CN104849230A - 一种温室环境中co2浓度检测及调控方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种温室环境中CO₂浓度检测及调控方法，预先设定温室环境中的正常CO₂浓度参数阈值，将一定波长的红外光穿过温室，采用红外传感器获取穿过温室的输入发光光强度以及输出发光光强度，根据获取的输入发光光强度以及输出发光光强度计算出待测气体中CO₂的浓度，进而通过显示模块实时显示出来，将得出的待测气体中CO₂的浓度与设定正常CO₂浓度参数阈值进行对比，若不属于正常阈值范围内，则发出警报同时控制CO₂调节装置调节CO₂浓度直至达到正常阈值范围内。

Description

一种温室环境中CO2浓度检测及调控方法

技术领域

本发明涉及一种气体浓度检测方法，尤其涉及一种温室环境中CO₂浓度检测及调控方法，属于CO₂浓度检测领域。

背景技术

随着人类社会的进步和科学技术的发展，人们的生活水平得到了迅速提高，工业生产规模也迅速扩大，但同时导致了二氧化碳的排放成倍增长，如温室效应，土地荒漠化程度加速等，严重影响并破坏着人类的生存环境。另外，二氧化碳是作物光合作用的主要原料，其含量合适与否直接影响作物的生长。近年来，随着人们环保意识的增强，科技进步的进步，如何快速检测二氧化碳的含量，削减二氧化碳的排放，已成为各级政府和广大有识之士特别关注的问题，因此研究并设计二氧化碳检测电路具有十分重要的意义。

近年来，随着工业的飞速发展，二氧化碳排放量急剧上升，所造成的温室效应对人类的生存构成巨大的威胁在温室、大棚和密闭的植物工厂等，施加CO₂气肥是增加产量的有效方法。在一定条件下，随着CO₂浓度的升高，光合作用增强。光合速率最大时的CO₂浓度为饱和点，当CO₂浓度超过饱和点过高，则会引起作物异常生长，叶片失绿黄化，卷曲畸形或坏死等。

前检测二氧化碳的方法主要有化学法、电化学法、气相色谱法、容量滴定法等，这些方法普遍存在着价格贵，普适性差等问题，且测量精度还较低。而传感器法具有安全可靠、快速直读、可连续监测等优点。目前各种检测用的二氧化碳传感器主要有固体电解质式、钛酸钡复合氧化物电容式、电导变化型厚膜式等，这些传感器存在对气体的选择性差、易出现误报、需要频繁校准、使用寿命较短等不足。

在种植过程中，人们希望按合理需求量产生CO₂气体，并能够根据环境检测的结果，自动调节CO₂给气量。不论物理法还是化学法制造CO₂，采用开环控制的方法通常不容易达到精确定量的目的，从而影响最佳的生长效果。

例如申请号为“201310047515.2”的一种CO浓度和能见度检测系统及测量方法，包括一个红外热光源，一个双滤波片红外热释电探测器，一个用于测量理想环境下接收到光源光强的参考光路，一个用于测量实际环境下接收到光源光强的测量光路，一个用于 切换两光路的转盘和一个用于数据采集和处理的电路板。该发明实现CO浓度和能见度同时检测，只需一套光路、机械结构和硬件电路，单光源和双元探测器；可以消除散射的红外光、镜头上灰尘和系统零件的吸收造成的误差，测量精确；采用双波长法测气体浓度省去了高浓度气体参比气室，简化了系统结构；该仪器体积小、使用方便。

又如申请号为“201210418670.6”的一种温室环境中CO₂浓度自动调节装置及调节方法。其装置包括CO₂气体控制模块，所述CO₂气体控制模块的输入端分别连接有光强度传感器和CO₂浓度传感器，所述CO₂气体控制模块的输出端连接有CO₂气体发生模块，所述光强度传感器用于采集温室环境的光强度；所述CO₂浓度传感器用于检测温室环境中CO₂浓度；所述CO₂气体控制模块根据所述光强度和所述CO₂浓度进行控制所述CO₂气体发生模块释放CO₂气体。本发明技术方案可以精确控制植物所需CO₂的给定量，且结构简单、易于实现。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术的不足提供了一种测量范围宽、灵敏度高、响应时间快、选择性好、抗干扰能力强的温室环境中CO₂浓度检测及调控方法。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种温室环境中CO₂浓度检测及调控方法，具体包含如下步骤：

步骤1，预先设定温室环境中的正常CO₂浓度参数阈值；

步骤2，将一定波长的红外光穿过温室；

步骤3，采用红外传感器获取穿过温室的输入发光光强度以及输出发光光强度；

步骤4，根据获取的输入发光光强度以及输出发光光强度计算出待测气体中CO₂的浓度，进而通过显示模块实时显示出来，具体计算如下：

I＝I₀exp(-a_mLc)；

得 $c=\frac{1}{a_{m}L}\ln \frac{I_0}{I};$

其中，c为待测气体中CO₂的浓度，I为输入发光光强度，I₀为输出发光光强度，a_m为摩尔分子吸收系数，L为红外光的波长；

步骤5，将得出的待测气体中CO₂的浓度与设定正常CO₂浓度参数阈值进行对比，若不属于正常阈值范围内，则发出警报同时控制CO₂调节装置调节CO₂浓度直至达到正常阈值范围内。

作为本发明一种温室环境中CO₂浓度检测及调控方法的进一步优选方案，在步骤2中，采用波长为620nm的红外光。

作为本发明一种温室环境中CO₂浓度检测及调控方法的进一步优选方案，在步骤3中，所述红外传感器的芯片型号为SE2470。

作为本发明一种温室环境中CO₂浓度检测及调控方法的进一步优选方案，在步骤4中，所述显示模块为LCD显示屏。

作为本发明一种温室环境中CO₂浓度检测及调控方法的进一步优选方案，在步骤5中，声光报警单元发出警报。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1、本发明测量范围宽、灵敏度高、响应时间快、选择性好、抗干扰能力强；

2、本发明通过检测一定波长的红外光的输入发光光强度和输出发光光强度，进而通过计算精确得出待测气体中CO₂的浓度；

3、本发明可以精确掌握温室中CO₂浓度，能够及时精确的对温室中的CO₂浓度进行调控。

附图说明

图1是本发明的方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

如图1所示，一种温室环境中CO₂浓度检测及调控方法，具体包含如下步骤：

步骤1，预先设定温室环境中的正常CO₂浓度参数阈值；

步骤2，将一定波长的红外光穿过温室；

步骤3，采用红外传感器获取穿过温室的输入发光光强度以及输出发光光强度；

步骤4，根据获取的输入发光光强度以及输出发光光强度计算出待测气体中CO₂的浓度，进而通过显示模块实时显示出来，具体计算如下：

I＝I₀exp(-a_mLc)；

得 $c=\frac{1}{a_{m}L}\ln \frac{I_0}{I};$

其中，c为待测气体中CO₂的浓度，I为输入发光光强度，I₀为输出发光光强度，a_m为摩尔分子吸收系数，L为红外光的波长；

步骤5，将得出的待测气体中CO₂的浓度与设定正常CO₂浓度参数阈值进行对比，若不属于正常阈值范围内，则发出警报同时控制CO₂调节装置调节CO₂浓度直至达到正常阈值范围内。

其中，在步骤2中，采用波长为620nm的红外光，在步骤3中，所述红外传感器的芯片型号为SE2470，在步骤4中，所述显示模块为LCD显示屏，在步骤5中，采用声光报警单元发出警报。

红外吸收型CO₂气体传感器是基于气体的吸收光谱随物质的不同而存在差异的原理制成的。不同气体分子化学结构不同，对不同波长的红外辐射的吸收程度就不同，因此，不同波长的红外辐射依次照射到样品物质时，某些波长的辐射能被样品物质选择吸收而变弱，产生红外吸收光谱，故当知道某种物质的红外吸收光谱时，便能从中获得该物质在红外区的吸收峰。同一种物质不同浓度时，在同一吸收峰位置有不同的吸收强度，吸收强度与浓度成正比关系。因此通过检测气体对光的波长和强度的影响，便可以确定气体的浓度。

根据获取的输入发光光强度以及输出发光光强度计算出待测气体中CO2的浓度，具体计算如下：

I＝I₀exp(-a_mLc)；

得 $c=\frac{1}{a_{m}L}\ln \frac{I_0}{I};$

其中，c为待测气体中CO₂的浓度，I为输入发光光强度，I₀为输出发光光强度，a_m为摩尔分子吸收系数，L为红外光的波长；

本发明采用的CO₂调控装置可以选用化学反应产生CO₂，可以通过调节光强度促进植物的光合作用，本发明测量范围宽、灵敏度高、响应时间快、选择性好、抗干扰能力强；通过检测一定波长的红外光的输入发光光强度和输出发光光强度，进而通过计算精确得出待测气体中CO₂的浓度；能够及时精确的对温室中的CO₂浓度进行调控。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按 照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以再不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (5)

1.一种温室环境中CO₂浓度检测及调控方法，其特征在于：具体包含如下步骤：

步骤1，预先设定温室环境中的正常CO₂浓度参数阈值；

步骤2，将一定波长的红外光穿过温室；

步骤3，采用红外传感器获取穿过温室的输入发光光强度以及输出发光光强度；

步骤4，根据获取的输入发光光强度以及输出发光光强度计算出待测气体中CO₂的浓度，进而通过显示模块实时显示出来，具体计算如下：

I＝I₀exp(-a_mLc)；

得

其中，c为待测气体中CO₂的浓度，I为输入发光光强度，I₀为输出发光光强度，a_m为摩尔分子吸收系数，L为红外光的波长；

步骤5，将得出的待测气体中CO₂的浓度与设定正常CO₂浓度参数阈值进行对比，若不属于正常阈值范围内，则发出警报同时控制CO₂调节装置调节CO₂浓度直至达到正常阈值范围内。

2.根据权利要求1所述的一种温室环境中CO₂浓度检测及调控方法，其特征在于：在步骤2中，采用波长为620nm的红外光。

3.根据权利要求1所述的一种温室环境中CO₂浓度检测及调控方法，其特征在于：在步骤3中，所述红外传感器的芯片型号为SE2470。

4.根据权利要求1所述的一种温室环境中CO₂浓度检测及调控方法，其特征在于：在步骤4中，所述显示模块为LCD显示屏。

5.根据权利要求1所述的一种温室环境中CO₂浓度检测及调控方法，其特征在于：在步骤5中，采用声光报警单元发出警报。