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近紅外TDLAS C2H2 (乙炔) ppb級濃度分析系統 1520nm  2021-07-15

TDLAS(Tunable  Diode  Laser  Absorption   Spectroscopy )它是利用激光器波長調制通過被測氣體的特征吸收區,在二極管激光器與長光程吸收池相結合的基礎上,發展起來的新的氣體檢測方法。

TDLAS技術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技術是一種高分辨率吸收光譜技術。

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,但工業用乙炔由于含有硫化氫、磷化氫等雜質,而有一股大蒜的氣味。

產品型號
縱向   橫向
型號 貨號 操作 名稱
TDLAS-1520-C2H2-NIR H80060044 近紅外TDLAS C2H2 (乙炔) ppb級濃度分析系統   [PDF] 1,激光器: 2nm可調; 輸出功率20mW; 線寬<2MHZ;, 2,TDLAS控制盒: 主機含激光驅動、 鎖相放大、 數據采集功能; 3,40m全光纖氣體吸收池; 光纖進光纖出 FC/APC接頭 8-10周
技術參數

一,原理描述:

TDLAS(Tunable  Diode  Laser  Absorption   Spectroscopy )它是利用激光器波長調制通過被測氣體的特征吸收區,在二極管激光器與長光程吸收池相結合的基礎上,發展起來的新的氣體檢測方法。

TDLAS技術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技術是一種高分辨率吸收光譜技術。

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,但工業用乙炔由于含有硫化氫、磷化氫等雜質,而有一股大蒜的氣味。

二,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,表現為氣體吸收波段激光光強的衰減

2、波長調制光譜技術

A) 激光器的調諧特性

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律變化。通過給激光器驅動加鋸齒波電壓,使其輸出波長在氣體吸收峰兩側掃描,利用鎖相放大器調制并解調出諧波信號,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鍵,應考慮以下幾個方面

(1)氣體在選定的譜線處要有較強的吸收峰,

(2)譜線波長對應的激光器光源技術要相對成熟

(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:波長穩定性好,窄線寬,單縱??烧{諧,14引腳封裝

 

IMG_256

光譜圖

 

 

12121.png

功率曲線圖

 

2,TDLADS激光氣體檢測綜合控制盒

本產品是一款用于可調諧半導體激光吸收譜技術(可調諧半導體激光吸收譜技術(TDLAS))的控制模塊。主要功能包括:產生正弦波與三角波疊加的數字激光驅動、可調增益、可調增益放大器、1f/2f 數字鎖相放大器、模擬輸出溫控單元。運行參數及波形均可由電腦端控制和讀取。

IMG_256

 

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構設計。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構采用自主專利設計,具有優異的光學穩定性、輔助性和高穩定性的光學封裝結構,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。獨特的懸浮光路設計,具有優異的振動和溫度穩定性,能在多種復雜環境中穩定工作,非常適合各種氣體的在線實時檢測。系統噪聲低,可用于痕量氣體分析。

 

IMG_256

4,探測器

銦鎵砷探測器,帶放大,可調增益,900 - 1700 nm,帶寬13 MHz

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四,實驗測試:

IMG20210713165745

IMG20210713165709

 

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BNC線連接TDLAS控制盒的TRIG OUT和示波器的通道1作為觸發

5,用一根BNC轉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

7,向氣室中通入適量2ppm的C2H2,調節軟件參數,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節電流和溫度的大小對波長進行調諧,使激光器實現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,我們通過調節軟件中的各項參數,同時觀察輸出波形,使輸出波形最優。

 

五,測試結果:

1,二次諧波波形及調制參數如下:

 

TEK0012

                           二次諧波

1520nm CH2 2ppm

                                調制參數

2,驗證分析:

 

通過查詢Hitran數據庫得到在波數為6568cm-1-6588cm-1范圍的吸收譜線如下:

IMG_256

我們通過對比二次諧波幅值信息和數據庫,發現和數據庫相符合,由此驗證是C2H2氣體。

 

 

實驗結論:

通過測試,我們發現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,測試精度極高,可達ppb量級。


訂購信息

產品型號:TDLAS-1520-C2H2-NIR 

產品名稱:近紅外TDLAS C2H2 ppb級濃度分析系統

產品清單:

#

名稱

描述

數量

1

TDLAS 綜合控制主機

該主機含激光驅動,鎖相放大,數據采集功能

1

2

1520nm DFB激光二極管

2nm可調,輸出功率20mw,線寬<2MHz ,14引腳蝶形封裝,兼容控制器

1

3

40米長光程氣體吸收池

光程:40m全光纖,光纖進光纖出,FC/APC接頭

1

4

探測器

銦鎵砷探測器,帶放大,可調增益,900   - 1700 nm,帶寬13 MHz

1

5

U盤

含操作軟件,產品操作手冊

1











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