一種農(nóng)產(chǎn)品物流中車廂二氧化碳激光光譜測量裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種農(nóng)產(chǎn)品物流中車廂二氧化碳激光光譜測量裝置，包括調(diào)制信號發(fā)生器、激光驅動器、激光器、準直器、氣體吸收池、探測器、前置放大電路、鎖相放大器、數(shù)據(jù)采集卡和計算機模塊，其中激光驅動器用來控制激光器溫度和輸出功率的穩(wěn)定，信號發(fā)生器產(chǎn)生的調(diào)制信號輸出到激光器的驅動電流上，使激光器產(chǎn)生波長調(diào)諧的激光輸出，以實現(xiàn)對待測氣體吸收線的線性掃描和交流調(diào)制。該裝置基于TDLAS技術，具有高精度、高靈敏度、選擇性好、工作穩(wěn)定、可排除其他氣體的干擾的特點，而且適用于車廂內(nèi)低溫高濕的惡劣環(huán)境，將二氧化碳的濃度控制在0%～10%范圍內(nèi)。
【專利說明】一種農(nóng)產(chǎn)品物流中車廂二氧化碳激光光譜測量裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于氣體檢測領域，涉及一種二氧化碳檢測裝置，尤其是一種農(nóng)產(chǎn)品物流中車廂二氧化碳激光光譜測量裝置。
【背景技術】
[0002]目前來講，物流的概念沒有一個統(tǒng)一的界定，最新的物流的概念是美國物流管理協(xié)會 NCPDM (NationalCounci1fPhysicalDistributionManagement)于 2002 年對物流的定義:“物流是供應鏈過程的一部分，它是對商品、服務及相關信息在起源地到消費地之間有效率和有效益的正向和反向移動與存儲進行的計劃、執(zhí)行與控制，其目的是滿足客戶要求?！蔽锪魇怯心康牡幕顒?，是社會物質的運動，是一種系統(tǒng)的活動，一種有組織的活動。
[0003]農(nóng)產(chǎn)品物流是物流業(yè)的一個分支。它指的是為了滿足消費者需求以最小成本而進行的農(nóng)產(chǎn)品物質實體從生產(chǎn)者到消費者之間的物理性流動及相關信息的共享。包括農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)、收購、運輸、儲存、裝卸、搬運、包裝、配送、流通加工、分銷、信息活動等一系列環(huán)節(jié)。
[0004]近年來，我國農(nóng)業(yè)發(fā)展滯后增收困難，原因有多種，但是農(nóng)產(chǎn)品流通不暢是重要原因之一，主要體現(xiàn)在農(nóng)產(chǎn)品流通效率低、成本高，農(nóng)產(chǎn)品物流滯后成為影響農(nóng)產(chǎn)品流通的關鍵因素。從生鮮農(nóng)產(chǎn)品供應鏈管理角度看，由于生鮮農(nóng)產(chǎn)品不能長久存放，到貨存貨安排十分講究，要求周轉快、管理科學，達到應有的生鮮標準；而國際市場范圍大，世界各地氣候變化多樣，在運輸途中有時要經(jīng)過不同的氣候帶，從而加大了農(nóng)產(chǎn)品的保鮮難度。我國目前生鮮農(nóng)產(chǎn)品儲運手段還比較落后，生鮮農(nóng)產(chǎn)品冷藏保鮮設施欠缺、保鮮加工水平較低，生鮮農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)后損失驚人，這對我國農(nóng)產(chǎn)品出口是一個很大的壓力；從生鮮農(nóng)產(chǎn)品物流成本角度看，長期以來，由于許多生鮮農(nóng)產(chǎn)品企業(yè)從采購、生產(chǎn)到銷售的整個供應鏈及物流運作還停留在傳統(tǒng)的儲運模式上，物流作業(yè)環(huán)節(jié)繁多，基礎設施設備陳舊，不僅使初級加工企業(yè)不能集中財力、物力、人力進行產(chǎn)品研發(fā)和市場競爭，而且還使產(chǎn)品成本居高不下的狀況難以改變；從生鮮農(nóng)產(chǎn)品物流技術的角度看，由于缺乏適宜的保鮮技術設備與手段，基礎設施薄弱，使得生鮮農(nóng)產(chǎn)品流通過程的各種損耗非常巨大(如水果、蔬菜的采后損失高達25%?30%，肉類及水產(chǎn)品亦達10%?15%)，每年僅生鮮易腐類農(nóng)產(chǎn)品采后的各種損耗之和高達千億元。生鮮農(nóng)產(chǎn)品物流不暢和手段的落后，已成為制約中國農(nóng)業(yè)和食品產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸。
[0005]目前，物流運輸車車廂中大都只有檢測溫濕度的儀器，而缺乏檢測氣體的裝置。
[0006]二氧化碳是運輸車車廂內(nèi)的氣體之一，適當濃度的二氧化碳可以隔絕氧氣，使水果、蔬菜等不被氧化腐爛，保持活性，一般二氧化碳濃度高于5%時就有明顯抑制呼吸作用的效應，但二氧化碳濃度過高后，反而又刺激果蔬的呼吸作用增強和引起無氧呼吸的作用導致果蔬加速腐爛，其危害癥狀主要表現(xiàn)為果蔬表面或內(nèi)部組織或兩者都發(fā)生褐變，出現(xiàn)褐斑或組織脫水、萎軟甚至形成空腔。所以控制運輸車車廂內(nèi)二氧化碳濃度的范圍在0%?10%之間。
[0007]TDLAS技術本質上是一種吸收光譜技術，是通過分析光通過氣體時的選擇吸收來測得氣體濃度。采用可調(diào)諧二極管激光吸收光譜結合波長調(diào)制光譜技術對氣體濃度進行測量，具有靈敏度高、選擇性好、長期穩(wěn)定性等優(yōu)點。其基本原理是:利用激光器的電流調(diào)諧和溫度調(diào)諧的特性，使激光器的輸出波長掃描待測氣體的某一吸收峰，同時對激光器進行調(diào)制，根據(jù)諧波信號與氣體濃度的相關性進行檢測。其理論基礎是建立在朗伯-比爾定律基礎上的，公式為:
[0008]I = 10exp[_PS(T) Φ (v) XL] = 10exp (- a mLC)(I)
[0009]式中，I是輸出光強，即穿越氣體介質時經(jīng)過氣體吸收后的光強Jtl是輸入光強，即參考光強；P[atm]是氣體壓強；S(T) [cm^atm-1]是吸收面積，即氣體特征譜線的線強度，與溫度有關；Φ (v) [cm]是線性函數(shù)，與溫度、總壓強以及氣體成分含量有關；X是氣體的體積濃度；L是光與氣體的作用長度(傳感長度)；a m是摩爾分子吸收系數(shù)；C是氣體濃度。
[0010]對⑴式進行變換得:
【權利要求】
1.一種農(nóng)產(chǎn)品物流中車廂二氧化碳激光光譜測量裝置，其特征在于:包括調(diào)制信號發(fā)生器、激光驅動器、激光器、準直器、氣體吸收池、探測器、前置放大電路、鎖相放大器、數(shù)據(jù)采集卡和計算機模塊，各部分元器件通過信號的傳輸連接，所述的激光驅動器將激光器的吸收頻率定位在二氧化碳吸收峰附近，該激光驅動器輸出的鋸齒波調(diào)制信號慢掃描調(diào)諧掃過二氧化碳的吸收峰，同時向激光驅動器輸入調(diào)制信號發(fā)生器所輸出的高頻正弦信號，通過兩信號的疊加對激光波長進行調(diào)制，使激光器輸出波長調(diào)制的激光，該激光器輸出的調(diào)諧激光經(jīng)過準直器準直后射入氣體吸收池，所述探測器將氣體吸收池吸收后的光信號轉換為電信號，由前置放大電路將探測器輸出的電信號進行信號的初步放大，該初步放大信號輸入到鎖相放大器，鎖相放大器選擇倍頻參考信號進行二次諧波檢測后輸出模擬信號，該模擬信號通過數(shù)據(jù)采集卡轉換后，傳入到計算機模塊輸出。
2.根據(jù)權利要求1所述的農(nóng)產(chǎn)品物流中車廂二氧化碳激光光譜測量裝置，其特征在于:所述的激光驅動器選用日本NTT電子株式會社生產(chǎn)的型號為NLK1L5EAAA的DFB激光器作為二氧化碳濃度檢測的光源，根據(jù)朗伯-比爾定律公式計算出檢測到Ippm所需的光程為4.5m。
3.根據(jù)權利要求1所述的農(nóng)產(chǎn)品物流中車廂二氧化碳激光光譜測量裝置，其特征在于:所述的激光器選用美國THORLABS公司提供的ITC5052激光二極管電流溫度控制器，底座選擇LM14S2具有14引腳的可進行溫度控制的激光二極管蝶形封裝底座，該LM14S2底座上安裝半導體制冷器和溫度傳感器，采用1.58 μ m處的吸收譜線作為激光器的出射波長。
4.根據(jù)權利要求1所述的農(nóng)產(chǎn)品物流中車廂二氧化碳激光光譜測量裝置，其特征在于:所述的探測器采用了型號為RSPD738的InGaAs光電二極管，該探測器探測的波長范圍為 800nm ?1700nm。
5.根據(jù)權利要求1所述的農(nóng)產(chǎn)品物流中車廂二氧化碳激光光譜測量裝置，其特征在于:所述的前置放大電路采用Linear公司的LTC6244高精度CMOS運算放大器對探測器出來的信號進行放大。
6.根據(jù)權利要求1所述的農(nóng)產(chǎn)品物流中車廂二氧化碳激光光譜測量裝置，其特征在于:所述的鎖相放大器采用倍頻參考信號對初步放大的待調(diào)解信號進行解調(diào)，同時進行二次諧波檢測，提取二次諧波信號。
7.根據(jù)權利要求1所述的農(nóng)產(chǎn)品物流中車廂二氧化碳激光光譜測量裝置，其特征在于:采用ARM9系列的S3C2410A微處理器，將鎖相放大器輸出的模擬信號通過數(shù)據(jù)采集卡進行A/D轉換，傳入計算機進行后續(xù)的數(shù)據(jù)處理、分析與顯示。
【文檔編號】G01N21/39GK203745375SQ201320865191
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2013年12月18日 優(yōu)先權日:2013年12月18日
【發(fā)明者】彭一準, 王盼, 吳永弘, 姜蕾, 田煒, 張銳, 李達, 王以忠 申請人:天津科技大學