一种延长粮食与种子存储时间的装置的制作方法

1.本实用新型涉及高压电源技术领域，具体涉及一种延长粮食与种子存储时间的装置。


背景技术：

2.粮食与种子储藏是关系到国家民生的大事，是国家发展和社会稳定的基本条件。
3.每年储藏的粮食与种子是一个庞大的数量，粮食进行存储的时候，如果不幸出现了大规模的霉变，都会导致粮食与种子的严重损失。
4.等离子体具备无化学残留、操作安全、环境安全的优点，可高效杀灭致病微生物、霉菌、病毒等。它的主要机理:活性基因的作用,等离子体中含有的大量活性氧离子、高能自由基团等成分，极易与细菌、霉菌、芽孢和病毒中蛋白质和核酸物质发生氧化反应而变性，从而使各类微生物死亡。高速粒子击穿作用,在灭菌实验后通过电镜观察，经等离子体作用后的细菌菌体与病毒颗粒图像，均呈现千疮百孔状，这是由具有高动能的电子和离子产生的蚀刻和击穿效应所致。紫外线的作用,在激发形成等离子体的过程中，伴随有部分紫外线产生，这种高能紫外光子被微生物或病毒中蛋白质所吸收，致使其分子变性失活。
5.鉴于此，特提出一种利用低温等离子体实现延长粮食与种子存储时间的装置。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的在于提供一种延长粮食与种子存储时间的装置，以解决上述背景技术中现有的问题。
7.为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种延长粮食与种子存储时间的装置，包括高压脉冲电源、等离子发生器、控制器、变频风机、仓库气体进入接口、等离子发生器保护装置、气体回流仓库接口、温度传感器和湿度传感器；
8.其中，高压脉冲电源包括工频交流电源、交流直流变换器、交流直流变换器控制电路、3个采集电路、脉冲发生与升压电路和半导体开关控制电路；
9.所述工频交流电源分别与交流直流变换器连接，用于为其提供工频交流电；
10.所述交流直流变换器控制电路用于根据所述控制器的信号调整所述交流直流变换器的输出直流电vdc1；
11.所述交流直流变换器用于调节直流电vdc1的电压，控制脉冲发生与升压电路的峰值电压，控制等离子发生器的等离子强度，调节灭菌能力强弱；
12.其中一个采集电路连接在交流直流变换器和控制器之间，用于采集所述交流直流变换器的输出电压并发送给所述控制器；第二个采集电路连接在所述等离子发生器和控制器之间，用于采集所述等离子发生器的输出电压并发送给所述控制器；第三个采集电路连接在脉冲发生与升压电路和控制器之间，用于采集脉冲发生与升压电路的输出电流并发送给所述控制器；
13.所述脉冲发生与升压电路用于将直流电转化为高电压脉冲；
14.所述半导体开关控制电路连接在所述脉冲发生与升压电路和控制器之间，用于根据所述控制器的信号控制高压脉冲的产生数量、等离子的密度和灭菌次数；
15.所述等离子发生器保护装置用于为等离子发生器提供高压击穿缓冲保护；
16.所述变频风机通过不同的频率调节不同的电机转速，控制气体在等离子发生器中的停留时间，控制灭菌时间；
17.所述温度传感器和湿度传感器用于监测等离子发生器内的温度和湿度，并发送给控制器。
18.优选的，所述等离子发生器保护装置包括电阻r1、二极管d2和电容c2，其中，电阻r1和二极管d2并联。
19.优选的，所述脉冲发生与升压电路包括限流电感l1、电感l2、二极管d1、储能电容c3、脉冲变压器tr1、电流传感器i1、功率半导体开关vt1，直流电vdc1正极经过限流电感l1、二极管d1、给储能电容c3充电，再经过电感l2、脉冲变压器tr1初级线圈、电流传感器i1返回vdc1的负极，储能电容c3充电后，控制功率半导体开关vt1导通，导通后脉冲变压器tr1初级线圈输入低电压的脉冲，脉冲变压器tr1次级线圈升压，输出高电压脉冲vc2。
20.优选的，仓库气体进入接口处设置有空气粉尘过滤器，用于过滤仓库中的粉尘颗粒或小昆虫。
21.优选的，所述等离子发生器的机械结构为板线结构、线筒结构或针板结构。
22.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
23.（1）工艺简单，运行维护方便，灭菌效果好，灭菌能力、灭菌次数、灭菌时间通过电气参数可调节，利用电能-可控脉冲高压产生等离子体直接消灭仓库空气中的细菌。
24.（2）可通过程序软件调节电气参数，适用不同大小仓库，适应各种温度、湿度的仓库存储环境。
25.（3）可靠性高-可控脉冲高压等离子技术，微秒级脉冲波形，设备不易出现高压击穿。
26.（4）运行能耗低-可控脉冲高压等离子技术，脉冲发生后，等离子体发生器剩余能量通过电流后半波回收。按可按日期时间周期，高效实现非连续工作模式，降低系统运行能耗。
附图说明
27.图1为本发明一种延长粮食与种子存储时间的装置的系统图；
28.图2为本发明一种延长粮食与种子存储时间的装置的电路原理图；
29.图3为图2中k1-k3的电路原理图；
30.图4为图2中q1-q2的电路原理图；
31.图5为图2中在毫秒级下等离子发生器fz1电压波形和脉冲变压器tr1初级线圈谐振脉冲电流波形的对比图；
32.图6为图2中在纳秒级下等离子发生器fz1单次脉冲电压波形和脉冲变压器tr1初级线圈单次谐振脉冲电流波形的对比图。
具体实施方式
33.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
34.请参阅图1-2，本实用新型提供一种技术方案，具体如图1所示的一种延长粮食与种子存储时间的装置，包括工频交流电源vabc、交流直流变换器mt1、交流直流变换器控制电路q1、控制器mt2、3个采集电路、等离子发生器fz1、脉冲发生与升压电路和半导体开关控制电路q2、仓库wh1、变频风机f2、仓库气体进入接口p1、等离子发生器保护装置、气体回流仓库接口p2、温度传感、湿度传感器；
35.工频交流电源vabc分别与交流直流变换器mt1连接，用于为其提供工频交流电；
36.交流直流变换器控制电路q1用于根据控制器mt2的信号调整交流直流变换器mt1的输出直流电vdc1；
37.3个采集电路分别为直流电压采集电路k1、脉冲发生与升压电路电流采集电路k2和等离子发生器fz1电压峰值采集电路k3,k1连接在交流直流变换器mt1和控制器mt2之间，用于采集交流直流变换器的输出电压并发送给控制器mt2；k3在等离子发生器fz1和控制器mt2之间，用于采集等离子发生器的输出电压并发送给控制器；k2连接在脉冲发生与升压电路和控制器mt2之间，用于采集脉冲发生与升压电路的输出电流并发送给控制器mt2；
38.脉冲发生与升压电路用于将直流电转化为高电压脉冲，包括包括限流电感l1、电感l2、二极管d1、储能电容c3、脉冲变压器tr1、电流传感器i1、功率半导体开关vt1，直流电vdc1正极经过限流电感l1、二极管d1、给储能电容c3充电，再经过电感l2、脉冲变压器tr1初级线圈返回vdc1的负极，储能电容c3充电后，控制功率半导体开关vt1导通，导通后脉冲变压器tr1初级线圈输入低电压的脉冲，脉冲变压器tr1次级线圈升压，输出高电压脉冲vc2；
39.等离子发生器保护装置，用于对等离子发生器提供高压击穿缓冲保护，包括电阻r1、二极管d2和电容c2，其中，电阻r1和二极管d2并联，作用一，当等离子发生器fz1内部发生高压击穿闪络时，脉冲变压器tr1次级线圈反向冲击电流，耦合至脉冲变压器tr1初级线圈，此时反向冲击电流经电感l2(l2可以是变压器漏感)、储能电容c3、二极管d2,进入吸收电容c2, 提供高压击穿缓冲保护。作用二，抑制功率半导体开关vt1端的尖峰电压；
40.半导体开关控制电路q2连接在脉冲发生与升压电路和控制器mt2之间，用于根据控制器mt2的信号调整脉冲发生与升压电路的脉冲电压频率，从而控制产生等离子体的密度；
41.仓库wh1与等离子发生器fz1连接，用于存放粮食或种子。
42.优选的气体回流仓库接口p2处设置有空气粉尘过滤器f1，用于过滤仓库wh1中的粉尘颗粒或小昆虫,变频风机f2与控制器mt2连接，mt2给变频风机发送控制信号ts1以控实现非连续运行按日期时间周期控制。
43.优选的，等离子发生器fz1的机械结构为板线结构、线筒结构或针板结构，脉冲高压在等离子发生器fz1内部形成等离子体，杀灭入流气体中的细菌与病毒。
44.工作原理：如图2所示，首先变频风机f2运行，提供仓库空气流动的动力。粮食或种子仓库wh1的空气，从仓库气体回流仓库接口p2流入空气粉尘过滤器f1, 空气粉尘过滤器
f1过滤仓库中的粉尘颗粒或小昆虫，过滤后的空气流入等离子发生器fz1, 等离子发生器fz1主要用脉冲高压产生等离子体消灭仓库空气中的细菌与病毒，空气灭菌后，通过变频风机f2，再经过仓库气体进入接口p1，重新进入仓库。仓库空气持续从气体回流仓库接口p2至仓库气体进入接口p1内循环一段时间后，完成整个粮食或种子仓库wh1的空气灭菌。系统按一定时间周期投入运行，定期消灭仓库空气有害细菌，同时也可抑制细菌通过空气传播，延长粮食与种子在仓库的存储时间。
45.如图2所示，脉冲高压产生等离子体，接入工频交流电源vabc后，经过交流直流变换器mt1转换，输出直流电vdc1,c1为直流滤波电容。直流电vdc1正极,经过限流电感l1，二极管d1，给储能电容c3充电,再经电感l2(l2可以是变压器漏感)，脉冲变压器tr1初级线圈，电流传感器i1，返回vdc1的负极。储能电容c3，电感l2(l2可以是变压器漏感)，脉冲变压器tr1初级线圈，功率半导体开关vt1，组成一个脉冲放电回路。储能电容c3充电后，可以控制功率半导体开关vt1导通（一般导通时间小于10微秒），导通后脉冲变压器tr1初级线圈输入低电压的脉冲，脉冲变压器tr1次级线圈升压，输出高电压脉冲vc2。高电压脉冲vc2,在等离子发生器fz1产生高压电场，高压电场直接电离流动的仓库空气，产生大量正负离子，形成等离子体消灭仓库空气中的细菌与病毒。
46.控制器mt2,按ts1的日期时间周期，自动开启变频风机，自动开启脉冲高压等离子体，高效实现非连续工作模式，降低系统运行能耗。
47.控制器mt2,可以按固定频率，经半导体开关控制电路q2，控制功率半导体开关vt1的导通，控制产生脉冲电压的频率，控制产生等离子体的密度。控制器mt2,也可以根据采集传感器s1(可以是仓库气体流量、臭氧传感器等)，自动控制脉冲频率输出，优化运行能耗，优化灭菌效果。控制器mt2,还可以通过交流直流变换器控制电路q1，改变直流电压vdc1的电压值，控制等离子发生器fz1内部的峰值电压，控制低温等离子体的强度，适应不同仓库中，气体不同的温度、湿度，防止气体温湿度不同导致气体绝缘下降，导致的高压击穿，提升工作的稳定性。
48.k1 直流电压采集电路、k2脉冲发生器电流采集电路、k3等离子发生器fz1电压峰值采集电路，接入控制器mt2，用于监控脉冲发生电路、等离子发生器fz1的状态，实现自动控制、故障保护等功能。
49.r1、d2、c2组成等离子发生器保护装置，作用一，当等离子发生器fz1内部发生高压击穿闪络时，脉冲变压器tr1次级线圈反向冲击电流，耦合至脉冲变压器tr1初级线圈，此时反向冲击电流经电感l2(l2可以是变压器漏感)、储能电容c3、二极管d2,进入吸收电容c2, 提供高压击穿缓冲保护。作用二，抑制功率半导体开关vt1端的尖峰电压。
50.等离子发生器fz1, 主要于构建非均匀电场，利用脉冲高压产生等离子体。结构可以是，板线结构，线筒结构，针板结构。
51.电感l2(l2可以是变压器漏感)，与等离子发生器fz1结构形成的电容形成串联谐振，能够实现等离子发生器fz1中的电荷回收。
52.其中，k1-k3为光电隔离转换电路，将传感器信号隔离转换后送入控制器mt2，提高抗干扰能力，具体的电路原理图如同3所示；q1-q2为含光电隔离的驱动控制电路，具体的电路原理图如图4所示。
53.如同5所示， vc1为等离子发生器fz1上的电压波形,单极性脉冲电压，优选为正电
压。控制器mt2,通过交流直流变换器控制电路q1，改变直流电压vdc1的电压值，控制等离子发生器fz1内部的峰值电压vc1peak，控制等离子体的强度。
54.ts为脉冲高压重复间隔时间，通过工作频率调节，控制器mt2,经半导体开关控制电路q2，控制功率半导体开关vt1的导通，控制产生脉冲电压的频率,控制等离子体的强度产生次数。
55.i1为脉冲变压器tr1初级线圈谐振脉冲电流波形，前半波电流将等离子发生器fz1的电压vc1充电到最大峰值，后半波电流将等离子发生器fz1的电荷回收，vc1下降到0v。
56.如同6所示，vc1为等离子发生器fz1上的单次脉冲电压波形, 单极性脉冲电压，优选为正电压。
57.i1为脉冲变压器tr1初级线圈单次谐振脉冲电流波形，从图可以看出前半波电流将等离子发生器fz1的电压vc1充电到最大峰值，电流过零点对应峰值电压vc1peak，后半波电流将等离子发生器fz1的电荷回收，vc1下降到0v。前半波电流流过功率半导体开关vt1，后半波电流流过功率半导体开关vt1的反并联二极管。q2驱动功率半导体开关vt1的脉宽，应大于pw, 优选在电流i1刚过零之时。
58.本实用新型通过变频风机将存储仓库的空气引入等离子体发生器进行内循环。直接将工频输入电源转化为可控脉冲高压电，利用可控脉冲高压电在等离子体发生器中形成高压电场，存储仓库的气体流过等离子体发生器时，高压电场直接在气体中产生等离子体，等离子体消灭气体中细菌与病毒。仓库空气持续内循环一段时间后，完成整个粮食或种子仓库的空气灭菌。
59.优点1：工艺简单，运行维护方便，灭菌效果好，利用电能-可控脉冲高压产生等离子体直接消灭仓库空气中的细菌。
60.优点2：可通过程序软件调节电气参数，适用不同大小仓库，适应各种温度、湿度的仓库存储环境。
61.优点3：可靠性高-可控脉冲高压等离子技术，微秒级脉冲波形，设备不易出现高压击穿。
62.优点4：运行能耗低-可控脉冲高压等离子技术，脉冲发生后，等离子体发生器剩余能量通过电流后半波回收。按可按日期时间周期，高效实现非连续工作模式，降低系统运行能耗。
63.需要说明的是，在本技术中，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，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。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实用新型中的具体含义。
64.本系统中涉及到的相关模块均为硬件系统模块或者为现有技术中计算机软件程序或协议与硬件相结合的功能模块，该功能模块所涉及到的计算机软件程序或协议的本身均为本领域技术人员公知的技术，其不是本系统的改进之处；本系统的改进为各模块之间的相互作用关系或连接关系，即为对系统的整体的构造进行改进，以解决本系统所要解决的相应技术问题。
65.尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，
可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。