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：