筱曉光子 中紅外TDLAS CO/CO2(一氧化碳/二氧化碳) ppb濃度分析系統(tǒng)
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(yuǎn)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)
一一氧化碳： CO，氧化碳（carbon monoxide），一種碳氧化合物，通常狀況下為是無色、無臭、無味的氣體?；瘜W(xué)性質(zhì)上，一氧化碳既有還原性，又有氧化性，能發(fā)生氧化反應(yīng)（燃燒反應(yīng)）、歧化反應(yīng)等；同時具有毒性，較高濃度時能使人出現(xiàn)不同程度中毒癥狀，危害人體的腦、心、肝、腎、肺及其他組織，甚至電擊樣死亡，人吸入低致死濃度為5000 ppm（5分鐘）。工業(yè)上，一氧化碳是一碳化學(xué)的基礎(chǔ)，可由焦炭氧氣法等方法制得，主要用于生產(chǎn)甲醇以及有機合成等。
二二氧化碳（carbon dioxide），一種碳氧化合物，化學(xué)式為CO2，化學(xué)式量為44.0095 [1] ，常溫常壓下是一種無色無味 [2] 或無色無臭而其水溶液略有酸味 [3] 的氣體，也是一種常見的溫室氣體 [4] ，還是空氣的組分（占大氣總體積的0.03%-0.04% [5] ）。
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(dāng)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，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
在進行氣體檢測是，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、2327/2004nm DFB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
2004nm光譜圖
2004nm 調(diào)諧曲線
2327nm光譜圖
2327nm 調(diào)諧曲線
2、TDLADS激光qi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、數(shù)字鎖相放大器、模擬輸出溫控單元、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、長光程吸收池（20m）
4、示波器
5、電壓轉(zhuǎn)換模塊
吸收波長選取
根據(jù)2327/2004nm DFB激光器 調(diào)諧范圍，我們可以通過查詢Hitran數(shù)據(jù)庫
得到在2327/2004nm DFB激光器附近有強吸收峰，且沒有其他氣體的干擾。實驗中我們可以測試不同峰值處的二次諧波幅值作為對比。
空間光對穿演示
實驗測試過程及結(jié)果
1，如上圖所示，
（1）LASER OUT連接光程池輸入端
（2）光程池輸出端經(jīng)過電壓轉(zhuǎn)換模塊接入PREAMP
（3）TRIG OUT接入示波器通道1
（4）DAC OUT 接入示波器通道2
2，過程分析：
激光器發(fā)出的光經(jīng)過氣體吸收池，通過電壓轉(zhuǎn)換模塊進入PREAMP端置放大電路，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，使輸出波形優(yōu)。
3，實驗結(jié)果：
以CO為列，我們先用三角波掃描沒有CO的氣室得到如下型號，在通入氣體選取合適的吸收線把信號送入鎖相進行解調(diào)。
圖一；沒有通氣體的掃描三角波信號
圖二；通入100ppm CO后的直接吸收信號
2004nm二次諧波波形及調(diào)整參數(shù)
2327nm二次諧波波形及調(diào)整參數(shù)
4，實驗結(jié)論：
由此我們看出，吸收峰值越高，二次諧波幅值越大，因此探測濃度的下限越低，探測精度越高。在實際探測CO/CO2濃度時，我們選取中心波長2004/2327nm來進行標(biāo)定。調(diào)制參數(shù)不變，通過二次諧波的幅值來計算氣體濃度。
更新時間：2023/5/24 17:35:26
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