一种适用农业养殖环境的泵吸式激光氨气在线监测装置的制作方法

本实用新型属于检测技术领域，具体涉及一种适用农业养殖环境的泵吸式激光氨气在线监测装置，特别适用于农业养殖场内的氨气浓度在线检测，也适用于其他场合的空气中氨气含量测量。

背景技术：

基于气体分子光谱吸收原理的气体检测方法，主要是利用半导体激光器的波长可调谐以及光谱宽度窄的特性，通过选择待测气体的吸收波长进行测量，可排除被测气体外的气体干扰，实现气体浓度的快速检测。

普通的氨气在线监测装置都是采用电化学原理，由电化学内的特定化学物质和气体环境中的氨气发生化学反应，产生电流，通过检测该电流信号实现对气体浓度的测量。由于探头内的化学物质在工作时发生不可逆的化学反应从而产生消耗，使得这种原理的监测装置在农业养殖场这种氨气浓度较高的场合寿命较短，并且在浓度过高的场合下会导致探头内的有效化学成分迅速失效，造成探头中毒的后果。基于光谱吸收原理的激光气体检测装置，由于激光器的正常工作时间可达5年以上，同时是一种无损检测，可大大提高检测装置的使用寿命，并且可以显著增大探头的测量浓度范围。

与电化学原理的气体检测不同，基于激光原理的气体测量装置通常测量的是有限空间内的气体浓度，只有当环境中的气体浓度和该有限空间内的气体浓度相等时，才能获得准确的测量结果，该有限空间被称作气体吸收池。由于氨气极易容易和空气中的水分子结合形成氨水化合物，吸附在物体表面上，这些物体表面包括气体吸收池内壁，反射镜片组，以及气体传输管道，并且在不同的温度下，吸附的程度变化很大，因此测量结果的准确性受到严重影响。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种适用农业养殖环境的泵吸式激光氨气在线监测装置。

一种适用农业养殖环境的泵吸式激光氨气在线监测装置，包括DFB激光器和气体吸收池，所述DFB激光器分别与恒流电源、TEC电制冷器连接，所述气体吸收池内有激光准直器、两组平行的反射平面镜和光电探测器，所述DFB激光器通过单模光纤与气体吸收池内的激光准直器连接，激光准直器发出的光通过反射平面镜后被光电探测器接受；所述气体吸收池的一端侧壁上有粉尘过滤器，另一端侧壁上通过吸气管道与吸气泵连接。

吸气泵连续工作，环境中的气体通过粉尘过滤器后进入气体吸收池，之后通过吸气管道排出气体吸收池外。

所述的光电探测器在气体吸收池的侧壁上。

所述DFB激光器发射的激光波长为1.51微米(或氨气存在明显光谱吸收的其他波长)，工作电流35mA-50mA，输出功率范围1-2mW。

所述激光准直器焦距为10cm，发散角不大于±1.2°，匹配光纤类型为单模光纤。

所述气体吸收池采用材料为纯不锈钢，内壁抛光，并镀有特富龙保护层。

所述粉尘过滤器采用材料为特富龙，过滤颗粒直在10-20微米之间。

所述光电探测器采用材料为InGaAsP，响应波长范围1.1~1.7微米。

所述反射平面镜为石英材料，面镀有高反射率铝膜，并且在铝膜表面镀一层特富龙材保护层。

本实用新型的泵吸式激光氨气在线监测装置，可以提高探头的使用寿命。气体吸收池腔体使用不锈钢或者其他表面致密程度很高的金属材料，并且做抛光处理。在气体路径和吸收池管道内壁涂油特氟龙材料或者其他能有效减小吸附造成的影响。另外，在高速气流状态下，氨气分子在物体表面的吸附性会明显减弱，通过加入吸气泵，使得气体吸收池内外的氨气浓度以更快的速度达到一致，不但加快了该检测装置的测量速度，也减小了由于吸附造成的影响。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

（1）由于采用了激光光谱吸收法，避免了电化学原理的传感器探头寿命短和中毒的问题，使得使用寿命可提高至5年以上。

（2）由于采用光谱吸收技术，使用特定的波长检测特定的气体，不受其他无关气体的干扰，特别是不受空气中的水气干扰。

（3）对气体吸收池的腔体材料以及内部表面的处理做出了规定，可以有效减小因氨气的吸附性带来的测量结果不准确性。

（4）增加了吸气泵进一步减小了吸附造成的影响，同时加快了测量速度。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

附图中，各部件的标号如下。

1、恒流电流源 ，2、TEC电制冷器， 3、DFB激光器， 4、单模光纤 ，5、激光准直器， 6、反射平面镜， 7、气体吸收池， 8、吸气泵， 9、吸气管道，10、粉尘过滤器，11、光电探测器。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的技术方案作进一步详细描述。

如图1，一种适用农业养殖环境的泵吸式激光氨气在线监测装置，包括DFB激光器和气体吸收池，所述DFB激光器分别与恒流电源、TEC电制冷器连接，所述气体吸收池内有激光准直器、两组平行的反射平面镜和光电探测器，所述DFB激光器通过单模光纤与气体吸收池内的激光准直器连接，激光准直器发出的光通过反射平面镜后被光电探测器接受；所述气体吸收池的一端侧壁上有粉尘过滤器，另一端侧壁上通过吸气管道与吸气泵连接。

其中，所述DFB激光器3为发射的激光波长为1.51微米，工作电流35mA-50mA，输出功率范围1-2mW。

所述激光准直器5焦距为10cm，发散角不大于±1.2°，匹配光纤类型为单模光纤。

所述气体吸收池7采用材料为纯不锈钢，内壁抛光，并镀有特富龙保护层。

所述粉尘过滤器10采用材料为特富龙，过滤颗粒直在10微米-20微米之间。

所述光电探测器11采用材料为InGaAsP，响应波长范围1.1~1.7微米。所述反射平面镜为石英材料，但面镀有高反射率铝膜，并且在铝膜表面镀一层特富龙材保护层。

采用本实用新型提供的一种泵吸式激光氨气在线监测装置的具体工作过程为：

由恒流源1产生稳定的直流电流输入到DFB激光器3，TEC电制冷器2调节DFB激光器2的工作温度保持在25℃，DFB光器3在稳定的工作温度和电流条件下时发出功率和波长稳定的激光信号，由单模光纤4输出进入激光准直器5。激光准直器5将激光耦合到空间中沿直线传播，在两个反射面相互平行的反射平面镜6之间来回反射若干次后由光电探测器11接收。

吸气泵8连续工作，保证气体吸收池内的气流速度不低于5m/s。

环境中的气体通过粉尘过滤器10后进入气体吸收池7，之后通过吸气管道9排出气体吸收池外。

本实用新型提供的一种泵吸式激光氨气在线监测装置，采用激光光谱吸收检测的方式对空气中的氨气含量进行测量，不受空气中其他气体例如氧气、二氧化碳等气体的影响，同时不会因为氨气浓度过高而失效。

由于增加了吸气泵使得在气体吸收池内的气流速度保持了高速的流动，同时在气体吸收池内壁以及反射镜片的表面增加了防吸附的处理，使得由于氨气的吸附作用导致的测量不准确程度大幅度降低。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明进行作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。