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H80060044 | 近紅外TDLAS C2H2 (乙炔) ppb級濃度分析系統(tǒng) [PDF] | 1;激光器: 2nm可調(diào); 輸出功率20mW; 線寬<2MHZ;; 2;TDLAS控制盒: 主機含激光驅(qū)動、 鎖相放大、 數(shù)據(jù)采集功能; 3;40m全光纖氣體吸收池; 光纖進光纖出 FC/APC接頭 |
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近紅外TDLAS C2H2 (乙炔) ppb級濃度分析系統(tǒng) [PDF] |
H80060044
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1;激光器: 2nm可調(diào); 輸出功率20mW; 線寬<2MHZ;; 2;TDLAS控制盒: 主機含激光驅(qū)動、 鎖相放大、 數(shù)據(jù)采集功能; 3;40m全光纖氣體吸收池; 光纖進光纖出 FC/APC接頭 |
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TDLAS(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy )它是利用激光器波長調(diào)制通過被測氣體的特征吸收區(qū),在二極管激光器與長光程吸收池相結(jié)合的基礎(chǔ)上,發(fā)展起來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的展寬,得到單線吸收光譜,因此TDLAS技術(shù)是一種高分辨率吸收光譜技術(shù)。
乙炔:C2H2,俗稱風煤或電石氣,是炔烴化合物中體積最小的一員,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、極易燃的氣體。純乙炔是無臭的,但工業(yè)用乙炔由于含有硫化氫、磷化氫等雜質(zhì),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(diào)制通過被測氣體的特征吸收區(qū),在二極管激光器與長光程吸收池相結(jié)合的基礎(chǔ)上,發(fā)展起來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的展寬,得到單線吸收光譜,因此TDLAS技術(shù)是一種高分辨率吸收光譜技術(shù)。
乙炔:C2H2,俗稱風煤或電石氣,是炔烴化合物中體積最小的一員,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、極易燃的氣體。純乙炔是無臭的,但工業(yè)用乙炔由于含有硫化氫、磷化氫等雜質(zhì),而有一股大蒜的氣味。
二,理論基礎(chǔ):
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級,表現(xiàn)為氣體吸收波段激光光強的衰減
2、波長調(diào)制光譜技術(shù)
A) 激光器的調(diào)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(diào)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(qū)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(qū)動加鋸齒波電壓,使其輸出波長在氣體吸收峰兩側(cè)掃描,利用鎖相放大器調(diào)制并解調(diào)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(guān)鍵,應(yīng)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(yīng)的激光器光源技術(shù)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,單縱模可調(diào)諧,14引腳封裝
光譜圖
功率曲線圖
2,TDLADS激光氣體檢測綜合控制盒
本產(chǎn)品是一款用于可調(diào)諧半導體激光吸收譜技術(shù)(可調(diào)諧半導體激光吸收譜技術(shù)(TDLAS))的控制模塊。主要功能包括:產(chǎn)生正弦波與三角波疊加的數(shù)字激光驅(qū)動、可調(diào)增益、可調(diào)增益放大器、1f/2f 數(shù)字鎖相放大器、模擬輸出溫控單元。運行參數(shù)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(jié)構(gòu)設(shè)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(jié)構(gòu)采用自主技術(shù)上認可設(shè)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(jié)構(gòu),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。獨te的懸浮光路設(shè)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(diào)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(zhuǎn)BNC線連接探測器和TDLAS控制盒的PERAMP 前置放大端
4,用一根BNC轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(guān)
7,向氣室中通入適量2ppm的C2H2,調(diào)節(jié)軟件參數(shù),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(diào)節(jié)電流和溫度的大小對波長進行調(diào)諧,使激光器實現(xiàn)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(diào)制信號,使激光器輸出頻率得到正弦調(diào)制,激光器發(fā)出的光經(jīng)過氣體吸收池,通過探測器進入PREAMP端前置放大電路,再經(jīng)過鎖相放大器調(diào)制解調(diào),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(diào)節(jié)軟件中的各項參數(shù),同時觀察輸出波形,使輸出波形最優(yōu)。
五,測試結(jié)果:
1,二次諧波波形及調(diào)制參數(shù)如下:
二次諧波
調(diào)制參數(shù)
2,驗證分析:
通過查詢Hitran數(shù)據(jù)庫得到在波數(shù)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(shù)據(jù)庫,發(fā)現(xiàn)和數(shù)據(jù)庫相符合,由此驗證是C2H2氣體。
實驗結(jié)論:
通過測試,我們發(fā)現(xiàn)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量級。
產(chǎn)品型號:TDLAS-1520-C2H2-NIR
產(chǎn)品名稱:近紅外TDLAS C2H2 ppb級濃度分析系統(tǒng)
產(chǎn)品清單:
# | 名稱 | 描述 | 數(shù)量 |
1 | TDLAS 綜合控制主機 | 該主機含激光驅(qū)動,鎖相放大,數(shù)據(jù)采集功能 | 1 |
2 | 1520nm DFB激光二極管 | 2nm可調(diào),輸出功率20mw,線寬<2MHz ,14引腳蝶形封裝,兼容控制器 | 1 |
3 | 40米長光程氣體吸收池 | 光程:40m全光纖,光纖進光纖出,FC/APC接頭 | 1 |
4 | 探測器 | 銦鎵砷探測器,帶放大,可調(diào)增益,900 - 1700 nm,帶寬13 MHz | 1 |
5 | U盤 | 含操作軟件,產(chǎn)品操作手冊 | 1 |