TDLAS半導(dǎo)體激光光源測(cè)氨氣濃度(NH3) - 筱曉光子試驗(yàn)小分享①

2021-07-01 11:50:04

TDLAS（Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy ）

它是利用激光器波長(zhǎng)調(diào)制通過(guò)被測(cè)氣體的特征吸收區(qū)，在二極管激光器與長(zhǎng)光程吸收池相結(jié)合的基礎(chǔ)上，發(fā)展起來(lái)的新的氣體檢測(cè)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(wú)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(shí)會(huì)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(lái)制液氮、氨水、硝酸、銨鹽和胺類(lèi)等。

一束激光穿過(guò)濃度為C的被測(cè)氣體時(shí)，當(dāng)激光器的波長(zhǎng)和被測(cè)氣體某個(gè)吸收譜線中心頻率相同時(shí)，氣體分子會(huì)吸收光子而躍遷到高能級(jí)，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(cè)系統(tǒng)具有較好的測(cè)量精度，因此被廣泛的用于氣體檢測(cè)。

B）諧波檢測(cè)理論

   通過(guò)對(duì)激光器的驅(qū)動(dòng)電壓加高頻正弦電壓信號(hào)，從而改變電流，使輸出頻率也按正弦規(guī)律變化。通過(guò)給激光器驅(qū)動(dòng)加鋸齒波電壓，使其輸出波長(zhǎng)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(hào)，進(jìn)行氣體濃度的測(cè)量。

在進(jìn)行氣體檢測(cè)是，對(duì)吸收譜線的選取非常關(guān)鍵，應(yīng)考慮以下幾個(gè)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(zhǎng)對(duì)應(yīng)的激光器光源技術(shù)要相對(duì)成熟；

在選定的吸收譜線處沒(méi)有背景氣體吸收的干擾，或吸收相對(duì)較弱，可以忽略。

得到在1513.8nm附近有最強(qiáng)吸收峰，且沒(méi)有其他氣體的干擾。實(shí)驗(yàn)中我們可以測(cè)試1513.8nm處的二次諧波幅值和1512nm處的二次諧波幅值作為對(duì)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(guò)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(guò)程分析：

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

  3，實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

1512nm二次諧波波形及調(diào)整參數(shù)：