一体化检测杆时，以使粮堆的温湿度以及粮堆气体通过斜置气体对流孔进入到检测腔22，位于检测腔22内的检测板41上的温湿度传感器、气体传感器对粮堆的温湿度及气体进行检测，并将检测结果传输给主控制器，以使主控制器将测量结果通过通讯模块传送至相应的监测设备，从而完成粮堆温、湿、气的测量与监测。本实施例中，所述斜置气体对流孔的孔径小于粮食及杂质的尺寸，且孔内设有用于隔离粮食、灰尘、杂质的过滤结构，该斜置气体对流孔的倾斜方向为向下倾斜30°，可以理解的，所述斜置气体对流孔的数量及倾斜角度可根据实际需求进行调整。

其中，所述主杆20的b区域的侧面中线处开设有一贯穿该主杆20截面是哑铃状的、中间距离近、两侧距离远的避让槽23，槽面呈圆弧、三角结构，两侧形成电容腔壁24。即该避让槽23呈哑铃状，两侧形成电容腔壁24，两个电容腔壁24的相对一侧分别设有一穿线孔道25，两个穿线孔道25与电容腔壁24截面中线垂直且对称，并呈小开放孔槽状态。

进一步地，所述水分检测模块42包括两个分别固定于电容腔壁24上的电极板421，所述电极板421靠近穿线孔道25的一侧焊接有通过穿线孔道25与检测板41连接的传输线422，所述电极板421的表面涂覆有绝缘层，以形成用于检测粮食水分的电容传感器。使用时，粮堆一方面会填满电容传感器两极板所形成的哑铃状空间。由于两电极板421间的空间为哑铃型，便于粮食的均匀填充，从而使得两极板421间的粮食物理特性与被测点周围粮堆的物理特性一致，同时电容传感器测得被测点电容值，然后经过修正计算，根据电容基本定义公式，可推导出两电极板421间的介电常数，经主控制器对不同水分值粮食的标准介电常数进行查表比对或介电常数-粮食水分曲线对比，经温度变化校正，即可得出粮食水分值。

可以理解的，装配时，两片电极板421分别粘贴固定在两侧的电容腔壁24上，同时覆盖住该区域后的穿线孔道25在该位置形成的小开放槽，两个电极靠近穿线孔道25一侧的传输线422分别沉入两个穿线孔道25内，并连接到位于检测腔22内的检测板41上。本发明中，所述电极板421为薄金属板面，其弧面形状与电容腔壁24相同，可以完全粘附于电容腔壁24之上。为防止其摩擦脱落，电容腔壁24四周可设置小凸台，使电极板421辖入其中。

其中，在所述主杆20的b区域靠近下锥头30的一端开设有用于安装压强检测模块43的环形槽26，以形成c区域，其中该环形槽26与穿线孔道25相连通。该槽具有一定的深度，形成气囊腔，供安装固定压强检测模块43使用。

进一步地，所述压强检测模块43包括套设于环形槽26外侧的气囊431、密封于该气囊431内的气压压强传感器432，以及穿过该气囊431、穿线孔道25与检测板41电连接的传输线422，其中所述气囊431上还设有用于对该气囊431进行充气的气嘴433。其中，气囊431在不充入气体的情况下套装在主杆20的c区域部分的气囊腔处，其传输线通过穿线孔道25在此处的小开放孔槽连接到位于检测腔22的检测板41上。连接完成后通过气嘴433对气囊431充入规定压力的惰性气体如氮气，形成压强检测传感器。使用时，粮堆一方面会抱紧/压紧主杆20的气囊431，由于粮堆是散粒体，其同一点各方向的压力相同，将挤压具有弹性的气囊431，造成气囊431内部气压发生变化。气压的变化经气压压强传感器432感知后反馈给主控制器411，主控制器41根据粮堆温度、湿度值对气压压强传感器432的检测值进行修正后，可以获得该点的粮堆压强数据。通过后续算法计算，可以进一步得出粮堆的数量信息。

其中，所述主杆20的d区域设有一用于安装下电路板44的下电路板腔27，该下电路板44上设有至少一通讯接口，所述下电路板44用于进行级联通讯及分担检测板41部分结构电路使用。所述主杆20的下电路板腔27与下锥头30上端面的第二内空盲孔相连通，该下电路板腔27的内壁上设有与第二内空盲孔的孔壁上相旋合的螺纹结构。可以理解的，本发明的下电路板44为检测杆级联接口，为检测板41中通讯接口的扩充，在级联时可以与另外的检测杆通讯级联使用，也可以根据需要将检测板41的部分电路下移至下电路板44中。

进一步地，所述主杆20与下椎头30的连接处设有至少一连接杆50，所述连接杆50的一端与主20连接，所述连接杆50的另一端与下锥头30连接，以实现多主杆20的级联使用。多节级联使用时，可通过连接杆50与主杆20进行旋装组合，然后将顶盖10和下锥头30分别旋装于两端，多主杆20的通讯总线应该级联连接。其中，该连接杆50为中空结构，两端分别设有与主杆20两端配合作用的装配腔。

进一步地，装配时将检测板41放置于检测腔22内，传输线422通过主杆20的穿线孔道25连接到位于下电路板腔27的下电路板44上。两片电极板421背面中线焊接电线后涂抹粘接剂使之辖入电容腔壁24两侧小凸台形成的中间凹面中，电极板421的表面涂覆有绝缘层，形成电容传感器。电极板421的传输线422经穿线孔道25连接到检测板41上。气囊431在内部密封入气压压强传感器432后，通过传输线从气囊431内侧引出。同时在气囊431外侧装入单向通气的气嘴433，形成压强检测费模块43。压强检测费模块43在不充入气体的情况下套装在主杆20c区部分气囊腔处，其传输线通过穿线孔道25连接到检测板41上。连接完成后通过气嘴433对气囊充入规定压力的惰性气体，形成压强检测传感器。下电路板44置于下电路板腔27内，进行级联通讯及分担检测板41部分结构电路使用。检测板41上的主控制器完成对温湿气检测板41上温湿度、气体传感器信号的读取，完成对气囊431内气压压强传感器432的信号读取，通过a/d转换电路、电容-电流转换电路，完成对电极板421电容信号的读取。主控制器读取的信息经内部修正计算程序进行修正计算后通过通讯总线，经位于检测板41或者下电路板44上的通讯接口进行外部传输。单节使用时，顶盖10旋装于主杆20上端，下锥头30旋装于主杆20下端，进行密封操作。多节级联使用时，可通过连接杆50与主杆20进行旋装组合，然后完毕后顶盖10和下锥头30分别旋装于两端，多主杆20的通讯总线应该级联连接。

进一步地，在使用时，首先借助粮食抽空工具，将被检测点的粮堆粮食抽空，然后把装配好的多参数粮情一体化检测杆放置到被检测点上，取出抽空工具套管，粮食在重力作用下自由均匀流动，抱紧检测杆。抱紧后的检测杆环境参数等同于粮堆内部的粮情参数。这时：

粮堆一方面会抱紧主杆20的检测腔22，通过检测腔22的多个斜置的气体对流孔，粮堆的温度和湿度以及粮堆气体可以进入到检测腔22，被检测板41上面的温度湿度、气体传感器测定并传输给主控制器，完成粮堆温、湿、气的测量。

粮堆一方面会填满电容传感器两极板所形成的长条槽空间。由于两电极板421间的空间为哑铃型，便于粮食的均匀填充，从而使得两极板间的粮食物理特性与被测点周围粮堆的物理特性一致。电容传感器测得被测点电容值，然后经过修正计算，根据电容基本定义公式，可推导出两电极板421间的介电常数，经主控制器对不同水分值粮食的标准介电常数进行查表比对，经温度变化校正，即可得出粮食水分值。

粮堆一方面会抱紧/压紧主杆20的气囊431，由于粮堆是散粒体，其同一点各方向的压力相同，将挤压具有弹性的气囊431，造成气囊431内部气压发生变化。气压的变化经气压压强传感器432感知后反馈给主控制器，主控制器根据粮堆温湿度值对气压压强传感器432的检测值进行修正后，可以获得该点的粮堆压强数据。通过后续算法计算，可以进一步得出粮堆的数量信息。

当多参数粮情一体化检测杆多节级联使用时，各主杆20通讯总线应该级联连接。这时的多层数据采集应该采用多机位主从通讯模式进行操作。其中，多参数粮情一体化检测杆多节单元均为从机进行通讯，上机位为主机进行数据读取操作。

本发明提出的一种多参数粮情一体化检测杆，包括顶盖、通过主杆与顶盖连接的下锥头及设于所述主杆空腔内的检测组件；当需要对仓储的粮食进行粮情检测时，首先借助粮食抽空工具，将被检测点的粮食堆粮食抽空，然后将装配好的多参数粮情一体化检测杆置于被检测点，取出抽空工具套管，粮食在重力作用下自由均匀流动，抱紧检测杆，此时，粮堆的温湿度以及粮堆的气体首先通过检测腔的多个斜置气体对流孔计入检测腔，检测板上的温湿度传感器及气体传感器将检测的粮情参数传输给主控制器以完成粮堆温、湿、气的测量；然后，粮堆的粮食填满电容传感器两极板所形成的避让槽，由于两电极板间的空间为哑铃型，便于粮食的均匀填充，从而使得两极板间的粮食物理特性与被测点周围粮堆的物理特性一致，最终主控制器根据两电极板之间的介电常数得到粮食的水分；同时，又由于粮堆是散粒体，其同一点各方向的压力相同，将挤压具有弹性的气囊，造成气囊内部气压发生变化。气压的变化经气压压强传感器感知后反馈给主控制器，主控制器根据粮堆温湿度值对压压强传感器的检测值进行修正后，以获得该点的粮堆压强数据。本发明解决了现有粮情检测不同步、不同点、无法在线检测多参数粮情的问题，为后续多参数粮情耦合、节约检测成本提供有力支撑。此外，本发明可以实现对粮库粮堆信息的多参数检测与耦合识别及预测，同时，当采用级联的方法进行检测时，可以大大提升检测的数据多样性与简便性，可以节约人力、时间与资源，适合推广应用，满足了实际应用需求。

请参阅图8至图10，本发明第二实施例中的多参数粮情一体化检测杆，本实施例中的多参数粮情一体化检测杆与第一实施例中的多参数粮情一体化检测杆大抵相同，不同之处在于本实施例中的多参数粮情一体化检测杆不存在c区域，而是在所述主杆20的b区域中，所主杆20远离电容腔壁24的一侧分别设有一用于安装压强检测模块43的扇形长条槽28，该扇形长条槽28与穿线孔道25相连通。可以理解的，主杆20的b区区域在电容腔壁24外侧对称部分开有2个较宽的长条槽，该长条槽呈中间深，两边浅的形态，形成气囊腔，供安装固定压强检测模块43中的气囊431使用。其中，气囊431在不充入气体的情况下套装在主杆20的b区域部分的扇形长条槽28所形成的气囊腔处，其传输线通过穿线孔道25在此处的小开放孔槽连接到位于检测腔22的检测板41上。连接完成后通过气嘴433对气囊431充入规定压力的惰性气体如氮气，形成压强检测传感器。

需要说明是，本实施例重点说明的是与上一实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分未重复描述，可以相互参见，且各实施例之间的技术特征可以根据本领域技术人员的常规技术手段进行选择性组合。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。