红外气体探测器

如今，我们的环境面临着巨大的挑战，而近年最让老百姓挂心的，无疑是空气污染的问题。有效及时的污染源监测是治理需要踏出的第一步。这时候，红外气体分析法就将发挥出重要作用。不同分子的气体都有其固定的、独有的特征吸收峰，我们可以根据这些吸收峰的位置进行识别，从而分辨出气体种类及浓度大小，这些吸收峰我们也称之为“分子的指纹峰”。利用中红外光指纹峰来判断气体的种类和浓度，已经广泛地应用于气体中氮氧化物和硫氧化物的测定。不过，无论是红外气体分析应用的探测器还是光源，开发都存在很多难题，能够呈现一套完美的整体解决方案更是难得。而就在今年，滨松针对该应用，连续发布了多款红外探测器，以及中红外光源量子级联激光器产品，一套全新的红外气体分析探测方案应运而生。6月13日-16日，第十五届中国国际环保展即将在北京举办，届时，该方案将成为滨松出展中的重要看点。滨松新型InAsSb探测器p13894系列光谱响应范围覆盖3~11μm，实现非制冷且高灵敏度 红外气体分析光源：量子级联激光器（QCL）DFB结构，内部设置了衍射光栅，可使光谱带宽处于非常窄的单一波长除了红外气体分析应用以外，针对voc应用，也有多款产品展出，其中vuv离子化光源作为重点产品也将华丽亮相。水质方面，专为水质应用量身打造的2w闪烁氙灯模块即将以新的“形象”出现。vuv离子化光源超小型2w闪烁氙灯模块（水质用，toc、tn等）圆柱体的形状，更便于安装，5v电池可驱动，便携力up up！ 本次环保展，滨松到底将带来什么样的“大不相同”，还请在6月13日-16日北京中国国际展览中心1号馆b722滨松展位和我们一见！----------------------------黄金分割线------------------------------福利来啦！环保展小礼品大放送！小编悄悄告诉你吼~如果你关注了滨松公众微信号或者马上关注滨松公众微信号（微信搜“滨松”关注）在6月13日-16日环保展期间可前往滨松展台（1号馆b722展位）凭关注页面，领取礼品~~~每天限量20份礼品5份特别礼+15份纪念礼根据到场先后向前20位前来兑奖的粉丝儿进行发送所以……我们在环保展滨松展位等你来哦~ 北京中国国际展览中心1号馆b722展位！1号馆b722展位！1号馆b722展位！ 重要的事情，讲1+1+1遍！

烟气、尾气等污染气体中所含有的氮氧化物、硫氧化物等成分，对我们的健康有着很大的威胁。需要分辨出它们，监测排放，中红外波段光这时就大有用处了。对3μ m~10μ m波段的中红外光有吸收特性的污染物们，通过光学的方法就能被迅雷不及掩耳盗铃之势地监测到，可谓是中红外光一出手，就知污染有没有。但是，重点来了！完成一套探测系统，光源和探测器都是必要的。在这个如此微妙的波段，要想有一个“两全”的整体配套解决方案，可不是那么容易的事情。虽然不容易，但总还是有的！量子计级联（QCL）× InAsSb光伏探测器这两位就是挑起气体监测大梁的干将了。而关于这个气质独特的中红外气体分析解决方案，有5位滨松工程师表示有话要说一说̷̷Topic 1 “两全”的中红外气体分析解决方案Q：中红外的光学法分析具有什么特征？大石：气体分析包括气体色谱分析、质量分析，而这些都需要采集样本后带到实验室进行分析。如果通过使用激光的中红外光学法，则实现在线监测。更加实时和便捷，应用范围也更广泛。杉山：我们多致力于中红外波段气体的分析，并为这样的应用提供了相应的激光器。在波段3μ m~10μ m间，包括甲烷、二氧化碳、一氧化碳、硫氧化物、氮氧化物等许多有害气体都能够通过这种方法被测得。 Q：中红外波段的探测器和光源器件开发是否有难以攻破的课题？杉山：之所以特意选择中红外波段的气体分子为对象，是因为气体分子的吸收具有明显性的优势。从光发射角度来看，对计测也是非常有利的。饭田：一方面，对于探测器来讲，在中红外波段背景光的增强，也就意味着干扰的出现，对探测有着不良的影响。此外，在该波段想要制作理想的探测器非常困难，并且也很难实现高灵敏度的性能。正因如此，同时提高探测器在中红外波长的灵敏度，以及激光光源的性能非常重要。而能就这两方面进行同步开发，也体现了滨松的技术实力吧。（笑）大石：尤其是仪器制造客户开发新产品时，若在开发初期不提高精度，那么开发也毫无意义。为此，核心的探测器和激光器必须保持最好的状态。因为对这一点有深刻的认识，目前我们开发的产品才能够在客户那里稳定地、持续地发挥出良好的作用。 Q：完成探测器和激光光源配套的方案有什么困难？方案对于客户有什么价值？杉山：无论是探测器还是激光光源，都存在很多开发难题，同时挑战两种器件的厂家也鲜有出现。就激光光源来说，因为“1成分=1波长”，故而需要开发与被测对象气体相同数量的激光光源。开发成本大，产品化后的商务风险也很高。大石 ：从客户角度，探测器和光源都来自同一个厂家是具有很大优势的。比如，目前多数的仪器制造商都是从不同厂家分别购买的探测器件和光源。但若开发出来的设备没有达到预期的性能时，由于器件来自不同的地方，就很难知道配合使用过程中的问题所在。落合：若探测器和光源都是由同一厂家生产的，就可以进行相互评估，找出问题所在，从而提高测量设备的性能，缩短开发设备的时间。利用中红外波段QCL（量子级联激光器）的激光吸收分光是非常新的分析计测技术，今后也将以高灵敏度、高分辨率的优势，成为气体分析的选择并得到普及。采用QCL（量子级联激光器）和InAsSb光伏测器的极微量气体分析示意图 Topic 2：单一波长振动量子级联激光器（QCL）和性能稳定的InAsSb光伏光伏探测器Q：滨松分别为光源和探测器部分提供怎么样的产品？杉山：光源器件的代表是量子级联激光器（QCL）。它的开发初衷其实是想用于通过呼吸分析来进行“癌症筛查”的应用，这是有我们前任社长昼马辉夫先生提出的。虽然遗憾的是目前仍没有确立这种技术，但QCL在气体分析领域仍然发挥了独特的作用。饭田 ：光探测部分则是InAsSb（铟砷锑）光伏探测器。目前我们提供2种类型的产品，覆盖2.5μ m~8μ m的波长区域。 量子级联激光器（QCL）InAsSb光伏探测器Q：QCL和InAsSb光伏探测器各自有什么特别的性能吗？杉山：首先说一下QCL。一般的半导体激光器，如果在数百nm中有多个波长发生震动时，光谱带宽变宽，受到多种气体的干扰，测量精度下降。而QCL采用的是DFB（分布式反馈激光器）结构，在内部设置了衍射光栅，可使光谱带宽非常狭小的单一波长振动。但是DFB很难实现产量，在产品化之初，我们为提高产品的合格率投入了非常多的精力。落合 ：在不断提高DFB结构的制造技术同时，我们也推进了内置准直透镜的新产品的开发。新产品从激光芯片射出的光的范围变得更宽，因此与之前的产品相比，客户在设计光学系统时，无需再为激光通过对象物而改变光的形状。 Q：在内部置入准直透镜时，是否也付出了相当的精力？落合：以往没有准直镜的QCL产品需要客户自己调整光轴。中红外光是不可见光，无论是在光学材料还是特殊的光学系统设计上都是相当花时间的。在QCL封装外部设置透镜的话，因为没有大小的要求，所以是比较容易对准的。但是，若是内置透镜，就需要在狭小的封装空间内，与光轴完成高精度的对准以及固定。同时还必须考虑因光学材料的反射产生的噪音的影响。杉山：发射光斑大小只在10μ m*10μ m左右，要将这大约只有头发直径十分之一的光斑与光轴对准，可不是简单的事。而在出货检验时，安装了准直仪的透镜轴如果稍有偏差，都会成为不合格品。内置准直透镜的新型QCL滨松QCL获2016年日本激光学会产业“优秀奖”Q：QCL有什么典型应用？落合：比如说同位素检测。CO2虽是唯一的物质，但它也存在拥有不同质量数的C和O的“兄弟”同位素，其光吸收波长都各不相同。CO 2和13CO 2的吸收波长同是4.329μ m，而12CO 2 的吸收波长是4.328μ m。求出同位素之比，就可以知道排出源（植物、土壤、燃烧等）和形成原因，同位素检测可以说是激光QCL的真正的应用价值所在。Q：探测部分的InAsSb光电探测器又有着什么特点呢？朝仓：InAsSb光电探测器是含有In（铟）、As（砷）、Sb（锑）的化合物半导体。以前，作为3μ m~10μ m的红外探测器而得到广泛使用的是MCT光伏探测器、MCT光导探测器。但MCT中使用了RoHS指令中所禁止的汞、镉，所以我们重新开发了不含这些禁令污染物的器件。饭田：InAsSb光伏探测器的研制，需要同时在晶体生长和制程两个方面进行新的推进。话虽简单，但一方面现有的技术并不适用于新产品，而且还要开发出半导体材料的最佳生长方法和制程。晶体是在作为基板的硅晶片上形成薄膜层来进行生长的，它的品质与器件的特性息息相关，以此，为了得到高品质的晶体必须要不断改良其生长技术。制程则要通过改良设备的结构，来实现产品高灵敏度的性能。不过，最终我们都掌握了两方面的新技术。朝仓：MCT的个体差异性非常明显，而InAsSb光伏探测器不含汞、镉，且具有稳定性高、偏差小的优点，具有更大的优势。若固定产品规格，则会是非常好的量产化产品。 Topic 3 使用分子吸收的计测的应用范围广Q：客户对产品有什么样的反应？大石：有客户对QCL和InAsSb光伏探测器的配套组件进行了评估，显示出的性能渐渐地得到了客户的认可。因为覆盖了气体所含成分所吸收的狭小的波段，恰好显示出了QCL发光波长范围小的优势。我们也可以满足想要生产此类设备的厂家的需求。杉山：采用分子吸收计测是光学法的关键。不仅是气体，液体和固体也可以利用这样的方法进行分析，比如水分和胆固醇。Q：今后有怎样的推进计划？落合：目前的QCL产品覆盖了4μ m~10μ m波段，我们也在扩充能够覆盖更长波长范围的产品。当然，与之对应的是，我们接下来也将涉及10μ m附近的探测器的开发。朝仓：是的，光探测部分的InAsSb光伏探测器目前涵盖了2.5μ m~8μ m。我们打算将其延伸到11μ m、12μ m。大石：今后，无论是光探测器还是激光光源，都将同时覆盖10μ m左右的长波长领域。另外，我们构想着将这两个器件组成一个模块，更加高效地为客户实现气体探测的应用。

EXPEC 1900 傅里叶红外气体遥测仪化学成像+红外成像+可见光成像全天候全自动360°巡逻，发现异常可自动报警可监测TIC、VOC、化学战剂等400多种气体超广覆盖范围，最远覆盖半径可达5公里傅里叶红外化学成像原理EXPEC 1900 傅里叶红外气体遥测仪利用傅里叶红外遥感检测 快速扫描目标空域获取目标区域内每个空间点的大气红外吸收光谱从而描绘出整个目标区域内基于红外吸收的化学物质成像 系统特点● 可视化化学成像以FTIR遥感技术为核心，与可见光/红外视频成像完美结合，通过红外成像捕捉人眼无法识别的气团，以图像方式呈现问题点、风险源，为高效决策提供支持。● 智能化全天候全自动360°巡逻，针对重点区域，定时定点预置位守望监测，能对异常点自动预警。● 能力强可监测包括TIC、VOC、化学战剂等400多种气体，并支持气体库扩展。● 精度高采用斯特林制冷（-200℃）科研级MCT红外探测器，结合高分辨FTIR光学遥感系统和专利的数据处理算法，实现ppb级探测下限。● 可车载可实现车载模式，远距离、非接触、快速响应事故现场应急监测，可为应急行动提供可靠数据支撑。应用领域EXPEC 1900傅里叶红外气体遥测仪可为环境保护、应急安全、科学研究等提供有效的技术和数据支持，为生态环境安全保驾护航。