2021/11/12 11:06
阅读:146
分享:方案摘要:
方案详情:
TDLAS(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy )它是利用激光器波长调制通过被测气体的特征吸收区,在二极管激光器与长光程吸收池相结合的基础上,发展起来的新的气体检测方法。
TDLAS技术采用的半导体激光光源的光谱,宽度远小于气体吸收谱线的展宽,得到单线吸收光谱,因此TDLAS技术是一种高分辨率吸收光谱技术。
乙炔:C2H2,俗称风煤或电石气,是炔烃化合物中体积最小的一员,主要作工业用途,特别是烧焊金属方面。乙炔在室温下是一种无色、极易燃的气体。纯乙炔是无臭的,但工业用乙炔由于含有硫化氢、磷化氢等杂质,而有一股大蒜的气味。
一,原理描述:
TDLAS(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy )它是利用激光器波长调制通过被测气体的特征吸收区,在二极管激光器与长光程吸收池相结合的基础上,发展起来的新的气体检测方法。
TDLAS技术采用的半导体激光光源的光谱,宽度远小于气体吸收谱线的展宽,得到单线吸收光谱,因此TDLAS技术是一种高分辨率吸收光谱技术。
乙炔:C2H2,俗称风煤或电石气,是炔烃化合物中体积最小的一员,主要作工业用途,特别是烧焊金属方面。乙炔在室温下是一种无色、极易燃的气体。纯乙炔是无臭的,但工业用乙炔由于含有硫化氢、磷化氢等杂质,而有一股大蒜的气味。
二,理论基础:
1、比尔-朗伯定律
一束激光穿过浓度为C的被测气体时,当激光器的波长和被测气体某个吸收谱线中心频率相同时,气体分子会吸收光子而跃迁到高能级,表现为气体吸收波段激光光强的衰减
2、波长调制光谱技术
A) 激光器的调谐特性
DFB激光器 由于具有良好的单色性,窄线宽特性和频率调谐特性,DFB激光器能够很好的避免其他背景气体的交叉干扰,使检测系统具有较好的测量精度,因此被广泛的用于气体检测
B) 谐波检测理论
通过对激光器的驱动电压加高频正弦电压信号,从而改变电流,使输出频率也按正弦规律变化。通过给激光器驱动加锯齿波电压,使其输出波长在气体吸收峰两侧扫描,利用锁相放大器调制并解调出谐波信号,进行气体浓度的测量。
3、吸收谱线选取的原则
在进行气体检测时,对吸收谱线的选取非常关键,应考虑以下几个方面
(1)气体在选定的谱线处要有较强的吸收峰,
(2)谱线波长对应的激光器光源技术要相对成熟
(3)在选定的吸收谱线处没有背景气体吸收的干扰,或吸收相对较弱,可以忽略
三,实验仪器:
1,1520nm激光器
特点:波长稳定性好,窄线宽,单纵模可调谐,14引脚封装
光谱图
功率曲线图
2,TDLADS激光气体检测综合控制盒
本产品是一款用于可调谐半导体激光吸收谱技术(可调谐半导体激光吸收谱技术(TDLAS))的控制模块。主要功能包括:产生正弦波与三角波叠加的数字激光驱动、可调增益、可调增益放大器、1f/2f 数字锁相放大器、模拟输出温控单元。运行参数及波形均可由电脑端控制和读取。
3,40米长光程气体吸收池
筱晓光子的40米长光程气体吸收池采用全光纤结构设计。光纤输入和光纤输出单元用于各种气体的光谱分析和检测。气体吸收池的光学结构采用自主专利设计,具有优异的光学稳定性、辅助性和高稳定性的光学封装结构,主要由气体腔、反射镜、标准光纤连接器、气体进出口、防震座等组成。独特的悬浮光路设计,具有优异的振动和温度稳定性,能在多种复杂环境中稳定工作,非常适合各种气体的在线实时检测。系统噪声低,可用于痕量气体分析。
4,探测器
铟镓砷探测器,带放大,可调增益,900 - 1700 nm,带宽13 MHz
四,实验测试:
操作步骤:
1,TDLAS控制盒连接电源,USB线
2,40米长光程气体吸收池的一端光纤连接激光器的输出端,另一端光纤连接探测器的输入接口
3,用一根BNC转BNC线连接探测器和TDLAS控制盒的PERAMP 前置放大端
4,用一根BNC转BNC线连接TDLAS控制盒的TRIG OUT和示波器的通道1作为触发
5,用一根BNC转BNC线连接TDLAS控制盒的DAC OUT和示波器的通道2作为输出
6,打开激光器,打开探测器开关
7,向气室中通入适量2ppm的C2H2,调节软件参数,在示波器上观察二次谐波信号幅值信息
过程分析:
利用电脑端的控制软件调节电流和温度的大小对波长进行调谐,使激光器实现一定波长范围的扫描,使输出波长覆盖气体的吸收峰,锁相放大器提供高频正弦调制信号,使激光器输出频率得到正弦调制,激光器发出的光经过气体吸收池,通过探测器进入PREAMP端前置放大电路,再经过锁相放大器调制解调,通过DAC OUT 模拟输出端到示波器通道2,显示二次谐波的信号。整个过程中,我们通过调节软件中的各项参数,同时观察输出波形,使输出波形最优。
五,测试结果:
1,二次谐波波形及调制参数如下:
二次谐波
调制参数
2,验证分析:
通过查询Hitran数据库得到在波数为6568cm-1-6588cm-1范围的吸收谱线如下:
我们通过对比二次谐波幅值信息和数据库,发现和数据库相符合,由此验证是C2H2气体。
实验结论:
通过测试,我们发现C2H2浓度为2ppm时,二次谐波幅值可达512mV ,由此可以说明我们的TDLAS分析系统,测试精度极高,可达ppb量级。
下载本篇解决方案:
更多
L波段EDFA掺铒光纤放大器系统技术方案 - 筱晓光子
EDFA采用掺铒离子光纤作为增益介质,在泵浦光作用下产生粒子数反转,在信号光诱导下实现受激辐射放大。 铒离子有三个能级,在未受任何光激励的情况下,处在最低能级E1上,当用泵浦光源的激光不断激发光纤时,处于基态的粒子获得能量就会向高能级跃迁。如由E1跃迁至E3,由于粒子在E3 这个高能级上是不稳定的,它将迅速以无辐射跃迁过程落到亚稳态E2 上。在该能级上,相对来讲粒子有较长的存活寿命,此时,由于泵浦光源不断的激发,则E2能级上的粒子数就不断的增加,而E1能级上的粒子数就减少,这样,在掺铒光纤中实现了粒子数反转分布,就具备了实现光放大的条件。 当输入信号光子能量E=hf正好等于E2和E1 的能级差时,即E2-E1=hf,则亚稳态上的粒子将以受激辐射的形式跃迁到基态E1上,并辐射处和输入信号中的光子一样的全同光子,从而大大加大了光子数量,使得输入光信号在掺铒光纤中变为一个强的输出光信号,实现 了对光信号的直接放大。
电子/电气
2024/04/16
C波段EDFA光纤放大器系统技术方案 - 筱晓光子
EDFA采用掺铒离子光纤作为增益介质,在泵浦光作用下产生粒子数反转,在信号光诱导下实现受激辐射放大。 铒离子有三个能级,在未受任何光激励的情况下,处在最低能级E1上,当用泵浦光源的激光不断激发光纤时,处于基态的粒子获得能量就会向高能级跃迁。如由E1跃迁至E3,由于粒子在E3 这个高能级上是不稳定的,它将迅速以无辐射跃迁过程落到亚稳态E2 上。在该能级上,相对来讲粒子有较长的存活寿命,此时,由于泵浦光源不断的激发,则E2能级上的粒子数就不断的增加,而E1能级上的粒子数就减少,这样,在掺铒光纤中实现了粒子数反转分布,就具备了实现光放大的条件。 当输入信号光子能量E=hf正好等于E2和E1 的能级差时,即E2-E1=hf,则亚稳态上的粒子将以受激辐射的形式跃迁到基态E1上,并辐射处和输入信号中的光子一样的全同光子,从而大大加大了光子数量,使得输入光信号在掺铒光纤中变为一个强的输出光信号,实现 了对光信号的直接放大。
半导体
2024/04/16
高速TDLAS汽车尾气浓度检测系统 - 筱晓光子实验分析⑧
汽车尾气带来的环境污染随着社会发展已经日益严重。其中,汽车排放的二氧化碳(CO2)是温室效应的罪魁祸首,还有CO等有毒气体,对人类的健康危害巨大。因此,汽车尾气浓度检测系统应运而生。
环保
2024/04/16
低成本DVS系统解决方案 - 筱晓光子
分布式光纤振动传感系统( Distributed Optical Fiber Vibration Sensing System, DVS)是以光纤作为传感器进行振动感知的光学仪器,该系统利用单根光纤同时实现振动的监测和信号的传输; 分布式光纤传感技术是一种新兴的传感技术,将探测光缆沿管道同沟或者并行敷设,可实时获得管道沿线任一点的温度、应变、振动(声音)信息,实现管道沿线泄漏、打孔盗油、地质灾害等异常状况实时监测,具有测量距离远、连续分布式测量、可精确定位、安装简单、安全可靠、扩展性强等优点。
能源/新能源
2024/04/16