一氧化碳/二氧化碳中浓度检测方案(光源)

筱晓(上海)光子技术有限公司：eooMicro photons (Shanghai)Technology Co.， LTD更多产品详情，欢迎登入网站： www.microphotons.cn 中红外TDLAS CO/CO2(一氧化碳/二氧化碳) ppb级浓度分析系统 TDLAS (Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy)它是利用激光器波长调制通过被测气体的特征吸收区，在二极管激光器与长光程吸收池相结合的基础上，发展起来的新的气体检测方法。 TDLAS技术采用的半导体激光光源的光谱，宽度远小于气体吸收谱线的展宽，得到单线吸收光谱，因此TDLAS技术是一种高分辨率吸收光谱技术 一、一氧化碳：CO，氧化碳(carbon monoxide)，一种碳氧化合物，通常状况下为是无色、无臭、无味的气体。化学性质上，一氧化碳既有还原性，又有氧化性，能发生氧化反应(燃烧反应)、歧化反应等；同时具有毒性，较高浓度时能使人出现不同程度中毒症状，危害人体的脑、心、肝、肾、肺及其他组织，甚至电击样死亡，人吸入最低致死浓度为5000 ppm(5分钟)。工业上，一氧化碳是一碳化学的基础，可由焦炭氧气法等方法制得，主要用于生产甲醇和光气以及有机合成等。 二、二氧化碳(carbon dioxide)，一种碳氧化合物，化学式为CO2，化学式量为44.0095[1]，常温常压下是一种无色无味[2]或无色无臭而其水溶液略有酸味[3]的气体，也是一种常见的温室气体[4]，还是空气的组分之一(占大气总体积的0.03%-0.04%[5])。 TDLAS(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy)它是利用激光器波长调制通过被测气体的特征吸收区，在二极管激光器与长光程吸收池相结合的基础上，发展起来的新的气体检测方法。 TDLAS技术采用的半导体激光光源的光谱，宽度远小于气体吸收谱线的展宽，得到单线吸收光谱，因此TDLAS技术是一种高分辨率吸收光谱技术 一、一氧化碳：CO，氧化碳(carbon monoxide)，一种物氧化合物，通常状况下为是无色、无臭、无味的气体。化学性质上，一氧化炭既有还原性，又有氧化性，能发生氧化反应(燃烧反应)、歧化反应等；同时具有毒性，较高浓度时能使人出现不同程度中毒症状，危害人体的脑、心、肝、肾、肺及其他组织，甚至电击样死亡，人吸入最低致死浓度为5000iLppm(5分钟)。工业上，一氧化碳是一碳化学的基础，可由焦炭氧气法等方法制得，主要用于生产甲醇和光气以及有机合成等。 二、二氧化碳 (carbon dioxide)， 一种碳氧化合物，化学式为CO2，化学式量为44.0095[1]，常温常压下是一种无色无味[2]或无色无臭而其水溶液略有酸味[3]的气体，也是一种常见的温室气体[4]，还是空气的组分之一(占大气总体积的0.03%-0.04%[5])。 1、2004nm/2327 DFB激光器 特点：波长稳定性好，窄线宽，单纵模可调谐，14引脚封装 2327nm光谱图 2327nm 调谐曲线 2、TDLADS激光气体检测综合控制盒 本产品是一款用于可调谐半导体激光吸收谱技术(可调谐半导体激光吸收谱技术(TDLAS))的控制模块。主要功能包括：产生正弦波与三角叠加的数字激光驱动、可调增益、可调增益放大器、1f/2f 数字锁相放大器、模拟输出温控单元、数字锁相放大器、模拟输出温控单元、数字锁相放大器、模拟输出温控单元。运行参数及波形均可由电脑端控制和读取。 3、长光程吸收池(20m) 4、示波器 5、电压转换模块 吸收波长选取 根据2004nm/2327nmDFB调谐范围，我们可以通过查询Hitran数据库 Frequency， cm-1 得到在2004/2327nm附近有最强吸收峰，且没有其他气体的干扰。实验中我们可以测试不同峰值处的二次谐波幅值作为对比。 空间光对穿演示 实验测试过程及结果 1，如上图所示， (1) LASER OUT连接光程池输入端 (2)光程池输出端经过电压转换模块接入PREAMP (3) TRIG OUT接入示波器通道1 (4) DAC OUT 接入示波器通道2 2，过程分析： 激光器发出的光经过气体吸收池，通过电压转换模块进入PREAMP端前置放大电路，再经过锁相放大器调制解调，通过DAC OUT 模拟输出端到示波器通道2，显示二次谐波的信号。整个过程中，我们通过调节软件中的各项参数，同时观察输出波形，使输出波形最优。 3，实验结果： 以CO为列，我们先用三角波扫描没有CO的气室得到如下型号，在通入气体选取合适的吸收线把信号送入锁相进行解调。 图一、没有通气体的扫描三角波信号 图二、通入100ppm CO后的直接吸收信号 2004nm二次谐波波形及调整参数 2327nm二次谐波波形及调整参数 4，实验结论： 由此我们看出，吸收峰值越高，二次谐波幅值越大，因此探测浓度的下限越低，探测精度越高。在实际探测CO/CO2浓度时，我们选取中心波长2004/2327nm来进行标定。调制参数不变，通过二次谐波的幅值来计算气体浓度。 日ww.microphotons.cninfo@microphotons.com 总览原理描述：TDLAS（Tunable  Diode  Laser  Absorption   Spectroscopy ）它是利用激光器波长调制通过被测气体的特征吸收区，在二极管激光器与长光程吸收池相结合的基础上，发展起来的新的气体检测方法。TDLAS技术采用的半导体激光光源的光谱，宽度远小于气体吸收谱线的展宽，得到单线吸收光谱，因此TDLAS技术是一种高分辨率吸收光谱技术一一氧化碳： CO，氧化碳（carbon monoxide），一种碳氧化合物，通常状况下为是无色、无臭、无味的气体。化学性质上，一氧化碳既有还原性，又有氧化性，能发生氧化反应（燃烧反应）、歧化反应等；同时具有毒性，较高浓度时能使人出现不同程度中毒症状，危害人体的脑、心、肝、肾、肺及其他组织，甚至电击样死亡，人吸入最低致死浓度为5000 ppm（5分钟）。工业上，一氧化碳是一碳化学的基础，可由焦炭氧气法等方法制得，主要用于生产甲醇和光气以及有机合成等。二二氧化碳（carbon dioxide），一种碳氧化合物，化学式为CO2，化学式量为44.0095 [1]  ，常温常压下是一种无色无味 [2]  或无色无臭而其水溶液略有酸味 [3]  的气体，也是一种常见的温室气体 [4]  ，还是空气的组分之一（占大气总体积的0.03%-0.04% [5]  ）。理论基础1、比尔-朗伯定律一束激光穿过浓度为C的被测气体时，当激光器的波长和被测气体某个吸收谱线中心频率相同时，气体分子会吸收光子而跃迁到高能级，表现为气体吸收波段激光光强的衰减2、波长调制光谱技术A) 激光器的调谐特性     DFB激光器  由于具有良好的单色性，窄线宽特性和频率调谐特性，DFB激光器能够很好的避免其他背景气体的交叉干扰，使检测系统具有较好的测量精度，因此被广泛的用于气体检测B) 谐波检测理论     通过对激光器的驱动电压加高频正弦电压信号，从而改变电流，使输出频率也按正弦规律变化。通过给激光器驱动加锯齿波电压，使其输出波长在气体吸收峰两侧扫描，利用锁相放大器调制并解调出谐波信号，进行气体浓度的测量。3、吸收谱线选取的原则在进行气体检测是，对吸收谱线的选取非常关键，应考虑以下几个方面（1）气体在选定的谱线处要有较强的吸收峰，（2）谱线波长对应的激光器光源技术要相对成熟（3）在选定的吸收谱线处没有背景气体吸收的干扰，或吸收相对较弱，可以忽略订购信息产品型号：TDLAS-2327/2004-MIR  产品名称：中红外TDLAS CO/C02 ppb级浓度分析系统产品清单：SN#名称描述数量1TDLAS 综合控制主机该主机含激光驱动，锁相放大，数据采集功能1台22004nm DFB激光二极管2nm可调，输出功率5mwm，线宽＜3MHz 兼容控制器1只32327nm DFB激光二极管2nm可调，输出功率5mwm，线宽＜3MHz 兼容控制器1只4U盘含操作软件，产品操作手册1只5电源线3相电源线220V/50HZ交流电1根6全光纤气体吸收池光程：20m全光纤，FC/APC接头1台7电放大模块将光电流信号转换成电压信号给LIA解调1个技术参数实验仪器1、2004nm/2327 DFB激光器特点：波长稳定性好，窄线宽，单纵模可调谐，14引脚封装2004nm光谱图  2004nm 调谐曲线2327nm光谱图  2327nm 调谐曲线2、TDLADS激光气体检测综合控制盒本产品是一款用于可调谐半导体激光吸收谱技术（可调谐半导体激光吸收谱技术（TDLAS））的控制模块。主要功能包括：产生正弦波与三角叠加的数字激光驱动、可调增益、可调增益放大器、1f/2f 数字锁相放大器、模拟输出温控单元、数字锁相放大器、模拟输出温控单元、数字锁相放大器、模拟输出温控单元 。运行参数及波形均可由电脑端控制和读取。3、长光程吸收池（20m）4、示波器5、电压转换模块吸收波长选取根据2004nm/2327nmDFB 调谐范围，我们可以通过查询Hitran数据库得到在2004/2327nm附近有最强吸收峰，且没有其他气体的干扰。实验中我们可以测试不同峰值处的二次谐波幅值作为对比。空间光对穿演示实验测试过程及结果1，如上图所示，（1）LASER  OUT连接光程池输入端（2）光程池输出端经过电压转换模块接入PREAMP（3）TRIG OUT接入示波器通道1（4）DAC OUT 接入示波器通道22，过程分析：激光器发出的光经过气体吸收池，通过电压转换模块进入PREAMP端前置放大电路，再经过锁相放大器调制解调，通过DAC OUT 模拟输出端到示波器通道2，显示二次谐波的信号。整个过程中，我们通过调节软件中的各项参数，同时观察输出波形，使输出波形最优。3，实验结果：以CO为列，我们先用三角波扫描没有CO的气室得到如下型号，在通入气体选取合适的吸收线把信号送入锁相进行解调。图一；没有通气体的扫描三角波信号图二；通入100ppm CO后的直接吸收信号2004nm二次谐波波形及调整参数2327nm二次谐波波形及调整参数4，实验结论：由此我们看出，吸收峰值越高，二次谐波幅值越大，因此探测浓度的下限越低，探测精度越高。在实际探测CO/CO2浓度时，我们选取中心波长2004/2327nm来进行标定。调制参数不变，通过二次谐波的幅值来计算气体浓度。