一种农产品物流中车厢二氧化碳激光光谱测量装置制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种农产品物流中车厢二氧化碳激光光谱测量装置，包括调制信号发生器、激光驱动器、激光器、准直器、气体吸收池、探测器、前置放大电路、锁相放大器、数据采集卡和计算机模块，其中激光驱动器用来控制激光器温度和输出功率的稳定，信号发生器产生的调制信号输出到激光器的驱动电流上，使激光器产生波长调谐的激光输出，以实现对待测气体吸收线的线性扫描和交流调制。该装置基于TDLAS技术，具有高精度、高灵敏度、选择性好、工作稳定、可排除其他气体的干扰的特点，而且适用于车厢内低温高湿的恶劣环境，将二氧化碳的浓度控制在0%～10%范围内。
【专利说明】一种农产品物流中车厢二氧化碳激光光谱测量装置
【技术领域】
[0001]本实用新型属于气体检测领域，涉及一种二氧化碳检测装置，尤其是一种农产品物流中车厢二氧化碳激光光谱测量装置。
【背景技术】
[0002]目前来讲，物流的概念没有一个统一的界定，最新的物流的概念是美国物流管理协会 NCPDM (NationalCounci1fPhysicalDistributionManagement)于 2002 年对物流的定义:“物流是供应链过程的一部分，它是对商品、服务及相关信息在起源地到消费地之间有效率和有效益的正向和反向移动与存储进行的计划、执行与控制，其目的是满足客户要求。”物流是有目的的活动，是社会物质的运动，是一种系统的活动，一种有组织的活动。
[0003]农产品物流是物流业的一个分支。它指的是为了满足消费者需求以最小成本而进行的农产品物质实体从生产者到消费者之间的物理性流动及相关信息的共享。包括农产品生产、收购、运输、储存、装卸、搬运、包装、配送、流通加工、分销、信息活动等一系列环节。
[0004]近年来，我国农业发展滞后增收困难，原因有多种，但是农产品流通不畅是重要原因之一，主要体现在农产品流通效率低、成本高，农产品物流滞后成为影响农产品流通的关键因素。从生鲜农产品供应链管理角度看，由于生鲜农产品不能长久存放，到货存货安排十分讲究，要求周转快、管理科学，达到应有的生鲜标准；而国际市场范围大，世界各地气候变化多样，在运输途中有时要经过不同的气候带，从而加大了农产品的保鲜难度。我国目前生鲜农产品储运手段还比较落后，生鲜农产品冷藏保鲜设施欠缺、保鲜加工水平较低，生鲜农产品产后损失惊人，这对我国农产品出口是一个很大的压力；从生鲜农产品物流成本角度看，长期以来，由于许多生鲜农产品企业从采购、生产到销售的整个供应链及物流运作还停留在传统的储运模式上，物流作业环节繁多，基础设施设备陈旧，不仅使初级加工企业不能集中财力、物力、人力进行产品研发和市场竞争，而且还使产品成本居高不下的状况难以改变；从生鲜农产品物流技术的角度看，由于缺乏适宜的保鲜技术设备与手段，基础设施薄弱，使得生鲜农产品流通过程的各种损耗非常巨大(如水果、蔬菜的采后损失高达25%?30%，肉类及水产品亦达10%?15%)，每年仅生鲜易腐类农产品采后的各种损耗之和高达千亿元。生鲜农产品物流不畅和手段的落后，已成为制约中国农业和食品产业发展的瓶颈。
[0005]目前，物流运输车车厢中大都只有检测温湿度的仪器，而缺乏检测气体的装置。
[0006]二氧化碳是运输车车厢内的气体之一，适当浓度的二氧化碳可以隔绝氧气，使水果、蔬菜等不被氧化腐烂，保持活性，一般二氧化碳浓度高于5%时就有明显抑制呼吸作用的效应，但二氧化碳浓度过高后，反而又刺激果蔬的呼吸作用增强和引起无氧呼吸的作用导致果蔬加速腐烂，其危害症状主要表现为果蔬表面或内部组织或两者都发生褐变，出现褐斑或组织脱水、萎软甚至形成空腔。所以控制运输车车厢内二氧化碳浓度的范围在0%?10%之间。
[0007]TDLAS技术本质上是一种吸收光谱技术，是通过分析光通过气体时的选择吸收来测得气体浓度。采用可调谐二极管激光吸收光谱结合波长调制光谱技术对气体浓度进行测量，具有灵敏度高、选择性好、长期稳定性等优点。其基本原理是:利用激光器的电流调谐和温度调谐的特性，使激光器的输出波长扫描待测气体的某一吸收峰，同时对激光器进行调制，根据谐波信号与气体浓度的相关性进行检测。其理论基础是建立在朗伯-比尔定律基础上的，公式为:
[0008]I = 10exp[_PS(T) Φ (v) XL] = 10exp (- a mLC)(I)
[0009]式中，I是输出光强，即穿越气体介质时经过气体吸收后的光强Jtl是输入光强，即参考光强；P[atm]是气体压强；S(T) [cm^atm-1]是吸收面积，即气体特征谱线的线强度，与温度有关；Φ (v) [cm]是线性函数，与温度、总压强以及气体成分含量有关；X是气体的体积浓度；L是光与气体的作用长度(传感长度)；a m是摩尔分子吸收系数；C是气体浓度。
[0010]对⑴式进行变换得:
【权利要求】
1.一种农产品物流中车厢二氧化碳激光光谱测量装置，其特征在于:包括调制信号发生器、激光驱动器、激光器、准直器、气体吸收池、探测器、前置放大电路、锁相放大器、数据采集卡和计算机模块，各部分元器件通过信号的传输连接，所述的激光驱动器将激光器的吸收频率定位在二氧化碳吸收峰附近，该激光驱动器输出的锯齿波调制信号慢扫描调谐扫过二氧化碳的吸收峰，同时向激光驱动器输入调制信号发生器所输出的高频正弦信号，通过两信号的叠加对激光波长进行调制，使激光器输出波长调制的激光，该激光器输出的调谐激光经过准直器准直后射入气体吸收池，所述探测器将气体吸收池吸收后的光信号转换为电信号，由前置放大电路将探测器输出的电信号进行信号的初步放大，该初步放大信号输入到锁相放大器，锁相放大器选择倍频参考信号进行二次谐波检测后输出模拟信号，该模拟信号通过数据采集卡转换后，传入到计算机模块输出。
2.根据权利要求1所述的农产品物流中车厢二氧化碳激光光谱测量装置，其特征在于:所述的激光驱动器选用日本NTT电子株式会社生产的型号为NLK1L5EAAA的DFB激光器作为二氧化碳浓度检测的光源，根据朗伯-比尔定律公式计算出检测到Ippm所需的光程为4.5m。
3.根据权利要求1所述的农产品物流中车厢二氧化碳激光光谱测量装置，其特征在于:所述的激光器选用美国THORLABS公司提供的ITC5052激光二极管电流温度控制器，底座选择LM14S2具有14引脚的可进行温度控制的激光二极管蝶形封装底座，该LM14S2底座上安装半导体制冷器和温度传感器，采用1.58 μ m处的吸收谱线作为激光器的出射波长。
4.根据权利要求1所述的农产品物流中车厢二氧化碳激光光谱测量装置，其特征在于:所述的探测器采用了型号为RSPD738的InGaAs光电二极管，该探测器探测的波长范围为 800nm ?1700nm。
5.根据权利要求1所述的农产品物流中车厢二氧化碳激光光谱测量装置，其特征在于:所述的前置放大电路采用Linear公司的LTC6244高精度CMOS运算放大器对探测器出来的信号进行放大。
6.根据权利要求1所述的农产品物流中车厢二氧化碳激光光谱测量装置，其特征在于:所述的锁相放大器采用倍频参考信号对初步放大的待调解信号进行解调，同时进行二次谐波检测，提取二次谐波信号。
7.根据权利要求1所述的农产品物流中车厢二氧化碳激光光谱测量装置，其特征在于:采用ARM9系列的S3C2410A微处理器，将锁相放大器输出的模拟信号通过数据采集卡进行A/D转换，传入计算机进行后续的数据处理、分析与显示。
【文档编号】G01N21/39GK203745375SQ201320865191
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2013年12月18日 优先权日:2013年12月18日
【发明者】彭一准, 王盼, 吴永弘, 姜蕾, 田炜, 张锐, 李达, 王以忠 申请人:天津科技大学