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集约化、规模化养殖场饲养密度高,畜禽舍内气体环境特别是氨气浓度对畜禽生长的影响显得尤为突出。氨气作为公认的应激源,会影响畜禽的健康生长,降低动物福利。而禽舍内氨气浓度分布通常受到畜禽舍建筑结构、通风模式、畜禽种类、养殖工艺、生长阶段、季节等诸多因素影响,单一点、非持续性监测往往不能准确反映畜禽舍真实的气体环境。因此对畜禽舍长期持续的浓度监测有助于了解舍内氨气排放规律,为科学地调控舍内气体环境提供技术支持。目前,畜禽舍有害气体浓度监测多采用电化学传感器,而电化学传感器在长期持续的监测过程中存在着对畜禽舍复杂环境抗性低、易受其他气体交叉干扰、精度差、寿命短的问题。为针对解决以上问题,本文设计了一种基于可调谐吸收光谱技术的畜禽舍氨气浓度在线监测系统,以满足对畜禽舍氨气浓度长期、持续、稳定的监测要求。本文主要的研究内容以及工作如下:第一章分析了畜禽舍氨气浓度检测常用方法的原理及其优劣,并说明了畜禽舍长期持续的氨气浓度的监测对畜禽环境气体调控以及了解畜禽氨气排放规律的必要性。通过分析畜禽舍氨气浓度监测中存在的问题,阐明了可调谐吸收光谱技术在畜禽舍氨气浓度长期持续监测方面的优势以及存在的需求。第二章详细描述了光谱吸收技术以及波长调制技术的原理,并根据HITRAN数据对氨气、水、二氧化碳等畜禽舍常见气体进行光谱吸收模拟,确定了氨气在近红外区域合适的吸收谱线。第三章设计并搭建了基于可调谐吸收光谱技术的畜禽舍NH3浓度在线监测系统,并设计了相关的上位机软件。整个监测系统根据功能分为基于PLC的多路气体采集子系统与基于TDLAS的氨气浓度检测子系统两部分。采集子系统由PLC、分组电磁阀、传感器、真空泵以及管路等组成,实现将待测气体采集并传输至气室进行浓度检测的功能。检测子系统由激光发射单元、光路与气路单元、光电信号接收单元与谐波信号处理单元等部分组成,实现对待测气体浓度检测的功能。第四章为降低系统噪音,改善系统信噪比,对谐波信号采用多周期平均与小波去噪进行降噪处理。考虑系统稳定时间等因素,多周期平均次数为5次。并对小波降噪参数进行了优化,确定了小波基为DB4、分解层数为5层、阈值类型为Universal Threshold Soft时的小波降噪对二次谐波信号中噪音过滤最好,并验证了该降噪参数对不同浓度的适应性。第五章通过TDLAS检测系统调制参数优化实验确定了最佳的谐波参数:检测系统正弦调制信号频率1)sin=9 k Hz、正弦调制信号幅值Vsin=30 m V、锯齿扫描信号频率1)saw=1 Hz、锯齿扫描范围170～215 m V、谐波分析输入信号与参考信号相位差?=50°。为获得最佳的系统参数,分别对系统进行了气室最佳加热温度优化实验、响应时间参数测试优化以及Allan方差实验。通过优化实验可知,气室加热温度设置为403 K可以显著降低氨气在气室的吸附作用,减少对检测造成的影响;检测系统在流速为500m L/min测试条件下,上升滞后时间约为3.8 s、上升响应时间为28.2 s、下降滞后时间为3 s、下降响应时间为17 s、90%响应时间为32 s、99%响应时间为60 s;在采样时间为2 s测试条件下,TDLAS系统在积分时间为10 s时,系统达到最低探测限,探测限为0.054 ppm。第六章完成了检测系统的浓度标定并进行了系统性能试验。通过标定实验结果可知:不同NH3浓度下的二次谐波曲线线形对称性较好,不同浓度对应的二次谐波幅值随浓度增大谐波峰值逐渐变大,具有良好线形关系;根据最小二乘法拟合得到拟合公式为Y=0.089?X-0.065,线形拟合拟合系数R=0.996,单点拟合最大偏离误差为0.37 V。通过对多路采集系统性能试验可知:采集系统气密性良好,气体可在管路内舒畅流动;在采集管路长度为1 m、10 m、20 m测试条件下,分析回路不伴热的情况下,二氧化碳的检测误差依次为0.42%、0.78%和1.03%,氨气的检测误差依次为1.44%、4.44%和7.33%,气体检测误差随采集管路长度增加而变大;在分析回路采取伴热处理情况下,氨气检测误差为1.19%、3.67%和7.11%,说明伴热处理对降低管路氨气吸附有一定作用,但效果不明显。通过对TDLAS检测系统性能试验可知:检测系统在四种不同浓度测试条件下,INNOVA声光光谱与TDLAS系统浓度曲线相似,且曲线波动较小,而电化学传感器波动较大;通过进一步分析,TDLAS与INNOVA的线性误差在1%附近（标准为≤5%）,重复性误差均小于2%（标准为≤5%）,电化学重复性误差为5.98%,TDLAS系统在检测准确性以及稳定性方面满足畜禽舍氨气浓度检测需求。