TDLAS半導體激光光源測氨氣濃度(NH3) - 筱曉光子試驗小分享①

TDLAS（Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy ）

它是利用激光器波長(cháng)調制通過(guò)被測氣體的特征吸收區，在二極管激光器與長(cháng)光程吸收池相結合的基礎上，發(fā)展起來(lái)的新的氣體檢測方法。

TDLAS技術(shù)采用的半導體激光光源的光譜，寬度遠小于氣體吸收譜線(xiàn)的展寬，得到單線(xiàn)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 )分解成氮氣和氫氣，有還原作用?？捎傻蜌渲苯雍铣啥频?。在工業(yè)中常被用來(lái)制液氮、銨鹽、氨水、硝酸和胺類(lèi)等。

一束激光穿過(guò)濃度為C的被測氣體時(shí)，當激光器的波長(cháng)和被測氣體某個(gè)吸收譜線(xiàn)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，表現為氣體吸收波段激光光強的衰減。

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(xiàn)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(guò)對激光器的驅動(dòng)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律變化。通過(guò)給激光器驅動(dòng)加鋸齒波電壓，使其輸出波長(cháng)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(jìn)行氣體濃度的測量。

在進(jìn)行氣體檢測是，對吸收譜線(xiàn)的選取非常關(guān)鍵，應考慮以下幾個(gè)方面：

1）氣體在選定的譜線(xiàn)處要有較強的吸收峰；

2）譜線(xiàn)波長(cháng)對應的激光器光源技術(shù)要相對成熟；

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

得到在1513.8nm附近有*吸收峰，且沒(méi)有其他氣體的干擾。實(shí)驗中我們可以測試1513.8nm處的二次諧波幅值和1512nm處的二次諧波幅值作為對比。

  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)鎖相放大器調制解調，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。整個(gè)過(guò)程中，我們通過(guò)調節軟件中的各項參數，同時(shí)觀(guān)察輸出波形，使輸出波形*。

  3，實(shí)驗結果：

1512nm二次諧波波形及調整參數：