一种室内氨气浓度的检测装置的制作方法

本实用新型属于气体检测领域，尤其是基于tdlas技术的一种室内氨气浓度的检测装置。

背景技术：

室内环境污染问题成为现代社会影响人们身体健康和安全的主要问题，特别是室内装饰装修材料造成的室内环境甲醛、氨气污染，危害极大。在我们平时生活的周围，洗手间是氨气浓度最高的地点，其实家庭中的氨气来源并不只是洗手间，家庭中的氨气主要还是来自于建筑施工中使用的混凝土外加剂，也可来自室内装饰材料，比如家具涂饰时所用的添加剂和增白剂大部分都含有氨水。特别是在冬季施工过程中，在混凝土墙体中加入的尿素和氨水为主要原料的混凝土防冻剂，这些含有大量的外加剂在墙体中随着温湿度等环境因素的变化而还原成氨气从墙体中缓慢释放出来，造成室内空气中氨的含量大量增加。

氨是一种无色而具有强烈刺激性臭味的气体，氨气的溶解度极高，所以常被吸附在皮肤黏膜和眼结膜上，从而产生刺激和炎症。氨气对接触的组织都有腐蚀和刺激作用，可以吸收组织中的水分，使组织蛋白变性，并使组织脂肪皂化，破坏细胞膜结构。

现在室内空气中氨含量的检测的方法主要是化学分析法，分光光度法等，其中化学分析法多用于氨气含量较高的时候，而这几种方法在测量时只能分次进行，人为参与度比较大，检测速度较慢，不能很好的做到实时监测。本专利采用tdlas技术，提供一种对室内氨气检测装置，检测过程中减少了人为参与，提高了检测氨气浓度的准确性，加快了检测速度。

技术实现要素：

本实用新型的目的是根据现有技术的不足之处加以改进，搭建一种可以更准确更及时更快速检测室内氨气浓度的系统，可以使人们在入住新装修房屋前可以准确及时的知道室内氨气的浓度，以保证我们自己及家人身体健康和财产安全的检测装置。

本实用新型解决技术问题所采用的技术方案是：

一种室内氨气浓度的检测装置，包括tdlas控制板、温度控制模块、激光器、准直器、分束器、气体吸收池、气体标准模块、模拟开关电路模块、探测器、数据采集卡和上位机，tdlas控制板上的j4引脚连接激光器，tdlas控制板和温度控制模块共同调制激光器的工作电流，激光器通过光纤经过准直器和分束器与气路部分相连，激光通过气路部分后由光电探测器将带有气体信息的光信号转换为电信号，光电探测器与模拟开关模块相连，模拟开关模块再与tdlas控制板上的前置放大电路引脚j5相连，在经过tdlas控制板上的锁相放大电路再由j2引脚连接到数据采集卡ai1和ai0通道，数据采集卡由usb接口与上位机相连，实现对气体浓度的检测。

而且，所述的的气路部分包括气体标准模块和气体吸收池两路，用于存放待检测气体。

而且，所述的所述的温度控制电路，通过旋转电路板上滑动变阻器的旋钮，来改变激光器的温度，从而控制激光的波长。

而且，所述的温度控制电路是由武汉欧迪公司提供的，主要由max8521来驱动电路。

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1100nm～1700nm。

而且，所述的模拟开关电路模块采用以74hc4051芯片的模拟开关电路，通过电路板上的e和s0～s1引脚来选择信号的输出。

而且，所述的数据采集卡是16位高速同步模拟采集卡，拟输入通道是4路，分辨率是16位其最高采样率为500ks/s，模拟输入通道是4路，分辨率是16位，它的输入电压是±10v，本系统采集两路数据锯齿波波形以及经过锁相放大电路输出的二次谐波波形。

本实用新型的优点和积极效果：

1、本氨气检测装置，能对新装修的房屋内的氨气进行及时检测，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，因此可根据检测浓度来判断屋内氨气含量是否超标，是否需要采取减少氨气浓度的措施，防止氨气浓度过高而对屋内居住人员造成伤害，从而有效减少疾病的发生，保证居住人的身体健康。

2、本氨气检测装置弥补了我国现阶段对生活周围空气中氨气检测装置缺乏的现象，通过对装修房屋内氨气的检测和监控，从而一定程度上的减小氨气给人们日常生活带来的负面影响。

3、本实验采用了对气体标准模块和被检测气体这两路检测结果进行比较的方法，从而减少对实验结果的误差，提高了整体检测装置的准确性。

附图说明

图1为本实用新型的检测装置结构示意图。

图2为本实用新型的氨气浓度检测界面。

图3为本实用新型中labview系统流程图

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。

本实用新型实施例1，如图1所示，本实用新型提供一种室内氨气浓度的检测装置，包括tdlas控制板、温度控制模块、激光器、准直器、分束器、气体标准模块、气体吸收池、模拟开关电路模块、探测器、数据采集卡和上位机，温度控制模块对激光温度进行粗调，并将激光器的吸收频率定位在氨气吸收峰附近，tdlas控制板上的信号发生电路产生驱动激光器波长变化的低频扫描信号和高频调制信号，两路电压信号叠加后转换为电流信号，控制激光器的工作电流。激光器的输出波长为1512nm的激光，经分束器后分别进入气体吸收池和气体标准模块，扫描被测气体的吸收谱线，激光经过气体吸收池和气体标准模块后，由光电探测器把光信号装换成电信号，再由模拟开关电路模块将两路电信号分别传输到tdlas控制板，经过前置放大和锁相放大处理后，可检测二次谐波信号，最后通过数据采集卡采集数据后传输到上位机，再利用labview对数据并进行数据处理，从而得到气体浓度的检测结果。

所述的激光器的输出波长的改变是通过控制激光器工作温度和工作电流实现的，本装置采用的温度控制电路是由武汉欧迪公司提供的，通过旋转电路板上滑动变阻器的旋钮，来改变激光器的温度，从而控制激光的波长。本实用新型的激光器为武汉欧迪公司生产的蝶形封装的分布式反馈激光器，型号为od-1580-bf14-dfb-09-1-fc/apc。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pci-fpga-1a电路板是由美国的portcityinstruments，llc公司提供的，它是一款基于fpga全数字设计的控制板，它集成了兼容ingaas和inas探测器的前置放大器，dfb激光器、vcsel激光器所需要的所有功能，以及一个专业提取二次谐波信号的fpga-based全数字检波器，多个压力传感器和温度传感器测量环境环境和内部参数，还有fpga-base激光驱动器和波形发生器，多个压力传感器和压力传感器能检测环境和内部参数，通过光谱分析气体浓度更精确，输入兼容大部分数据采集系统。pci-fpga-1a电路板是由一个简单的图形界面控制的，它们之间通过usb线连接，通过修改gui界面中的正弦波信号的幅度、激光扫描速率、2f解调增益和幅值等参数，来控制激光器发出的波长。

所述的探测器选用武汉欧迪公司生产的od-pdc-sm-09-01-fc/apc光电二极管，该探测器具有正照平面型芯片结构，同时具有光敏面积大、噪声低、可靠性能高等特点，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1100nm～1700nm，光敏面直径为300um，响应度为0.98a/w。

所述的数据采集卡是美国ni公司生产的ni9222数据采集卡，该模块是16位高速同步模拟采集卡，输入通道是4路，分辨率是16位其最高采样率为500ks/s，输入电压是±10v，本系统采集两路数据锯齿波波形以及经过锁相放大电路输出的二次谐波波形。

本实用新型实施例2，本实用新型提供一种室内氨气浓度的检测装置的系统调试过程，用示波器调节系统各部分状态，即调制频率、扫描周期、调制度、扫描频率、解调相位和锁相放大器增益，调制后信号在示波器上显示，在示波器显示正确波形后便可以用数据采集卡代替示波器采集波形了。

本实用新型实施例3，本实用新型处理数据采用的labview软件，它具有强大的数据采集、数据处理、数据分析、和仪器控制功能，本实用新型采用的数据采集卡和labview软件有很好的接口，通过labview软件编写采集程序，可以实现采集卡的数据采集，氨气浓度检测界面如图2所示，本实验新型利用labview软件结合系统参数设置、硬件电路监控后的系统软件流程图如图3所示，其中流程中的数据处理大致可以分成起始点对齐、粗大误差剔除、采样点波长对应、多周期平均、平滑滤波、以及特征提取几部分。

本实用新型实施例4，本实用新型的依据是朗伯-比尔定律。其原理是将tdlas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。

需要强调的是，本实用新型所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本实用新型包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本实用新型的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本实用新型保护的范围。