筱曉光子 近紅外TDLAS C2H2 (乙炔) ppb濃度分析系統(tǒng)

TDLAS(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy )它是利用激光器波長調制通過被測氣體的特征吸收區(qū),在二管激光器與長光程吸收池相結合的基礎上,發(fā)展起來的新的氣體檢測方法。
TDLAS技術采用的半導體激光光源的光譜,寬度遠小于氣體吸收譜線的展寬,得到單線吸收光譜,因此TDLAS技術是一種高分辨率吸收光譜技術。
乙炔:C2H2,俗稱風煤或電石氣,是炔烴化合物中體積小的一員,主要作工業(yè)用途,特別是燒焊金屬方面。乙炔在室溫下是一種無色、易燃的氣體。純乙炔是無臭的,但工業(yè)用乙炔由于含有硫化氫、等雜質,而有一股大蒜的氣味。
一,原理描述:
TDLAS(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy )它是利用激光器波長調制通過被測氣體的特征吸收區(qū),在二管激光器與長光程吸收池相結合的基礎上,發(fā)展起來的新的氣體檢測方法。
TDLAS技術采用的半導體激光光源的光譜,寬度遠小于氣體吸收譜線的展寬,得到單線吸收光譜,因此TDLAS技術是一種高分辨率吸收光譜技術。
乙炔:C2H2,俗稱風煤或電石氣,是炔烴化合物中體積小的一員,主要作工業(yè)用途,特別是燒焊金屬方面。乙炔在室溫下是一種無色、易燃的氣體。純乙炔是無臭的,但工業(yè)用乙炔由于含有硫化氫、等雜質,而有一股大蒜的氣味。
二,理論基礎:
1、比爾-朗伯定律
一束激光穿過濃度為C的被測氣體時,當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,表現為氣體吸收波段激光光強的衰減
2、波長調制光譜技術
A) 激光器的調諧特性
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。通過給激光器驅動加鋸齒波電壓,使其輸出波長在氣體吸收峰兩側掃描,利用鎖相放大器調制并解調出諧波信號,進行氣體濃度的測量。
3、吸收譜線選取的原則
在進行氣體檢測時,對吸收譜線的選取非常關鍵,應考慮以下幾個方面
(1)氣體在選定的譜線處要有較強的吸收峰,
(2)譜線波長對應的激光器光源技術要相對成熟
(3)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
三,實驗儀器:
1,1520nm激光器
特點:波長穩(wěn)定性好,窄線寬,單縱??烧{諧,14引腳封裝
光譜圖
功率曲線圖
2,TDLADS激光qi體檢測綜合控制盒
本產品是一款用于可調諧半導體激光吸收譜技術(可調諧半導體激光吸收譜技術(TDLAS))的控制模塊。主要功能包括:產生正弦波與三角波疊加的數字激光驅動、可調增益、可調增益放大器、1f/2f 數字鎖相放大器、模擬輸出溫控單元。運行參數及波形均可由電腦端控制和讀取。
3,40米長光程氣體吸收池
筱曉光子的40米長光程氣體吸收池采用全光纖結構設計。光纖輸入和光纖輸出單元用于各種氣體的光譜分析和檢測。氣體吸收池的光學結構采用自主利設計,具有優(yōu)異的光學穩(wěn)定性、輔助性和高穩(wěn)定性的光學封裝結構,主要由氣體腔、反射鏡、標準光纖連接器、氣體進出口、防震座等組成。的懸浮光路設計,具有優(yōu)異的振動和溫度穩(wěn)定性,能在多種復雜環(huán)境中穩(wěn)定工作,非常適合各種氣體的在線實時檢測。系統(tǒng)噪聲低,可用于痕量氣體分析。
4,探測器
銦鎵砷探測器,帶放大,可調增益,900 - 1700 nm,帶寬13 MHz
四,實驗測試:
操作步驟:
1,TDLAS控制盒連接電源,USB線
2,40米長光程氣體吸收池的一端光纖連接激光器的輸出端,另一端光纖連接探測器的輸入接口
3,用一根BNC轉BNC線連接探測器和TDLAS控制盒的PERAMP 置放大端
4,用一根BNC轉BNC線連接TDLAS控制盒的TRIG OUT和示波器的通道1作為觸發(fā)
5,用一根BNC轉BNC線連接TDLAS控制盒的DAC OUT和示波器的通道2作為輸出
6,打開激光器,打開探測器開關
7,向氣室中通入適量2ppm的C2H2,調節(jié)軟件參數,在示波器上觀察二次諧波信號幅值信息
過程分析:
利用電腦端的控制軟件調節(jié)電流和溫度的大小對波長進行調諧,使激光器實現一定波長范圍的掃描,使輸出波長覆蓋氣體的吸收峰,鎖相放大器提供高頻正弦調制信號,使激光器輸出頻率得到正弦調制,激光器發(fā)出的光經過氣體吸收池,通過探測器進入PREAMP端置放大電路,再經過鎖相放大器調制解調,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,我們通過調節(jié)軟件中的各項參數,同時觀察輸出波形,使輸出波形優(yōu)。
五,測試結果:
1,二次諧波波形及調制參數如下:
二次諧波
調制參數
2,驗證分析:
通過查詢Hitran數據庫得到在波數為6568cm-1-6588cm-1范圍的吸收譜線如下:
我們通過對比二次諧波幅值信息和數據庫,發(fā)現和數據庫相符合,由此驗證是C2H2氣體。
實驗結論:
通過測試,我們發(fā)現C2H2濃度為2ppm時,二次諧波幅值可達512mV ,由此可以說明我們的TDLAS分析系統(tǒng),測試精度高,可達ppb量。
更新時間:2023/5/24 17:35:26
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