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簡要描述:近紅外TDLAS CH4(甲烷)ppb級濃度分析系統(tǒng)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。
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品牌 | 其他品牌 | 產(chǎn)地類別 | 進口 |
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應(yīng)用領(lǐng)域 | 醫(yī)療衛(wèi)生,環(huán)保,化工,生物產(chǎn)業(yè),能源 | 激光器 | 1653.74nm激光器 |
近紅外TDLAS CH4(甲烷)ppb級濃度分析系統(tǒng)
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(dǎo)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)。
甲烷:CH4,俗稱瓦斯,在自然界中廣泛分布,是天然氣、沼氣、坑氣等的主要成分,在標準壓力的室溫環(huán)境中,甲烷無色、無味。它可用來作為燃料以及制造氫氣、炭黑、一氧化碳、乙炔及甲醛等物質(zhì)的原料。甲烷對人基本無毒,但濃度過高時,使空氣中氧含量明顯降低,使人窒息。
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
實驗儀器
1、1653.74nm激光器
特點:波長穩(wěn)定性好,窄線寬,單縱??烧{(diào)諧,14引腳封裝
光譜圖
調(diào)諧曲線
2、TDLAS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(dǎo)體激光吸收譜技術(shù)(可調(diào)諧半導(dǎo)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、10米光程超小氣體吸收池
10 米光進電出氣體吸收池應(yīng)用于多種氣體光譜分析檢測。氣室的光路結(jié)構(gòu)使用自主設(shè)計、具有優(yōu)良光學(xué)穩(wěn)定性的扁波氣室(SlimBoss Gas Cell),輔助與高穩(wěn)定性的光學(xué)封裝結(jié)構(gòu),主要由氣室腔體、反射鏡、標準光纖接頭、氣體進出口以及防震底座等組成。*的懸浮光路設(shè)計,具有優(yōu)異的震動和溫度穩(wěn)定性,可以在各種復(fù)雜的環(huán)境中穩(wěn)定工作,非常適合各種氣體在線實時檢測。具備低系統(tǒng)噪聲,可應(yīng)用于痕量氣體分析。
實驗測試:
操作步驟:
1、 TDLAS激光氣體分析綜合控制盒連接電源和usb線
2、 10米光程超小氣體吸收池的光纖輸入端連接控制盒的LASER OUT激光輸出端,另一端連接探測器的輸入端
3、 用一根SMA-BNC線連接探測器和TDLAS激光氣體分析綜合控制盒的PREAMP前置放大端
4、 用一根BNC-BNC線連接示波器和TDLAS激光氣體分析綜合控制盒的DACOUT模擬輸出端
5、 用一根BNC-BNC線連接示波器和TDLAS激光氣體分析綜合控制盒的TRIG OUT觸發(fā)端
6、 打開激光器,連接探測器電源
7、 向氣室中通入10ppm的CH4,調(diào)節(jié)軟件參數(shù),在示波器上觀察二次諧波信號波形、幅值等信息
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*。
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
軟件調(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6046cm-1到6048cm-1范圍內(nèi)的吸收譜線如下:
吸收峰波長約為1653.73nm,通過對比二次諧波幅值信息,與數(shù)據(jù)庫相符合,由此驗證是CH4氣體。
3、實驗結(jié)論:
通過測試,我們發(fā)現(xiàn)CH4濃度為10ppm時,二次諧波幅值可達300mV,由此可以說明我們的TDLAS分析系統(tǒng),測試精度*,可達ppb量級。
訂購信息
產(chǎn)品型號:TDLAS-1653.7-CH4
產(chǎn)品名稱:近紅外TDLAS CH4 ppb級濃度分析系統(tǒng)
產(chǎn)品清單:
# | 名稱 | 描述 | 數(shù)量 |
1 | TDLAS激光氣體分析綜合控制盒 | 該主機含激光驅(qū)動,鎖相放大,數(shù)據(jù)采集功能 | 1 |
2 | 1653.7nm DFB激光器 | 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 | 10米光程超小氣體吸收池 | 有效光程10m,波長范圍1500-1700nm,輸入最大光功率2mW,插入損耗≤2dB,輸出類型PD | 1 |
4 | U盤 | 含操作軟件,產(chǎn)品操作手冊 | 1 |
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