理論基礎

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，波長調制技術

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

波長調制技術的關鍵是激光器的調諧波段的確定以及波長調諧特性，激光器的特性直接可以決定檢測氣體的種類以及檢測系統(tǒng)的精度和應用領域。

3，諧波檢測理論

諧波信號的獲取是利用鎖相放大器實現(xiàn)的，鎖相放大器最核心的功能是對交變信號進行相敏檢波，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，由于二次諧波線型峰值在譜線的中心，關于譜線中心是對稱的。同時，在偶次諧波中，二次諧波譜線強度*，最容易獲取，因此選用二次諧波來檢測氣體。

實驗儀器介紹

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上半年開發(fā)出的低功耗的QCL DFB激光，超過100nm的可調諧范圍，輸出功率大于25mw滿足客戶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(wěn)定，溫度波長穩(wěn)定性*比傳統(tǒng)大功耗的量子級聯(lián)激光器的穩(wěn)定性高出好幾個數(shù)量級。為我們中紅外測試的客戶提供了最佳的測試光源。

光譜圖

波長溫度電流調諧曲線

2，中紅外5米光程簡波寬帶氣室

LD-PD簡波寬帶氣室主要針對紅外傅里葉等光譜技術應用。氣室結構采用簡波氣室結構，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，開發(fā)了主體和光學組件均采用經過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期穩(wěn)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，USB線連接電腦主機；MCT探測器連接電源線

2）MCT探測器的輸出線連接量子級聯(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波氣室的輸入窗口，簡波氣室的輸出端口對準MCT探測器

5）簡波氣室內充入一定200ppm濃度的SO2氣體

過程分析：

利用電腦端的控制軟件調節(jié)電流和溫度的大小對波長進行調諧，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)出的光經過氣體吸收池，通過探測器進入PREAMP端前置放大電路，再經過鎖相放大器調制解調，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*。

測試結果：

1，二次諧波波形及調制參數(shù)如下：

二次諧波

                               調制參數(shù)

2，驗證分析：

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

                        30deg,187.4mA對應光譜圖

                           30deg，223.2mA對應光譜圖

通過查詢Hitran數(shù)據(jù)庫得到在波長在7390.9559nm和7397.3968nm范圍內的SO2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SO2氣體。

實驗結論

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

訂購信息

產品型號：TDLAS-7400-SO2-MIR 

產品名稱：近紅外TDLAS SO2 ppm級濃度分析系統(tǒng)

產品清單：

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