一種適用農業養殖環境的泵吸式雷射氨氣在線監測裝置的製作方法

2023-05-09 12:49:41

本實用新型屬於檢測技術領域，具體涉及一種適用農業養殖環境的泵吸式雷射氨氣在線監測裝置，特別適用於農業養殖場內的氨氣濃度在線檢測，也適用於其他場合的空氣中氨氣含量測量。

背景技術：

基於氣體分子光譜吸收原理的氣體檢測方法，主要是利用半導體雷射器的波長可調諧以及光譜寬度窄的特性，通過選擇待測氣體的吸收波長進行測量，可排除被測氣體外的氣體幹擾，實現氣體濃度的快速檢測。

普通的氨氣在線監測裝置都是採用電化學原理，由電化學內的特定化學物質和氣體環境中的氨氣發生化學反應，產生電流，通過檢測該電流信號實現對氣體濃度的測量。由於探頭內的化學物質在工作時發生不可逆的化學反應從而產生消耗，使得這種原理的監測裝置在農業養殖場這種氨氣濃度較高的場合壽命較短，並且在濃度過高的場合下會導致探頭內的有效化學成分迅速失效，造成探頭中毒的後果。基於光譜吸收原理的雷射氣體檢測裝置，由於雷射器的正常工作時間可達5年以上，同時是一種無損檢測，可大大提高檢測裝置的使用壽命，並且可以顯著增大探頭的測量濃度範圍。

與電化學原理的氣體檢測不同，基於雷射原理的氣體測量裝置通常測量的是有限空間內的氣體濃度，只有當環境中的氣體濃度和該有限空間內的氣體濃度相等時，才能獲得準確的測量結果，該有限空間被稱作氣體吸收池。由於氨氣極易容易和空氣中的水分子結合形成氨水化合物，吸附在物體表面上，這些物體表面包括氣體吸收池內壁，反射鏡片組，以及氣體傳輸管道，並且在不同的溫度下，吸附的程度變化很大，因此測量結果的準確性受到嚴重影響。

技術實現要素：

本實用新型所要解決的技術問題在於提供一種適用農業養殖環境的泵吸式雷射氨氣在線監測裝置。

一種適用農業養殖環境的泵吸式雷射氨氣在線監測裝置，包括DFB雷射器和氣體吸收池，所述DFB雷射器分別與恆流電源、TEC電製冷器連接，所述氣體吸收池內有雷射準直器、兩組平行的反射平面鏡和光電探測器，所述DFB雷射器通過單模光纖與氣體吸收池內的雷射準直器連接，雷射準直器發出的光通過反射平面鏡後被光電探測器接受；所述氣體吸收池的一端側壁上有粉塵過濾器，另一端側壁上通過吸氣管道與吸氣泵連接。

吸氣泵連續工作，環境中的氣體通過粉塵過濾器後進入氣體吸收池，之後通過吸氣管道排出氣體吸收池外。

所述的光電探測器在氣體吸收池的側壁上。

所述DFB雷射器發射的雷射波長為1.51微米(或氨氣存在明顯光譜吸收的其他波長)，工作電流35mA-50mA，輸出功率範圍1-2mW。

所述雷射準直器焦距為10cm，發散角不大於±1.2°，匹配光纖類型為單模光纖。

所述氣體吸收池採用材料為純不鏽鋼，內壁拋光，並鍍有特富龍保護層。

所述粉塵過濾器採用材料為特富龍，過濾顆粒直在10-20微米之間。

所述光電探測器採用材料為InGaAsP，響應波長範圍1.1~1.7微米。

所述反射平面鏡為石英材料，面鍍有高反射率鋁膜，並且在鋁膜表面鍍一層特富龍材保護層。

本實用新型的泵吸式雷射氨氣在線監測裝置，可以提高探頭的使用壽命。氣體吸收池腔體使用不鏽鋼或者其他表面緻密程度很高的金屬材料，並且做拋光處理。在氣體路徑和吸收池管道內壁塗油特氟龍材料或者其他能有效減小吸附造成的影響。另外，在高速氣流狀態下，氨氣分子在物體表面的吸附性會明顯減弱，通過加入吸氣泵，使得氣體吸收池內外的氨氣濃度以更快的速度達到一致，不但加快了該檢測裝置的測量速度，也減小了由於吸附造成的影響。

本發明與現有技術相比，具有以下優點：

（1）由於採用了雷射光譜吸收法，避免了電化學原理的傳感器探頭壽命短和中毒的問題，使得使用壽命可提高至5年以上。

（2）由於採用光譜吸收技術，使用特定的波長檢測特定的氣體，不受其他無關氣體的幹擾，特別是不受空氣中的水氣幹擾。

（3）對氣體吸收池的腔體材料以及內部表面的處理做出了規定，可以有效減小因氨氣的吸附性帶來的測量結果不準確性。

（4）增加了吸氣泵進一步減小了吸附造成的影響，同時加快了測量速度。

附圖說明

圖1為本實用新型的結構示意圖；

附圖中，各部件的標號如下。

1、恆流電流源 ，2、TEC電製冷器， 3、DFB雷射器， 4、單模光纖 ，5、雷射準直器， 6、反射平面鏡， 7、氣體吸收池， 8、吸氣泵， 9、吸氣管道，10、粉塵過濾器，11、光電探測器。

具體實施方式

以下結合附圖對本實用新型的技術方案作進一步詳細描述。

如圖1，一種適用農業養殖環境的泵吸式雷射氨氣在線監測裝置，包括DFB雷射器和氣體吸收池，所述DFB雷射器分別與恆流電源、TEC電製冷器連接，所述氣體吸收池內有雷射準直器、兩組平行的反射平面鏡和光電探測器，所述DFB雷射器通過單模光纖與氣體吸收池內的雷射準直器連接，雷射準直器發出的光通過反射平面鏡後被光電探測器接受；所述氣體吸收池的一端側壁上有粉塵過濾器，另一端側壁上通過吸氣管道與吸氣泵連接。

其中，所述DFB雷射器3為發射的雷射波長為1.51微米，工作電流35mA-50mA，輸出功率範圍1-2mW。

所述雷射準直器5焦距為10cm，發散角不大於±1.2°，匹配光纖類型為單模光纖。

所述氣體吸收池7採用材料為純不鏽鋼，內壁拋光，並鍍有特富龍保護層。

所述粉塵過濾器10採用材料為特富龍，過濾顆粒直在10微米-20微米之間。

所述光電探測器11採用材料為InGaAsP，響應波長範圍1.1~1.7微米。所述反射平面鏡為石英材料，但面鍍有高反射率鋁膜，並且在鋁膜表面鍍一層特富龍材保護層。

採用本實用新型提供的一種泵吸式雷射氨氣在線監測裝置的具體工作過程為：

由恆流源1產生穩定的直流電流輸入到DFB雷射器3，TEC電製冷器2調節DFB雷射器2的工作溫度保持在25℃，DFB光器3在穩定的工作溫度和電流條件下時發出功率和波長穩定的雷射信號，由單模光纖4輸出進入雷射準直器5。雷射準直器5將雷射耦合到空間中沿直線傳播，在兩個反射面相互平行的反射平面鏡6之間來回反射若干次後由光電探測器11接收。

吸氣泵8連續工作，保證氣體吸收池內的氣流速度不低於5m/s。

環境中的氣體通過粉塵過濾器10後進入氣體吸收池7，之後通過吸氣管道9排出氣體吸收池外。

本實用新型提供的一種泵吸式雷射氨氣在線監測裝置，採用雷射光譜吸收檢測的方式對空氣中的氨氣含量進行測量，不受空氣中其他氣體例如氧氣、二氧化碳等氣體的影響，同時不會因為氨氣濃度過高而失效。

由於增加了吸氣泵使得在氣體吸收池內的氣流速度保持了高速的流動，同時在氣體吸收池內壁以及反射鏡片的表面增加了防吸附的處理，使得由於氨氣的吸附作用導致的測量不準確程度大幅度降低。

本文中所描述的具體實施例僅僅是對本發明進行作舉例說明。本發明所屬技術領域的技術人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或採用類似的方式替代，但並不會偏離本發明的精神或者超越所附權利要求書所定義的範圍。