中紅外TDLAS 二氧化硫 ppm級濃度分析系統

理論基礎

1、比爾-朗伯定律

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

2，波長(cháng)調制技術(shù)

是對波長(cháng)的高頻調制并利用諧波檢測技術(shù)通過(guò)鎖相放大器獲得吸收光譜的諧波信號，根據諧波信號的峰值檢測氣體的濃度。

波長(cháng)調制技術(shù)的關(guān)鍵是激光器的調諧波段的確定以及波長(cháng)調諧特性，激光器的特性直接可以決定檢測氣體的種類(lèi)以及檢測系統的精度和應用領(lǐng)域。

3，諧波檢測理論

諧波信號的獲取是利用鎖相放大器實(shí)現的，鎖相放大器最核心的功能是對交變信號進(jìn)行相敏檢波，激光器由于受到高頻正弦調制，光束攜帶有正弦調制信號的頻率信息，由于二次諧波線(xiàn)型峰值在譜線(xiàn)的中心，關(guān)于譜線(xiàn)中心是對稱(chēng)的。同時(shí)，在偶次諧波中，二次諧波譜線(xiàn)強度*，最容易獲取，因此選用二次諧波來(lái)檢測氣體。

實(shí)驗儀器介紹

1, 7.4umQCL 量子級聯(lián)激光器

QCL7400 - 7.4um低功耗臺式DFB-QCL中紅外量子級聯(lián)激光器是筱曉2018上半年開(kāi)發(fā)出的低功耗的QCL DFB激光，超過(guò)100nm的可調諧范圍，輸出功率大于25mw滿(mǎn)足客戶(hù)測試氣體傳感等工業(yè)需求。我們的激光器準直輸出輸出功率穩定，溫度波長(cháng)穩定性*比傳統大功耗的量子級聯(lián)激光器的穩定性高出好幾個(gè)數量級。為我們中紅外測試的客戶(hù)提供了最佳的測試光源。

光譜圖

波長(cháng)溫度電流調諧曲線(xiàn)

2，中紅外5米光程簡(jiǎn)波寬帶氣室

LD-PD簡(jiǎn)波寬帶氣室主要針對紅外傅里葉等光譜技術(shù)應用。氣室結構采用簡(jiǎn)波氣室結構，探測光為中遠紅外非相干光源，針對高溫和耐腐蝕需要，以方便被測氣體的測量，開(kāi)發(fā)了主體和光學(xué)組件均采用經(jīng)過(guò)防腐蝕處理的特殊金屬材料，可以在濕熱腐蝕氣體條件下長(cháng)期穩定可靠工作，對包括SO2,NOX，VOCS,NH3,O2,CO,CO2,HCL,H2O等主要氣體成分做精確的測量和分析。

3，碲鎘汞(MCT)中紅外光電探測器

MCT-12-0TE放大探測器是一種熱電冷卻光電導HgCdTe(碲鎘汞，MCT)探測器。這種材料對2.0到12μm的中紅外光譜波段光波敏感。半導體制冷片(TEC)采用一個(gè)熱敏電阻反饋電路對探測器元件的溫度控制在-30 °C，從而將熱變化對輸出信號的影響最小化。

實(shí)驗室測試

操作步驟：

1）中紅外量子級聯(lián)激光器插上電源線(xiàn)，USB線(xiàn)連接電腦主機；MCT探測器連接電源線(xiàn)

2）MCT探測器的輸出線(xiàn)連接量子級聯(lián)激光器的PREAMP前置放大端口

3）量子級聯(lián)激光器的TRIGGER觸發(fā)端口連接示波器CH1，DAC OUT二次諧波輸出端口連接示波器CH2

4）激光器的輸出窗口對準簡(jiǎn)波氣室的輸入窗口，簡(jiǎn)波氣室的輸出端口對準MCT探測器

5）簡(jiǎn)波氣室內充入一定200ppm濃度的SO2氣體

過(guò)程分析：

利用電腦端的控制軟件調節電流和溫度的大小對波長(cháng)進(jìn)行調諧，使激光器實(shí)現一定波長(cháng)范圍的掃描，使輸出波長(cháng)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(jīng)過(guò)氣體吸收池，通過(guò)探測器進(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*。

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：

為了驗證測試信號為SO2氣體，我們使用波長(cháng)計測試了溫度為30℃，掃描電流在187.4mA和223.2mA這兩個(gè)點(diǎn)對應的波長(cháng)為分別為7390.9559nm和7397.3968nm

                        30deg,187.4mA對應光譜圖

                           30deg，223.2mA對應光譜圖

通過(guò)查詢(xún)Hitran數據庫得到在波長(cháng)在7390.9559nm和7397.3968nm范圍內的SO2吸收譜線(xiàn)如下：

我們通過(guò)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SO2氣體。

實(shí)驗結論

通過(guò)測試，我們發(fā)現SO2濃度為200ppm時(shí)，二次諧波幅值可達1.8V ,由此可以說(shuō)明我們的中紅外TDLAS分析系統，測試精度高，測試效果好。

訂購信息

產(chǎn)品型號：TDLAS-7400-SO2-MIR 

產(chǎn)品名稱(chēng)：近紅外TDLAS SO2 ppm級濃度分析系統

產(chǎn)品清單：

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