基于可调谐吸收光谱的畜禽舍氨气浓度检测

来源：农业工程学报杂志2020年第13期北京时间：

作者：谭鹤群,李鑫安,艾正茂,

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1 512 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=0.995 8）；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