[发明专利]一种基于雅满干涉仪的反刍动物甲烷排放检测系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于雅满干涉仪的反刍动物甲烷排放检测系统及方法，该系统包括雅满干涉仪(1)、CMOS摄像头(2)、STM32F407ZG开发板(3)、气体通路以及计算机处理单元(4)；其中：所述雅满干涉仪(1)的输出端连至CMOS摄像头(2)，所述CMOS摄像头(2)安装于所述STM32F407ZG开发板(3)上，所述STM32F407ZG开发板(3)的输出端连接至计算机处理单元(4)，基于雅满干涉仪+CMOS图像传感器+气体通路来实现甲烷浓度检测。与现有技术相比，本发明不需要人工读数，能够实现智能化的反刍动物甲烷排放浓度检测。

技术领域

本发明涉及光学检测领域，具体涉及一种针对反刍动物甲烷排放量的检测系统及方法。

背景技术

甲烷(CH4)是一种强有力的温室气体，它吸收的热量是二氧化碳的25倍。据估计，总CH4排放量的50-65％与人类活动有关，包括反刍家畜产生的，它目前占全球人为CH4排放的17％。肠内CH4是反刍家畜瘤胃发酵过程的天然副产品，大部分产生的 CH₄被血液吸收并通过肺排出。因此，产生的总CH4中约97％是通过呼吸和排泄排出的。此外，肠内CH4的排放降低了家畜的生产效率和反刍动物的经济效益。因此测定反刍动物甲烷产量，并根据此进行饲养改进有重要的经济价值。

雅满干涉仪是J.雅满于1856年发明的。雅满用他的干涉仪研究了水的折射率随压力的变化关系，并用它来测定水蒸气的折射率。现今，雅满干涉仪主要用来产生干涉条纹，利用待测气体与空气在气室中产生的光程差变化来测量气体浓度。这种方法检测精度较高，使用可靠且寿命长。

目前测定反刍动物所产甲烷的技术主要有：SF6示踪技术和红外光谱技术。体内SF6 示踪法的应用范围有一定的局限性，这种技术受到多种因素影响，包括频繁对动物瘤胃渗透管进行处理，动物会产生应激性，导致甲烷产量下降。并且这两种方法单纯测定反刍动物呼吸过程中排放的甲烷，而忽略通过直肠排放的甲烷。

发明内容

为了解决现有的测定反刍动物所产甲烷技术存在的局限性，本发明提出一种基于雅满干涉仪的反刍动物甲烷排放检测系统及方法，利用雅满干涉仪产生干涉图像，对图像进行优化处理并提取条纹中心线，根据干涉条纹移动量来计算甲烷浓度的方法。

本发明的一种基于雅满干涉仪的反刍动物甲烷排放检测系统，该系统包括雅满干涉仪1、CMOS摄像头2、STM32F407ZG开发板3、气体通路以及计算机处理单元4；其中：所述雅满干涉仪1的输出端连至CMOS摄像头2，所述CMOS摄像头2安装于所述STM32F407ZG开发板3上，所述STM32F407ZG开发板3的输出端连接至计算机处理单元4，其中：

所述雅满干涉仪1，用于获取干涉条纹图；

所述CMOS摄像头2，用于将拍摄到的干涉条纹图传输到所述STM32F407ZG 开发板3；

所述气体通路，用于所述系统中气体的释出；

所述计算机处理单元4，用于完成干涉条纹图像处理和甲烷浓度相关计算。

所述气体通路包括盘形管31、助收管33和吸收管34，盘形管31与第一气室G₂相连接，用来调节大气压力和防止气体扩散；橡皮堵头32，防止空气流出；大气中的混合气体在气球35作吸气动作时，先进入装有钠石灰的助收管33，气体中的二氧化碳被钠石灰所吸收，然后经过胶皮管33进入装有氯化钙的吸收管34中，水蒸气被氯化钙和棉花吸收，这时剩下的甲烷再经过细胶管从第一气室G₁的下端进入；排气时，甲烷气体从第一气室G₁的上端释放出来，经抽出嘴36，由橡皮球35排出，气球的两端设置有活塞座，里面有锥形橡皮活塞芯子，只可释出气体，不能吸入。

本发明的一种基于雅满干涉仪的反刍动物甲烷排放检测方法，该方法包括以下步骤：

步骤1，将反刍动物饲养在呼吸室内，每天选取四个时间段进行测量。