基于可调谐吸收光谱的畜禽舍氨气浓度检测

摘要：

为开发一种基于可调谐吸收光谱(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy,TDLAS)技术的畜禽舍NH3浓度实时在线监测装置,以满足畜禽舍环境监测与控制的需要.该研究基于TDLAS技术,采用气室式封闭光程,搭建了一套畜禽舍NH3浓度检测系统.该系统采用波长为1512 nm蝶形激光器作为光源,根据分子吸收光谱理论,采用波长调制技术,实现了对畜禽舍NH3浓度检测.为优化检测系统性能,通过改变锯齿扫描信号、调制正弦信号的幅值与频率以及输入信号与参考信号相位差,确定了系统最佳的调制参数,并通过系统优化试验确定了系统最佳的气室加热温度、系统响应时间与二次谐波平均次数等关键参数.最后,通过浓度标定试验与性能试验对检测系统进行了测试.试验结果表明,检测系统调制参数在正弦调制信号频率为9 kHz、正弦调制信号幅值为30 mV、锯齿扫描信号频率为1 Hz、锯齿扫描范围为170～215 mV、谐波分析中输入信号与参考信号相位差为50°参数下对应的二次谐波形状与幅值最佳;不同浓度NH3与二次谐波幅值之间具有良好的线性关系(拟合方程相关系数r=0.9958);检测系统的进气响应时间约为42 s(气室自充气达到目标浓度99％);气室加热温度为403 K时,NH3在气室吸附作用最小;Allan方差分析表明,检测系统在积分时间为10 s时达到探测限,探测限为0.038 mg/m3.在最优系统参数下对系统进行性能试验,得到检测系统综合线性误差为1.00％,定量测量综合重复误差为0.51％,可满足畜禽舍内NH3浓度长期持续监测的需求.

关键词：养殖、氨气、TDLAS、浓度、在线检测、畜禽舍

所属期刊栏目：36

分类号：S817.3(普通畜牧学)

资助基金："十三五"国家重点研发计划项目2018YFD0500702

在线出版日期：2020-08-17（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共9页

页码：186-194