【论文精选】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

《农业工程学报》2020年第36卷第13期刊载了华中农业大学谭鹤群、李鑫安与艾正茂的论文——“基于可调谐吸收光谱的畜禽舍氨气浓度检测”。该研究由“十三五”国家重点研发计划项目（项目号：2018YFD0500702）资助。

氨气是集约化、规模化养殖畜禽舍内最为常见的有害气体，会导致畜禽呼吸道黏膜防御力与机体免疫力下降，影响畜禽健康生长。目前，生产实际中畜禽舍氨气浓度监测广泛采用电化学传感器，但电化学传感器在使用中普遍存在对畜禽舍复杂环境抗性低、易钝化、精度低、使用寿命短等问题。因此，寻求一种可长期、持续、稳定地对畜禽舍氨气浓度的监测方法，有助于了解畜禽舍内氨气的时空分布规律，为畜禽舍环境的调控提供依据。

该研究构建了一种基于可调谐吸收光谱（Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy，TDLAS）技术的畜禽舍氨气浓度在线监测系统。该系统采用波长为1 512 nm 的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，实现了对畜禽舍氨气浓度的在线检测。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。

研究结果表明：当检测系统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°时，对应的二次谐波形状与幅值最佳；不同浓度氨气与二次谐波幅值之间具有良好的线性关系；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，氨气在气室吸附作用最小；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％，可满足畜禽舍内氨气浓度在线监测的需求。