TDLAS半导体激光光源测氨气浓度(NH3) - 筱晓光子试验小分享①

2021-07-01 11:50:04

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。

NH3，是一种易具有刺激性气味，无色有毒，比空气轻，弱碱性，沸点较低，极易溶于水，易液化的气体。在高温时会分解成氮气和氢气，有还原作用。可由氮和氢直接合成而制得。在工业中常被用来制液氮、氨水、硝酸、铵盐和胺类等。

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。

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。

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；

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。

得到在1513.8nm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1513.8nm处的二次谐波幅值和1512nm处的二次谐波幅值作为对比。

  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：

1512nm二次谐波波形及调整参数：