一种氨气检测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种氨气检测装置及方法。该检测装置包括：光源、机械斩波器、滤光片、光声池、微音器和单片机；光源发出的光束依次经过机械斩波器和滤光片，到达光声池；机械斩波器用于对光束进行调制，产生周期性调制光强；滤光片用于对光束进行过滤，滤光片的中心波长为2.248μm，为氨气吸收带对应的中心波长；光声池包括进口和出口，待测气体通过进口进入光声池，检测完成后，光声池中的气体通过出口排出；微音器置于光声池的侧壁，微音器的信号输出端与单片机的信号输入端连接，单片机用于根据微音器的电压输出值确定待测气体中氨气的浓度。采用本发明专利技术的检测装置或方法，可以实现对气体的实时检测，且检测装置不易受到污染，检测的准确度高。

Ammonia gas detection device and method

The invention discloses a device for detecting ammonia gas and a method thereof. The detection device includes a light source, a mechanical chopper, a filter, a photoacoustic cell, a microphone and a microcontroller; the light beams emitted by the light source are successively passed through a mechanical chopper and a filter to reach the photoacoustic cell; the mechanical chopper is used to modulate the light beam and produce periodically modulated light intensity; and the filter is used to filter and filter the light beam. The center wavelength of the photoacoustic cell is 2.248 micron, which corresponds to the ammonia absorption band; the photoacoustic cell includes the inlet and outlet, and the gas to be measured enters the photoacoustic cell through the inlet. After the detection is completed, the gas in the photoacoustic cell is discharged through the outlet; the microphone is placed on the side wall of the photoacoustic cell, and the signal output of the microphone is transmitted with the signal of the microcontroller. The microcontroller is used to determine the concentration of ammonia in the gas to be measured according to the voltage output value of the microphone. The detection device or method of the invention can realize the real-time detection of gas, and the detection device is not easy to be polluted, and the detection accuracy is high.

【技术实现步骤摘要】
一种氨气检测装置及方法
本专利技术涉及气体检测领域，特别是涉及一种氨气检测装置及方法。
技术介绍
畜禽养殖是氨气排放大户，而这些氨气在与二氧化硫、氮氧化物的氧化产物反应后，生成硝酸铵或硫酸铵，这些产物是PM2.5的重要来源。氨气是一种有毒、无色、有强烈刺激性臭味的气体。氨气主要来自畜禽排泄的粪便、尿液，如果任之排放，对环境危害十分严重，因此必须经过回收再利用的处理，尽可能将粪尿中的生物质消耗掉，以降低环境风险。而且氨气进入呼吸道可引起咳嗽、气管炎、呼吸困难、窒息等症状，会降低动物对感染的抵抗力，家畜如果长期处于低浓度的氨气中，对结核病和其他传染病的抵抗力显著减弱。有报道指出，氨气对畜禽产生影响的起始浓度是19mg/m3，而当浓度达到76mg/m3时对生长性能的影响非常明显，所以氨气不仅对环境造成污染，而且对养殖业也有较大破坏。目前，在畜禽舍内的氨气含量一般少则达10到30ppm，多则达100ppm，国家无公害养殖标准规定猪舍内氨气浓度<25mg/m3。因此，如何控制畜禽舍内氨气的浓度，已成为养殖业是否盈利的一个关键控制点。氨气传感器是目前市场上通用的氨气成分检测传感器，传感器的缺点是容易受到污染，检测性能和准确性会随着时间逐渐衰减，因此，应用氨气传感器检测养殖场内的氨气含量，由于污染和时间导致检测性能低、准确度低。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种氨气检测装置及方法，以提高检测性能，提高检测结果的准确度。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种氨气检测装置，所述检测装置包括：光源、机械斩波器、滤光片、光声池、微音器和单片机；所述光源发出的光束依次经过所述机械斩波器和所述滤光片，到达所述光声池；所述机械斩波器用于对所述光束进行调制，产生周期性调制光强；所述滤光片用于对所述机械斩波器调制后的光束进行过滤，所述滤光片的中心波长为2.248μm，为氨气吸收带对应的中心波长；所述光声池包括进口和出口，待测气体通过所述进口进入所述光声池，检测完成后，所述光声池中的气体通过出口排出；所述微音器置于所述光声池的侧壁，所述微音器的信号输出端与所述单片机的信号输入端连接，所述单片机用于根据所述微音器的电压输出值确定所述待测气体中氨气的浓度。可选的，所述光源为氮化硅材料的热辐射宽带光源，所述检测装置还包括椭圆准直镜，所述椭圆准直镜置于所述光源的上方，用于将所述光源的光线准直为平行光束。可选的，所述滤光片包括第一滤光孔、第二滤光孔、第三滤光孔和第四滤光孔，所述第一滤光孔的中心波长为2.248μm，为氨气吸收带对应的中心波长；所述第二滤光孔的中心波长为4.7μm，为水汽吸收带对应的中心波长；所述第三滤光孔的中心波长为1.6μm，为二氧化碳吸收带对应的中心波长；所述第四滤光孔的中心波长为7.46μm，为甲烷吸收带对应的中心波长。可选的，所述光声池为圆柱形，所述光声池的顶部包括窗片，光束从所述窗片的窗口进入到达所述光声池内部，所述光声池采用非共振工作模式。可选的，所述微音器的个数为2个，两个所述微音器之间采用差分方式放大声音信号。可选的，所述检测装置还包括两级放大电路，所述两级放大电路中一级放大电路与两个所述微音器连接，采用差分方式放大所述声音信号；所述两级放大电路中二级放大电路为锁相放大电路，所述二级放大电路与所述一级放大电路连接，所述二级放大电路用于获取所述声音信号对应的电压值。可选的，所述检测装置还包括第一电磁阀、第二电磁阀和电机，所述第一电磁阀与所述进口处的进气气路连接，所述进气气路上还连接有所述电机，用于将待测气体抽入所述光声池中；所述第二电磁阀与所述出口处的出气气路连接，用于将所述光声池中的气体排出。一种氨气检测方法，所述检测方法包括：获取检测装置中微音器输出的电压值信号；所述检测装置包括：光源、机械斩波器、滤光片、光声池、微音器和单片机；所述光源发出的光束依次经过所述机械斩波器和所述滤光片，到达所述光声池；所述机械斩波器用于对所述光束进行调制，产生周期性调制光强；所述滤光片用于对所述机械斩波器调制后的光束进行过滤，所述滤光片的中心波长为2.248μm，为氨气吸收带对应的中心波长；所述光声池包括进口和出口，待测气体通过所述进口进入所述光声池，检测完成后，所述光声池中的气体通过出口排出；所述微音器置于所述光声池的侧壁，所述微音器的信号输出端与所述单片机的信号输入端连接；获取待测气体中的氨气、水汽、二氧化碳和甲烷的比例系数；获取所述待测气体中水汽、二氧化碳和甲烷的浓度；根据公式获得所述待测气体中氨气的浓度其中u为所述微音器输出的电压值，a为所述待测气体中氨气的比例系数，b为所述待测气体中水汽的比例系数，c为所述待测气体中二氧化碳的比例系数，d为所述待测气体中氨气的比例系数，为所述待测气体中水汽的浓度，为所述待测气体中二氧化碳的浓度，为所述待测气体中甲烷的浓度。可选的，所述获取待测气体中的氨气、水汽、二氧化碳和甲烷的比例系数，之前还包括：根据氨气、水汽、二氧化碳和甲烷的吸收带的中心波长，对所述氨气、水汽、二氧化碳和甲烷进行标定，确定所述氨气、水汽、二氧化碳和甲烷的比例系数a、b、c、d。可选的，所述获取所述待测气体中水汽、二氧化碳和甲烷的浓度，具体包括：将滤光片调节至第二滤光孔通过光束，所述滤光片包括第一滤光孔、第二滤光孔、第三滤光孔和第四滤光孔，所述第一滤光孔的中心波长为2.248μm，为氨气吸收带对应的中心波长；所述第二滤光孔的中心波长为4.7μm，为水汽吸收带对应的中心波长；所述第三滤光孔的中心波长为1.6μm，为二氧化碳吸收带对应的中心波长；所述第四滤光孔的中心波长为7.46μm，为甲烷吸收带对应的中心波长；获得所述微音器输出的第一电压值信号；根据公式获得所述待测气体中水汽的浓度其中u1为第一电压值；将滤光片调节至第三滤光孔通过光束；获得所述微音器输出的第二电压值信号；根据公式获得所述待测气体中二氧化碳的浓度其中u2为第二电压值；将滤光片调节至第四滤光孔通过光束；获得所述微音器输出的第三电压值信号；根据公式获得所述待测气体中甲烷的浓度其中u3为第三电压值。根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术基于非共振红外光声光谱技术，无需定时校准且灵敏度高。可以实现对气体的实时检测，应用于养殖场时，动态检测范围大，且检测装置不易受到污染，且检测的准确度高。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术氨气检测装置实施例1的结构示意图；图2为本专利技术氨气检测装置实施例2的结构示意图；图3为本专利技术氨气检测方法的流程示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氨气检测装置，其特征在于，所述检测装置包括：光源、机械斩波器、滤光片、光声池、微音器和单片机；所述光源发出的光束依次经过所述机械斩波器和所述滤光片，到达所述光声池；所述机械斩波器用于对所述光束进行调制，产生周期性调制光强；所述滤光片用于对所述机械斩波器调制后的光束进行过滤，所述滤光片的中心波长为2.248μm，为氨气吸收带对应的中心波长；所述光声池包括进口和出口，待测气体通过所述进口进入所述光声池，检测完成后，所述光声池中的气体通过出口排出；所述微音器置于所述光声池的侧壁，所述微音器的信号输出端与所述单片机的信号输入端连接，所述单片机用于根据所述微音器的电压输出值确定所述待测气体中氨气的浓度。

【技术特征摘要】
1.一种氨气检测装置，其特征在于，所述检测装置包括：光源、机械斩波器、滤光片、光声池、微音器和单片机；所述光源发出的光束依次经过所述机械斩波器和所述滤光片，到达所述光声池；所述机械斩波器用于对所述光束进行调制，产生周期性调制光强；所述滤光片用于对所述机械斩波器调制后的光束进行过滤，所述滤光片的中心波长为2.248μm，为氨气吸收带对应的中心波长；所述光声池包括进口和出口，待测气体通过所述进口进入所述光声池，检测完成后，所述光声池中的气体通过出口排出；所述微音器置于所述光声池的侧壁，所述微音器的信号输出端与所述单片机的信号输入端连接，所述单片机用于根据所述微音器的电压输出值确定所述待测气体中氨气的浓度。2.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述光源为氮化硅材料的热辐射宽带光源，所述检测装置还包括椭圆准直镜，所述椭圆准直镜置于所述光源的上方，用于将所述光源的光线准直为平行光束。3.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述滤光片包括第一滤光孔、第二滤光孔、第三滤光孔和第四滤光孔，所述第一滤光孔的中心波长为2.248μm，为氨气吸收带对应的中心波长；所述第二滤光孔的中心波长为4.7μm，为水汽吸收带对应的中心波长；所述第三滤光孔的中心波长为1.6μm，为二氧化碳吸收带对应的中心波长；所述第四滤光孔的中心波长为7.46μm，为甲烷吸收带对应的中心波长。4.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述光声池为圆柱形，所述光声池的顶部包括窗片，光束从所述窗片的窗口进入到达所述光声池内部，所述光声池采用非共振工作模式。5.根据权利要求4所述的检测装置，其特征在于，所述微音器的个数为2个，两个所述微音器之间采用差分方式放大声音信号。6.根据权利要求5所述的检测装置，其特征在于，所述检测装置还包括两级放大电路，所述两级放大电路中一级放大电路与两个所述微音器连接，采用差分方式放大所述声音信号；所述两级放大电路中二级放大电路为锁相放大电路，所述二级放大电路与所述一级放大电路连接，所述二级放大电路用于获取所述声音信号对应的电压值。7.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述检测装置还包括第一电磁阀、第二电磁阀和电机，所述第一电磁阀与所述进口处的进气气路连接，所述进气气路上还连接有所述电机，用于将待测气体抽入所述光声池中；所述第二电磁阀与所述出口处的出气气路连接，用于将所述光声池中的气体排出。8.一种氨气检测方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔方晓，李大成，李扬裕，王安静，吴军，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：安徽,34