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可調諧二極管激光吸收光譜技術(shù) TDLAS

可調諧半導體激光吸收光譜法(TDLAS),是利用半導體激光器的波長(cháng)調諧特性和待測氣體對激光的選擇性吸收進(jìn)行氣體濃度檢測的一種技術(shù)。具有高靈敏度、實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、多組分同時(shí)測量的優(yōu)點(diǎn)。其原理是可調諧半導體激光器在驅動(dòng)電流的調制下,發(fā)射出特定波長(cháng)的激光,隨著(zhù)注入周期性電流的調制,激光波長(cháng)產(chǎn)生周期性變化,使激光中心波長(cháng)調節到待測氣體的吸收譜線(xiàn),發(fā)生選擇性吸收,再利用經(jīng)過(guò)氣體吸收得到的光譜強度信號反演出待測氣體的濃度。因為半導體激光器的高單色性,可以利用待測氣體分子的一條孤立的吸收譜線(xiàn)進(jìn)行測量,避免了不同分子光譜的交叉干擾,從而準確的鑒別出待測氣體。

TDLAS檢測的是激光穿過(guò)被測氣體通道上的分子數,獲得的氣體濃度是整個(gè)通道的平均濃度。TDLAS的氣體濃度定量計算是以Beer-Lambert定律為基礎,Beer-Lambert定律指出了光吸收與光穿過(guò)被檢測物質(zhì)之間的關(guān)系,當一束頻率為V的光束穿過(guò)吸收物質(zhì)后,在光束穿過(guò)被測氣體的光強變化為:

I(v)=I0(v)exp[-σ(v)CL]

I(v):光束穿過(guò)被測氣體的透射光強度
I0(v):入射光強度
σ(v):被測氣體分子吸收截面
C:被測氣體的濃度
L:光程


因此,可通過(guò)測量氣體對激光的衰減來(lái)測量氣體的濃度。


可調諧半導體激光技術(shù).jpg

1. 高選擇性,高分辨率的光譜技術(shù),由于分子光譜的“指紋”特征,它不受其它氣體的干擾。這一特性與其它方法相比有明顯的優(yōu)勢。

2. 它是一種對所有在紅外有吸收的活躍分子都有效的通用技術(shù),同樣的儀器可以方便的改成測量其它組分的儀器,只需要改變激光器和標準氣。由于這個(gè)特點(diǎn),很容易就能將其改成同時(shí)測量多組分的儀器。

3. 它具有速度快,靈敏度高的優(yōu)點(diǎn)。在不失靈敏度的情況下,其時(shí)間分辨率可以在ms量級。應用該技術(shù)的主要領(lǐng)域有:分子光譜研究、工業(yè)過(guò)程監測控制、燃燒過(guò)程診斷分析、發(fā)動(dòng)機效率和機動(dòng)車(chē)尾氣測量、爆炸檢測、大氣中痕量污染氣體監測等。

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