筱曉光子試驗小分享——TDLAS測氨氣濃度

2024-11-07 17:31:32

TDLAS（Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy ）

它是利用激光器波長調(diào)制通過被測氣體的特征吸收區(qū)，在二極管激光器與長光程吸收池相結(jié)合的基礎(chǔ)上，發(fā)展起來的新的氣體檢測方法。

TDLAS技術(shù)采用的半導(dǎo)體激光光源的光譜，寬度遠(yuǎn)小于氣體吸收譜線的展寬，得到單線吸收光譜，因此TDLAS技術(shù)是一種高分辨率吸收光譜技術(shù)。

NH3，是一種易具有刺激性氣味，無色有毒，比空氣輕，弱堿性，沸點(diǎn)較低，極易溶于水，易液化的氣體。在高溫時會分解成氮?dú)夂蜌錃?，有還原作用。可由氮和氫直接合成而制得。在工業(yè)中常被用來制液氮、氨水、硝酸、銨鹽和胺類等。

一束激光穿過濃度為C的被測氣體時，當(dāng)激光器的波長和被測氣體某個吸收譜線中心頻率相同時，氣體分子會吸收光子而躍遷到高能級，表現(xiàn)為氣體吸收波段激光光強(qiáng)的衰減。

A)激光器的調(diào)諧特性

DFB激光器——由于具有良好的單色性，窄線寬特性和頻率調(diào)諧特性，DFB激光器能夠很好的避免其他背景氣體的交叉干擾，使檢測系統(tǒng)具有較好的測量精度，因此被廣泛的用于氣體檢測。

B）諧波檢測理論

   通過對激光器的驅(qū)動電壓加高頻正弦電壓信號，從而改變電流，使輸出頻率也按正弦規(guī)律變化。通過給激光器驅(qū)動加鋸齒波電壓，使其輸出波長在氣體吸收峰兩側(cè)掃描，利用鎖相放大器調(diào)制并解調(diào)出諧波信號，進(jìn)行氣體濃度的測量。

在進(jìn)行氣體檢測是，對吸收譜線的選取非常關(guān)鍵，應(yīng)考慮以下幾個方面：

1）氣體在選定的譜線處要有較強(qiáng)的吸收峰；

2）譜線波長對應(yīng)的激光器光源技術(shù)要相對成熟；

在選定的吸收譜線處沒有背景氣體吸收的干擾，或吸收相對較弱，可以忽略。

    光譜圖    

得到在1513.8nm附近有最強(qiáng)吸收峰，且沒有其他氣體的干擾。實(shí)驗中我們可以測試1513.8nm處的二次諧波幅值和1512nm處的二次諧波幅值作為對比。

  1，如上圖所示：

1）LASER  OUT連接光程池輸入端；

2）光程池輸出端經(jīng)過電壓轉(zhuǎn)換模塊接入PREAMP；

3）TRIG OUT接入示波器通道1；

4）DAC OUT 接入示波器通道2。

  2，過程分析：

激光器發(fā)出的光經(jīng)過氣體吸收池，通過電壓轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)入PREAMP端前置放大電路，再經(jīng)過鎖相放大器調(diào)制解調(diào)，通過DAC OUT 模擬輸出端到示波器通道2，顯示二次諧波的信號。整個過程中，我們通過調(diào)節(jié)軟件中的各項參數(shù)，同時觀察輸出波形，使輸出波形最優(yōu)。

  3，實(shí)驗結(jié)果：

1512nm二次諧波波形及調(diào)整參數(shù)：

1513.8nm二次諧波波形及調(diào)整參數(shù)：

   示波器   

   氣體池