CN203658253U - 基于tdlas技术的车厢微环境乙烯检测装置 - Google Patents

基于tdlas技术的车厢微环境乙烯检测装置 Download PDF

Info

Publication number
CN203658253U
CN203658253U CN201320860760.0U CN201320860760U CN203658253U CN 203658253 U CN203658253 U CN 203658253U CN 201320860760 U CN201320860760 U CN 201320860760U CN 203658253 U CN203658253 U CN 203658253U
Authority
CN
China
Prior art keywords
laser
signal
ethene
microenvironment
output
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201320860760.0U
Other languages
English (en)
Inventor
张锐
王盼
吴永弘
姜蕾
田炜
李达
彭一准
王以忠
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tianjin University of Science and Technology
Original Assignee
Tianjin University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tianjin University of Science and Technology filed Critical Tianjin University of Science and Technology
Priority to CN201320860760.0U priority Critical patent/CN203658253U/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN203658253U publication Critical patent/CN203658253U/zh
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/39—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using tunable lasers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/39—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using tunable lasers
    • G01N2021/396—Type of laser source
    • G01N2021/399—Diode laser

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

本实用新型涉及一种基于TDLAS技术的车厢微环境乙烯检测装置，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线的线性扫描和交流调制。该检测装置所选用的激光频率与乙烯吸收光谱正好匹配，且检测顺序合理有序，稳定性好，使该乙烯检测装置能在恶劣环境中正常工作，受环境因素影响小，而且测量精度高，可控制乙烯的浓度在0.1ppm以下。

Description

基于TDLAS技术的车厢微环境乙烯检测装置
技术领域
本实用新型属于气体检测领域，涉及一种乙烯检测装置，尤其是一种基于TDLAS技术的车厢微环境乙烯检测装置。
背景技术
随着国民经济的不断发展，人们的物质生活水平快速提高，人们对食品的新鲜度、营养价值和食品安全方面的要求也逐渐提高。冷链是以保证物品品质为目的、使其保持低温环境为核心要求的供应链系统。冷藏车是冷链的重要环节，伴随整个冷链过程，也伴随着物品从产地、工厂、储藏、零售等每个环节的流通。车厢微环境感知对冷藏车至关重要，对保持果蔬正常生理和优良品质是极为重要的，所以，在流通过程中，都要对冷藏运输系统的全过程进行实时微环境信息的感知、传输和处理，跟踪微环境控制情况。
目前，冷藏车内记录仪比较少，而且一些学者也在车厢内放置电化学气体传感器，但是电化学气体传感器受温度及其暴露的湿度影响比较大。
乙烯是一种催熟剂，是一种植物本身存在的引起果实成熟的内源植物激素，可引起其他部位细胞的生理过程发生改变。果蔬在贮藏过程中不断产生乙烯，并使果蔬贮藏场所的乙烯浓度增高，果蔬在提高了乙烯浓度的环境中贮藏时，会促进果蔬呼吸强度提高，加快果蔬成熟速度，均匀改变成熟过程。同时乙烯也有许多不利影响，如加速叶、花苞及花的脱落；促使果蔬提早成熟及软化；加速未成熟的果实和多叶蔬菜枯黄、失去绿色；促使茎类蔬菜纤维化等。
乙烯具有自我催化作用，少量乙烯的合成累积，就会刺激ACC合成酶活性，促进乙烯的大量形成。所以，在农产品贮运时，应及时排除或吸收贮藏环境中的乙烯，控制乙烯的浓度在0.1ppm以下。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种检测准确、受环境因素影响小，而且测量精度高的一种基于TDLAS技术的车厢微环境乙烯检测装置。
本实用新型解决技术问题所采用的技术方案是：
一种基于TDLAS技术的车厢微环境乙烯检测装置，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乙烯吸收峰附近，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乙烯的吸收峰，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NLK1U5EAAA可调谐DFB激光器作为乙烯浓度检测的光源。
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1626.8nm处的吸收谱线作为激光器的出射波长。
而且，所述的探测器选用FGA10InGaAs光电二极管。
而且，选用AD820作为前置放大器通过前置放大电路对探测器转化后的电信号进行电压转换和信号初步放大。
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、本乙烯检测装置，各个工作器件所选的型号恰当，所选用的激光频率与乙烯吸收光谱正好匹配，且检测顺序合理有序，稳定性好，使该乙烯检测装置能在恶劣环境中正常工作，受环境因素影响小，而且测量精度高。
2、本乙烯检测装置，可以实时检测车厢内的乙烯浓度，控制乙烯的浓度在0.1ppm以下，同时，当运输车车厢内的乙烯浓度过高时，可及时进行车厢内的通风换气或利用乙烯脱除装置将乙烯去除。
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。
一种基于TDLAS技术的车厢微环境乙烯检测装置，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乙烯吸收峰附近，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乙烯的吸收峰，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NLK1U5EAAA可调谐DFB激光器作为乙烯浓度检测的光源。
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；所述的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乙烯吸收峰附近；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1626.8nm处的吸收谱线作为激光二极管的出射波长。
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，使得输出信号在乙烯吸收谱线附近扫描和调制。
所述的探测器选用InGaAs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。
经探测器转化后的电信号是微弱电信号，要通过前置放大电路进行电压转换和信号的初步放大，对微弱信号进行处理去噪后才能进行采集，其中选用AD820作为前置放大器。
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)

1.一种基于TDLAS技术的车厢微环境乙烯检测装置，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，各部分元器件通过信号的传输连接，所述的激光驱动器将激光器的吸收频率定位在乙烯吸收峰附近，该激光驱动器输出的锯齿波调制信号慢扫描调谐扫过乙烯的吸收峰，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所述的基于TDLAS技术的车厢微环境乙烯检测装置，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NLK1U5EAAA可调谐DFB激光器作为乙烯浓度检测的光源。
3.根据权利要求1所述的基于TDLAS技术的车厢微环境乙烯检测装置，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1626.8nm处的吸收谱线作为激光器的出射波长。
4.根据权利要求1所述的基于TDLAS技术的车厢微环境乙烯检测装置，其特征在于：所述的探测器选用FGA10InGaAs光电二极管。
5.根据权利要求1所述的基于TDLAS技术的车厢微环境乙烯检测装置，其特征在于：选用AD820作为前置放大器通过前置放大电路对探测器转化后的电信号进行电压转换和信号初步放大。
6.根据权利要求1所述的基于TDLAS技术的车厢微环境乙烯检测装置，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所述的基于TDLAS技术的车厢微环境乙烯检测装置，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。
CN201320860760.0U 2013-12-18 2013-12-18 基于tdlas技术的车厢微环境乙烯检测装置 Expired - Fee Related CN203658253U (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201320860760.0U CN203658253U (zh) 2013-12-18 2013-12-18 基于tdlas技术的车厢微环境乙烯检测装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201320860760.0U CN203658253U (zh) 2013-12-18 2013-12-18 基于tdlas技术的车厢微环境乙烯检测装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN203658253U true CN203658253U (zh) 2014-06-18

Family

ID=50924630

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201320860760.0U Expired - Fee Related CN203658253U (zh) 2013-12-18 2013-12-18 基于tdlas技术的车厢微环境乙烯检测装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN203658253U (zh)

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104297207A (zh) * 2014-10-22 2015-01-21 深圳市唯锐科技有限公司 一种基于tdlas的激光呼气分析仪及系统
CN105806806A (zh) * 2016-05-12 2016-07-27 河南省日立信股份有限公司 一种基于tdlas技术的逃逸氨浓度检测装置和方法
CN106290220A (zh) * 2016-10-11 2017-01-04 河南农业大学 基于红外光声光谱的水果成熟度无损检测系统及方法
CN107037004A (zh) * 2017-06-13 2017-08-11 贵州电网有限责任公司电力科学研究院 一种tdlas检测sf6电气设备中湿度的装置及方法
CN107091808A (zh) * 2017-07-10 2017-08-25 西石（厦门）科技有限公司 一种基于数字锁相的抗杂散光干扰光电检测系统
CN107144549A (zh) * 2017-05-11 2017-09-08 西安科技大学 基于tdlas痕量co气体浓度的检测装置和方法
CN107367570A (zh) * 2017-08-15 2017-11-21 江苏师范大学 一种化石燃料燃烧温度与气体浓度测量方法
CN110426371A (zh) * 2019-09-10 2019-11-08 国网重庆市电力公司电力科学研究院 一种检测sf6电气设备中的hf气体的系统
CN112540059A (zh) * 2019-09-20 2021-03-23 天津科技大学 基于tdlas技术的乙烯检测方法
CN114413935A (zh) * 2022-01-26 2022-04-29 西安交通大学 一种法布里珀罗传感器的噪声抑制系统及方法
CN115494020A (zh) * 2022-09-30 2022-12-20 湖南五凌电力科技有限公司 痕量气体检测方法、装置及系统

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104297207A (zh) * 2014-10-22 2015-01-21 深圳市唯锐科技有限公司 一种基于tdlas的激光呼气分析仪及系统
CN105806806A (zh) * 2016-05-12 2016-07-27 河南省日立信股份有限公司 一种基于tdlas技术的逃逸氨浓度检测装置和方法
CN105806806B (zh) * 2016-05-12 2019-04-30 河南省日立信股份有限公司 一种基于tdlas技术的逃逸氨浓度检测装置和方法
CN106290220A (zh) * 2016-10-11 2017-01-04 河南农业大学 基于红外光声光谱的水果成熟度无损检测系统及方法
CN107144549B (zh) * 2017-05-11 2023-04-14 西安科技大学 基于tdlas痕量co气体浓度的检测装置和方法
CN107144549A (zh) * 2017-05-11 2017-09-08 西安科技大学 基于tdlas痕量co气体浓度的检测装置和方法
CN107037004A (zh) * 2017-06-13 2017-08-11 贵州电网有限责任公司电力科学研究院 一种tdlas检测sf6电气设备中湿度的装置及方法
CN107091808A (zh) * 2017-07-10 2017-08-25 西石（厦门）科技有限公司 一种基于数字锁相的抗杂散光干扰光电检测系统
CN107367570A (zh) * 2017-08-15 2017-11-21 江苏师范大学 一种化石燃料燃烧温度与气体浓度测量方法
CN110426371A (zh) * 2019-09-10 2019-11-08 国网重庆市电力公司电力科学研究院 一种检测sf6电气设备中的hf气体的系统
CN112540059A (zh) * 2019-09-20 2021-03-23 天津科技大学 基于tdlas技术的乙烯检测方法
CN114413935A (zh) * 2022-01-26 2022-04-29 西安交通大学 一种法布里珀罗传感器的噪声抑制系统及方法
CN114413935B (zh) * 2022-01-26 2023-08-22 西安交通大学 一种法布里珀罗传感器的噪声抑制系统及方法
CN115494020A (zh) * 2022-09-30 2022-12-20 湖南五凌电力科技有限公司 痕量气体检测方法、装置及系统
CN115494020B (zh) * 2022-09-30 2024-02-23 湖南五凌电力科技有限公司 痕量气体检测方法、装置及系统

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN203658253U (zh) 基于tdlas技术的车厢微环境乙烯检测装置
CN203616250U (zh) 一种用于监测农产品运输车车厢中氨气含量的装置
CN101435773B (zh) 基于准连续二极管激光器调制光谱气体监测方法和装置
JP4524473B2 (ja) 植物の受ける水分ストレスの測定方法及び装置
CN106290220B (zh) 基于红外光声光谱的水果成熟度无损检测系统及方法
Wang et al. Development and evaluation on a wireless multi-gas-sensors system for improving traceability and transparency of table grape cold chain
CN203745372U (zh) 一种基于中红外可调谐半导体光源光谱吸收技术的甲烷浓度检测装置
CN105388120B (zh) 基于wmrf模型的免定标波长调制光谱气体检测方法
CN103604774A (zh) 基于非线性调谐提高激光气体分析灵敏度的方法和装置
CN203745375U (zh) 一种农产品物流中车厢二氧化碳激光光谱测量装置
CN101975764A (zh) 基于近红外光谱技术的多波段土壤氮素检测装置和方法
CN204630922U (zh) 基于近红外光谱技术的土壤有机质和水分检测系统
CN101975759A (zh) 透射式无损检测植物叶片含水量的装置和方法
CN103728270A (zh) 一种半导体激光器调制光谱多组份气体检测方法及装置
CN203011825U (zh) 基于主动光源的便携式作物生长信息监测仪
CN103149162A (zh) 基于主动光源的便携式作物生长信息监测仪
CN201666870U (zh) 双模远距离红外气体传感器
CN103411923B (zh) 一种采用双路可调谐激光吸收光谱技术的归一化降噪方法
CN105021569A (zh) 一种同时监测一氧化碳和甲烷的装置
CN104237162A (zh) 一种大气折射率虚部结构常数的测量系统及测量方法
CN1945319A (zh) 一种植物归一化指数遥感装置
CN105424624A (zh) 一种基于半导体激光器的检测器及其参数调整方法
CN103308465B (zh) 一种主动光源式作物冠层反射光谱测量装置用信号处理系统及方法
US11408820B1 (en) Produce freshness sensor
CN107655854A (zh) 一种痕量n2o气体检测系统

Legal Events

Date Code Title Description
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20140618

Termination date: 20141218

EXPY Termination of patent right or utility model