[發明專利]一種農業含氮污染氣體實時監測系統以及實時監測方法

在審

• 申請號: 202010396000.3
• 申請日: 2020-05-12
• 公開（公告）號: CN111537301A
• 公開（公告）日: 2020-08-14
• 發明（設計）人: 李哲敏;李嫻;花中秋;楊博軒;吳文斌;楊鵬;李虎
• 申請（專利權）人: 中國農業科學院農業信息研究所;河北工業大學;中國農業科學院農業資源與農業區劃研究所
• 主分類號: G01N1/28
• 分類號: G01N1/28;G01N1/34;G01N1/40;G01N1/22;G01N1/24;G01N27/12
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 劉瀟

本發明涉及農業信息技術領域，提供了一種農業含氮污染氣體實時監測系統以及實時監測方法。本發明提供的系統包括過濾器、富集器、催化裝置、第二測試單元、電磁閥、氣泵、采集卡、繼電器和溫控器。其中催化裝置能夠將氣體中的含氮污染氣體轉化為二氧化氮，通過第二測試單元檢測二氧化氮的濃度，即可得到農業種植活動產生的含氮污染氣體濃度。進一步的，本發明提供的系統還包括第一測試單元，將第一和第二測試單元結合，可以根據需要獲得氨氣濃度和二氧化氮濃度。采用本發明提供系統進行農業含氮污染氣體的監測，可以簡單、快速、實時監測含氮污染氣體總濃度、氨氣濃度以及二氧化氮濃度，且不依賴于人工操作，解決了傳統檢測方法耗時耗力等問題。

技術領域

本發明涉及農業信息技術領域，尤其涉及一種農業含氮污染氣體實時監測系統以及實時監測方法。

背景技術

人類生產活動會產生大量的含氮氣體排放，不恰當的耕作管理措施導致約70％的氮素不能被作物完全利用，而是以氣態氮(二氧化氮、一氧化氮、氧化亞氮、氨氣)的形式釋放到環境中，其中氧化亞氮和一氧化氮極易被氧化，且含量極低，因而絕大部分氣態氮以氨氣和二氧化氮的形式存在。氣態氮的釋放會造成生態環境的污染，不利于農業的可持續發展。對農業生產活動中的氣態氮排放進行定量檢測，對于農業生產活動低氮化和農業面源污染防治具有指導作用，同時對于促進農業可持續和綠色發展具有重要的研究意義。

目前，農業種植生產過程中含氮污染氣體的監測可以采用理論仿真方法，包括過程機理模型和經驗統計模型，如DNDC(DeNitrification-DeComposition)模型模擬，將耕作條件作為輸入參數，通過調整輸入參數實現田間管理措施，分析輪作方式、輪作模式和配料類型對氮足跡的影響。通過理論仿真方法可以大面積估算農業區域產生含氮污染氣體的通量，但農業環境復雜，農業種植過程中受環境和管理措施影響大，不同作物品種種植過程中含氮污染氣體釋放規律不同，該方法僅適用于理論估算，不具有實時性和準確性。農業種植生產過程中含氮污染氣體的監測也可采用實驗方法，檢測氨氣常用的方法是通氣法或采用流動分析儀進行檢測，操作過程繁瑣，且無法動態采樣；氮氧化物一般采用氣袋田間收集后實驗室色譜分析獲得，同樣具有操作過程繁瑣和無法動態采樣的問題；分析獲得的氨氣和氮氧化物濃度還需要經過換算才能得到氣態氮排放通量，整個過程操作相對復雜、耗時長。

采用氣體傳感器技術可以快速、實時獲得檢測對象的濃度和變化規律。工業應用領域中已經具有成熟的各類氣體傳感器，包括氨氣傳感器和二氧化氮傳感器。但農業環境復雜，高濕環境直接影響傳感器的準確性、穩定性和壽命，這對工業傳感器在農業環境中的應用帶來了巨大的挑戰。目前氨氣傳感器多以電化學型傳感器為主，在農業生產環境下，存在著零點漂移嚴重、受溫濕度影響大、靈敏度衰減速度過快、使用壽命短的問題，不適用于復雜農業環境。半導體氣敏傳感器能夠檢測出較大濃度的氨氣，但極易受到干擾氣體和溫濕度波動的影響。且目前的檢測方法中，僅能通過特定的傳感器檢測得到特定氣體的含量，無法實現利用一種傳感器對含氮污染氣體總量的檢測。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種農業含氮污染氣體實時監測系統以及實時監測的方法。本發明提供的含氮污染氣體實時監測系統僅需安裝一種類型氣體傳感器，且能夠連續在線自動檢測含氮污染氣體濃度，不依賴于人工操作，能夠滿足農業種植活動中各類含氮污染氣體檢測的低成本、實時、快速、操作簡便的需求。

為了實現上述發明目的，本發明提供以下技術方案：

一種農業含氮污染氣體實時監測系統，包括過濾器、富集器、催化裝置、第二測試單元、電磁閥、氣泵、采集卡、繼電器和溫控器；

所述催化裝置中填充有負載型貴金屬催化劑；

所述第二測試單元包括第二測試腔和設置在第二測試腔下端的第二NO₂傳感器；所述第二測試腔頂端為密封結構；所述第二NO₂傳感器表面的氣敏材料暴露在第二測試腔中；