长寿命激光氨气监测变送器在养殖场的应用案例
原发表日期：2025-09-08来源：智能畜牧分会
原发表日期：2025-09-08
来源：智能畜牧分会
长寿命激光氨气监测变送器在养殖场的应用案例
四方光电股份有限公司
1基本情况
1.1单位简介
四方光电股份有限公司成立于2003年，是一家从事智能气体传感器和高端气体分析仪器的科创板上市企业，企业规模1500余人，其中研发团队人员超过20%，每年研发投入占公司营业收入的10%。建设有国家企业技术中心、省级企业技术中心、湖北省气体分析仪器仪表工程技术研究中心，以及博士后科研工作站。先后获得国家重大科学仪器设备开发专项、工信部沼气物联网发展专项、工信部强基工程传感器“一条龙”、科技部科技助力经济2020重点专项等多个项目的支持，获评工信部专精特新“小巨人”企业、中国物联网产业联盟“最具影响力物联网传感企业奖”等多个奖项。公司秉承“精于感知 乐于奉献”的发展宗旨，以“高科技、低成本、规模化”的产业发展理念赋能暖通空调、工业安全、医疗健康、汽车电子、智慧计量、科学仪器、低碳热工7个业务领域。
2007年开始，四方光电在畜牧业领域的产品创新应用已经崭露头角，为国内大中型规模化养殖企业提供沼气物联网监控系统；2010年开始给养鸡企业提供CO2和温湿度等监测装置；2024年四方光电推出以长寿命激光氨气探测器为特点的高可靠性养殖厂环境监测系统，并在温氏养猪场应用并取得良好的效果。
1.2案例背景介绍
根据查阅有关资料介绍，低浓度的氨气会刺激畜禽的呼吸道黏膜和眼睛，导致结膜炎、支气管炎等疾病；高浓度氨气则会降低畜禽的免疫力，使其更容易感染疾病，影响生长速度和饲料转化率，从而影响养殖效益。此外，氨气还会对养殖人员的健康造成危害，引发咳嗽、气喘、眼睛发痒等症状。从环境保护的角度看，氨气不仅降低空气质量，还会引起土壤酸化和水体富营养化。《畜禽规模养殖污染防治条例》也明确规定了养殖场的气体排放标准，旨在减少氨气等气体对周边环境和居民生活的影响。由此可见而养殖场中，检测氨气浓度具有极其重要的意义。
1.3解决思路
四方光电基于在光学领域的技术优势以及核心零部件的自主开发，针对养殖场开发长寿命、高可靠性的激光氨气探测器，非常适用于养殖场的监测。TDLAS激光探测技术是一种基于气体分子吸收特性进行高灵敏度检测的技术，基于TDLAS的激光传感器无消耗零部件，对气体具有唯一选择性，且不受温湿度变化的影响，在养殖场氨气监测中具有显著优势。
原理说明：利用氨气分子在特定近红外波长的吸收特性，通过激光穿过气体时被吸收的光强衰减量计算浓度。
2.场景解决
基于TDLAS技术监测氨气浓度，通过激光的波长调谐特性，能够精准识别氨气的特征吸收光谱，从而实现高精度、高选择性的定量分析，具备寿命长、选择性好和环境适应性强等特点。
2.1创新亮点
寿命长：关键器件寿命长，无消耗零部件，使用寿命10年以上。
免维护：长期稳定性好，无化学反应副产物积累，无基线漂移等问题。
抗气体干扰：通过检测氨气分子在特定波长（如1512 nm）下的吸收光谱，具有极高的气体选择性；利用窄线宽激光，能够分辨不同气体的吸收峰，避免交叉干扰。
环境适应性强：采用开放式光路设计，粉尘和水汽对激光束的影响较小；激光器在养殖场的环境温度内，也能正常工作。
2.2应用范围
养猪全生命周期，适用妊娠，分娩，育肥，保育等猪舍环境氨气监测；
封闭或半封闭的牛舍、犊牛舍和产房、粪污处理区域等环境氨气监测。
养猪场环境监测系统
3应用成效
3.1投入产出情况
投入：每个激光氨气探测器直接投入约1.2万元，相比电化学探头成本的3-4倍，预计增加不到0.8万元的一次投入。
直接产出：使用寿命可以达到10年。相比电化学探头及其更换费用，按照10年计，期间可以减少探头更换和维护费用2万元以上，分摊到每年可以节省0.2万元的成本。
间接产出：通过激光氨气探头保障猪舍的环境稳定控制，提升母猪的产仔数量。以母猪猪舍每个单元60头计算，如果每头母猪增加1只猪仔的产出，预计增加每年至少1.8万元的收益。
间接产出：减少育肥猪患病死亡的风险，按照每个猪舍减少猪的死亡率，提升单位饲料产出比，提高生产效益，此部分根据各个猪企的实际情况有差异。
3.2经济社会价值
降低运营成本：电化学通常半年之后就要更换，激光传感器可以使用10年，大大降低了更换成本2万元（电化学探头1000元/个，按10年计算减少2万元）、减少人工维护成本1万元（工人更换500元/次，按10年计算减少1万元）。采用激光传感器，每年可以减少0.3万元成本。
保障动物健康:氨气浓度过高会影响动物的呼吸系统，导致呼吸道疾病。探测器可以监测氨气浓度，及时采取措施降低氨气含量，保障动物健康，防止疾病的发生和传播。
提高养殖效率:氨气会降低动物的食欲和生长速度，通过控制氨气浓度，提高动物的生产性能，提高养殖效率。
改善工作环境:氨气对养殖场工作人员的健康也是一大威胁，氨气探测器有助于改善工作人员的工作环境，保障员工的健康。
3.3推广应用前景
通过智能监控，降低运营成本、提高生产效率、减少经济损失等途径，能够带来良好的投资回报。随着科学技术进步、环保意识增强和国家政策支持，环境监测系统的市场前景广阔，将在环境保护和经济发展中发挥重要作用。
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