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可调谐激光吸收光谱技术 TDLAS测量那些事

实验室资讯网时间:2018-08-17 点击: 百度搜索

【导读】自美国科学家Hinkley与Reid从上世纪八十年代首次提出可调谐激光吸收光谱技术(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy,TDLAS)以来,在过去十到二十年时间内,近红外可调谐激光二极管的优点越来越被人们所熟知,其中包括易于调谐、激光强度高、激光频带宽、光源相干性和方向性好等。另外,随着光纤和红外探......
TAG标签: TDLAS 可调谐激光吸收光谱 可调谐激光二极管

自美国科学家Hinkley与Reid从上世纪八十年代首次提出可调谐激光吸收光谱技术(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy,TDLAS)以来,在过去十到二十年时间内,近红外可调谐激光二极管的优点越来越被人们所熟知,其中包括易于调谐、激光强度高、激光频带宽、光源相干性和方向性好等。另外,随着光纤和红外探测器技术的不断发展,为TDLAS技术在气体监测、温度监测等领域的应用奠定了基础,此外,TDLAS技术出色的测量精度和受外界环境干扰小的特点受到了世界诸多行业的青睐。

可调谐激光吸收光谱技术 TDLAS测量那些事

世界上第一台TDLAS气体探测器在1998年由美国Monitor公司成功研制,该探测器选用波长为1550nm的InGaAsP激光器,用以检测氨气的浓度,自此也拉开了各国对基于TDLAS技术研发气体探测装置的序幕。

可调谐激光吸收光谱技术 TDLAS测量那些事

目前,TDLAS般采用波长调制技术和二次谐波检测技术进行气体检测。同时,应用可调谐二极管输出波长在一定范围内可调的特点,可以同时分析多种污染物质,包括甲烷、一氧化碳、二氧化碳、一氧化氮、氨气等。特别是自九十年代后期以来,基于TDLAS技术的甲烷气体检测如雨后春笋般涌现,并逐步应用到工业现场在线监测,标志着这项技术在环境监测与生产过程监控等领域的应用更加明显。

可调谐激光吸收光谱技术 TDLAS测量那些事

典型应用

工业过程气体分析

目前激光气体分析仪及分析系统已经在石油、化工、冶金等重要过程工业领域都有成熟的应用和解决 方案,成为工业过程控制自动化系统的重要组成部分。

此类应用中多采用原位测量的方法,即在测量截面上采用对射结构进行测量。相比较传统的抽取式气体分析方法,原位式测量省去了复杂的取样和预处理系统,结构简单,维护量减少。其次结合激光光谱的单线波长扫描技术,激光气体分析仪具有了较高的气体分辨率和抗背景干扰性能。同时原位测量的结果是测量截面的气体浓度平均值,测量结果比抽取式取样更具代表性,响应速度更快,更加符合工业过程自动化控制的需求。典型的应用如加热炉中的燃烧测控以及脱硝工程中逃逸氨的测量等。

环境监测气体分析

随着对环境保护措施的不断深入,环境监测技术在国内有了长足的发展。TDLAS技术也被应用于大气质量的监测。大气中痕量气体的含量一般较小,比如甲烷的平均浓度仅为1.7ppm左右,普通的分析方法显然无法测量。通过采用可调谐的半导体激光器,加上怀特池气室,激光信号经多次反射及吸收后,再辅以噪声抑制技术,激光气体分析仪的检测限可以达到ppb的级别,可完全满足痕量气体的监测要求。目前的应用已经实现了对大气中甲烷、一氧化碳、臭氧等气体的监测。

安全检测

激光气体分析仪利用了激光吸收光谱特性,属于非接触性测量方法,且灵敏度较高,非常适合危险应用场合的气体泄漏检测。在燃气和天然气行业中,对管道的泄漏检测也大量使用了采用TDLAS原理的泄漏检测仪(RMLD-Remote Methane Leak Detector),其有效检测距离可达到近30米左右。

RMLD通常采用一个较大功率的半导体激光器,对检测目标区域发出激光信号,目标反射回的激光信号,经透镜聚焦后传到探测器,整个光程中因燃气泄漏产生的吸收信号被分析并输出,实现了安全检测的目的。

(本文来源:电机技术及应用 )

(责任编辑:大林)

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