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)制技術(shù)

是對波長的高頻調(diào)制并利用諧波檢測技術(shù)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(diào)制技術(shù)的關(guān)鍵是激光器的調(diào)諧波段的確定以及波長調(diào)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(yīng)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(diào)制，光束攜帶有正弦調(diào)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(guān)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(diào)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(diào)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(shù)應(yīng)用。氣室結(jié)構(gòu)采用簡波氣室結(jié)構(gòu)，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(jīng)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(dǎo)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(dǎo)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(nèi)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(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

                               調(diào)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(yīng)的波長為分別為7390.9559nm和7397.3968nm

                        30deg,187.4mA對應(yīng)光譜圖

                           30deg，223.2mA對應(yīng)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(nèi)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(jié)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(chǎn)品型號：TDLAS-7400-SO2-MIR 

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

產(chǎn)品清單：

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