CN203616250U - 一种用于监测农产品运输车车厢中氨气含量的装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种用于监测农产品运输车车厢中氨气含量的装置，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谱线的线性扫描和交流调制。该检测装置通过改变激光器的发射波长，使其光谱扫描待测气体的吸收跃迁谱线，且采用1531.7nm处的吸收谱线作为激光二极管的出射波长，因此可控制车厢内氨气的浓度维持在5ppm以下。

Description

一种用于监测农产品运输车车厢中氨气含量的装置
技术领域
本实用新型属于气体检测领域，涉及一种氨气检测装置，尤其是一种用于监测农产品运输车车厢中氨气含量的装置。
背景技术
物流运输是人和物的载运及输送。现实中的运输专指“物”的载运及输送，即用设备和工具，将物品从一地点向另一地点运送的物流活动，其中包括集货、分配、搬运、中转、装入、卸下、分散等一系列操作。它是在不同地域范围间（如两个城市、两个工厂之间，或一个大企业内相距较远的两车间之间），以改变“物”的空间位置为目的的活动，对“物”进行空间转移。
随着我国经济实力的增强和人民生活的改善，交通运输量也稳步增长。但是，我国交通基础设施总量仍然不足，运输大通道能力紧张，相当一部分地区交通运输设施落后，技术装备水平与国际先进水平仍有较大差距，运输系统整体效率和服务质量不高，不能充分满足经济社会快速发展的需要。
近年来我国农产品产量不断增加，不少农产品出现了结构性过剩，表现为价格不断下降、农民收入增长缓慢，甚至出现负增长。面对这种情势，使农产品变成商品进入市场就成为解决问题的关键。
大多数农村运输车辆以拖拉机、农用运输车为主，这些运输设备会对农产品的新鲜度造成影响，农产品质量不能得到有效保障。随着人民生活水平的提高，人们对农产品的质量、花色及果蔬的新鲜度要求也越来越高，为了实现周年供应、不同地域均衡供应、调剂余缺，因此对运输环境及条件提出了更高的要求。
我国运输车多采用温湿度记录仪等设备对环境温湿度进行记录和保存，并且记录仪分布量比较少，不能从总体上反映运输车内环境的真实情况，因此不能对其进行有效实时的监控。
氨气是运输车车厢内的危害气体之一，如果运输车车厢内的氨气过高时，多数蔬菜会受到危害，表现为先从叶片开始，呈水渍状、无光泽、变褐色至枯死。当车厢内氨气的浓度超过5ppm时，黄瓜和番茄尤为敏感。所以，在车厢中要严格控制氨气的浓度，使浓度维持在5ppm以下，防止氨气对农产品造成伤害。
实用新型内容
实用新型的目的是在于克服现有技术的不足之处，提供一种能提高运输质量，使果蔬在运输过程中仍能保证良好的新鲜度、色泽度和口感的农产品运输车车厢中氨气含量的装置。
本实用新型解决技术问题所采用的技术方案是：
一种用于监测农产品运输车车厢中氨气含量的装置，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，所述的激光驱动器将温度进行粗调，并将激光器的吸收频率定位在氨气吸收峰附近，所述的激光驱动器输出的锯齿波调制信号慢扫描调谐扫过氨气的吸收峰，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。
而且，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NLK1S5GAAA可调谐DFB激光器作为氨气浓度检测的光源。
而且，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1531.7nm处的吸收谱线作为激光器的出射波长。
而且，所述的探测器型号为InGaAs的光电二极管，可探测的波长范围为800nm～1700nm。
而且，所述的前置放大电路选用TLE2027对探测器输出的信号进行放大并转换成电压信号。
而且，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。
而且，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。
本实用新型的优点和积极效果：
1、本氨气检测装置，能对车厢内的氨气气体实时在线监测，通过改变激光器的发射波长，使其光谱扫描待测气体的吸收跃迁谱线，且采用1531.7nm处的吸收谱线作为激光二极管的出射波长，因此可控制车厢内氨气的浓度维持在5ppm以下，防止氨气浓度过高而对农产品造成伤害，降低农产品的损失率。
2、本氨气检测装置弥补了我国运输车车厢中气体检测装置缺乏的现象，通过对运输车车厢内气体浓度的检测，从新的视角解决了对农产品的保鲜问题。
附图说明
图1为本实用新型的检测装置结构示意图。
具体实施方式：
下面结合附图并通过具体实施例对本实用新型作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本实用新型的保护范围。
一种用于监测农产品运输车车厢中氨气含量的装置，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，各部分元器件通过信号的传输连接，所述的激光驱动器将温度进行粗调，并将激光器的吸收频率定位在氨气吸收峰附近，所述的激光驱动器输出的锯齿波调制信号慢扫描调谐扫过氨气的吸收峰，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，使激光器产生波长调制的激光输出，以实现对待测气体吸收线的线性扫描和交流调制，经过准直器准直后激光器输出的调谐激光射入气体吸收池，经过多次反射后，激光光强衰减，探测器将光信号转换为电信号，前置放大电路将探测器输出的微弱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。
所述的激光驱动器用来控制激光器温度和输出功率的稳定，该激光驱动器选用日本NTT电子株式会社生产的型号为NLK1S5GAAA可调谐DFB激光器作为氨气浓度检测的光源。
所述的激光器的输出波长的改变是通过控制温度和注入电流的改变实现的，因此选用美国THORLABS公司提供的ITC5052激光二极管电流温度控制器，而底座选择LM14S2蝶形封装底座来实现，通过ITC5052激光二极管电流温度控制器和LM14S2蝶形封装底座可以对可调谐二极管的温度进行控制，LM14S2底座上安装半导体制冷器和温度传感器，通过LM14S2与ITC5052相结合的方法实现实时监测激光的工作状态，进而改变输出给半导体制冷器电流的大小和方向，从而实现对激光的温度控制；所述LM14S2是具有14引脚的激光二极管底座，通过半导体热电制冷器（TEC）来实现激光二极管的工作温度的控制，温度控制主要有两个作用，一是调节可调谐DFB激光器的温度，使其出射波长调谐在氨气吸收峰附近；二是控制激光器的温度，使其保持不变，因为激光器只有在温度恒定的情况下，才能保证输出波长随电流变化的线性度，采用1531.7nm处的吸收谱线作为激光器的出射波长。
所述的激光驱动器输出的调制信号可以是正弦波、方波、锯齿波等，由ITC5052内部产生，且频率和幅度可以调节，主要作用是通过缓慢的改变注入电流来实现激光波长的改变，使之能完整的扫描过一条气体对应的吸收谱线；由调制信号发生器输出的高频正弦波信号，主要是在中心频率处对吸收气体谱线信号进行调制，从而达到减小背景噪声的目的，通过ITC5052激光二极管电流温度控制器可以将两路信号进行叠加，使得输出信号在氨气吸收谱线附近扫描和调制。
所述的探测器选用FGA10InGaAs光电二极管，该探测器将携带气体吸收信息的光信号转换为电信号，可探测的波长范围为800nm～1700nm。
所述的前置放大电路选用TLE2027对探测器输出的信号进行放大并转换成电压信号。
所述的锁相放大器信号通道的信号来自于前置放大电路，经前置放大电路初步放大后的信号是待调解信号，而参考信号需要正弦波信号同频率的信号，才能进行解调，锁相放大器因系统采用二次谐波检测所以选择倍频参考信号，采用锁相放大技术是为了提取二次谐波信号，根据二次谐波信号与气体浓度的线性关系，可以实现对气体浓度的检测。
使用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。
本实用新型的依据是朗伯—比尔定律。其原理是将TDLAS（可调谐二极管激光吸收光谱）与WMS（波长调制光谱）相结合。在本质上是通过改变激光器的发射波长，使其光谱扫描待测气体的吸收跃迁谱线。测量时，首先通过调整激光器的工作温度，使激光器的输出的光波长在吸收跃迁的中心波长位置附近，然后调节驱动激光器的电流再对波长进一步地精细调节，目的是使激光器发射的中心波长尽可能与吸收谱线中心对准。

Claims (7)

1.一种用于监测农产品运输车车厢中氨气含量的装置，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，所述的激光驱动器将温度进行粗调，并将激光器的吸收频率定位在氨气吸收峰附近，所述的激光驱动器输出的锯齿波调制信号慢扫描调谐扫过氨气的吸收峰，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所述的用于监测农产品运输车车厢中氨气含量的装置，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NLK1S5GAAA可调谐DFB激光器作为氨气浓度检测的光源。
3.根据权利要求1所述的用于监测农产品运输车车厢中氨气含量的装置，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1531.7nm处的吸收谱线作为激光器的出射波长。
4.根据权利要求1所述的用于监测农产品运输车车厢中氨气含量的装置，其特征在于：所述的探测器型号为InGaAs的光电二极管，可探测的波长范围为800nm～1700nm。
5.根据权利要求1所述的用于监测农产品运输车车厢中氨气含量的装置，其特征在于：所述的前置放大电路选用TLE2027对探测器输出的信号进行放大并转换成电压信号。
6.根据权利要求1所述的用于监测农产品运输车车厢中氨气含量的装置，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所述的用于监测农产品运输车车厢中氨气含量的装置，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。
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