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中紅外TDLAS (二氧化硫) SO2 ppm級濃度分析系統 7.4um  2021-08-06

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。

二氧化硫是常見、簡單、有刺激性的硫氧化物,化學式SO2,無色氣體,大氣主要污染物之一。二氧化硫為無色透明氣體,有刺激性臭味。 溶于水、乙醇和乙醚。


產品型號
縱向   橫向
型號 貨號 操作 名稱
TDLAS-7400-SO2-MIR H80060045 中紅外TDLAS (二氧化硫) SO2 ppm級濃度分析系統   [PDF] 7.4umQCL量子級聯激光器 中心波長:7.4um 輸出功率:25mw 波長調諧范圍:100nm, 中紅外5米光程簡波寬帶氣室 波長范圍 2~12um; 有效光程 5m; 輸入最大光功率 500mW; ,中紅外MCT探測器 響應波長范圍 2.0-12μm ; 峰值波長 10.6μm; 相對響應強度 0.26A/W@10.6um;光敏面大小 1X1mm ; 8-10周
技術參數

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,波長調制技術

是對波長的高頻調制并利用諧波檢測技術通過鎖相放大器獲得吸收光譜的諧波信號,根據諧波信號的峰值檢測氣體的濃度。

波長調制技術的關鍵是激光器的調諧波段的確定以及波長調諧特性,激光器的特性直接可以決定檢測氣體的種類以及檢測系統的精度和應用領域。

3,諧波檢測理論

諧波信號的獲取是利用鎖相放大器實現的,鎖相放大器最核心的功能是對交變信號進行相敏檢波,激光器由于受到高頻正弦調制,光束攜帶有正弦調制信號的頻率信息,由于二次諧波線型峰值在譜線的中心,關于譜線中心是對稱的。同時,在偶次諧波中,二次諧波譜線強度最強,最容易獲取,因此選用二次諧波來檢測氣體。

 

實驗儀器介紹


1, 7.4umQCL 量子級聯激光器




QCL7400 - 7.4um低功耗臺式DFB-QCL中紅外量子級聯激光器是筱曉2018上半年開發出的國內首臺低功耗的QCL DFB激光.超過100nm的可調諧范圍,輸出功率大于25mw滿足客戶測試氣體傳感等工業需求。我們的激光器準直輸出輸出功率穩定,溫度波長穩定性極高比傳統大功耗的量子級聯激光器的穩定性高出好幾個數量級。為我們中紅外測試的客戶提供了優秀的測試光源。



860.jpg

                      

光譜圖



861.jpg

                        

波長溫度電流調諧曲線



2,中紅外5米光程簡波寬帶氣室

 

862.jpg


LD-PD簡波寬帶氣室主要針對紅外傅里葉等光譜技術應用。氣室結構采用簡波氣室結構,探測光為中遠紅外非相干光源,針對高溫和耐腐蝕需要,以方便被測氣體的測量,開發了主體和光學組件均采用經過防腐蝕處理的特殊金屬材料,可以在濕熱腐蝕氣體條件下長期穩定可靠工作,對包括SO2,NOX,VOCS,NH3,O2,CO,CO2,HCL,H2O等主要氣體成分做精確的測量和分析。


3,碲鎘汞(MCT)中紅外光電探測器


IMG_256

MCT-12-0TE放大探測器是一種熱電冷卻光電導HgCdTe(碲鎘汞,MCT)探測器。這種材料對2.0到12μm的中紅外光譜波段光波敏感。半導體制冷片(TEC)采用一個熱敏電阻反饋電路對探測器元件的溫度控制在-30 °C,從而將熱變化對輸出信號的影響最小化。


實驗室測試


IMG20210805090607



操作步驟:

1)中紅外量子級聯激光器插上電源線,USB線連接電腦主機;MCT探測器連接電源線

2)MCT探測器的輸出線連接量子級聯激光器的PREAMP前置放大端口

3)量子級聯激光器的TRIGGER觸發端口連接示波器CH1,DAC OUT二次諧波輸出端口連接示波器CH2

4)激光器的輸出窗口對準簡波氣室的輸入窗口,簡波氣室的輸出端口對準MCT探測器

5)簡波氣室內充入一定200ppm濃度的SO2氣體

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。

 

測試結果

1,二次諧波波形及調制參數如下:

 

863.png

 

二次諧波



864.png

                               調制參數

 

2,驗證分析:

為了驗證測試信號為SO2氣體,我們使用波長計測試了溫度為30℃,掃描電流在187.4mA和223.2mA這兩個點對應的波長為分別為7390.9559nm和7397.3968nm

865.png

                        30deg,187.4mA對應光譜圖

866.png

                           30deg,223.2mA對應光譜圖



通過查詢Hitran數據庫得到在波長在7390.9559nm和7397.3968nm范圍內的SO2吸收譜線如下:



867.png



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SO2氣體。


實驗結論

通過測試,我們發現SO2濃度為200ppm時,二次諧波幅值可達1.8V ,由此可以說明我們的中紅外TDLAS分析系統,測試精度高,測試效果好。

 

訂購信息

產品型號:TDLAS-7400-SO2-MIR 

產品名稱:近紅外TDLAS SO2 ppm級濃度分析系統

產品清單:

 

SN#

名稱

描述

數量

1

7.4um低功耗臺式DFB-QCL中紅外量子級聯激光器

該激光器模塊含7.4umQCL 激光器,激光驅動,鎖相放大,數據采集功能

1

2

中紅外5米光程簡波寬帶氣室

波長范圍 2~12um;有效光程 5m;輸入最大光功率 500mW;

插入損耗 ≤5dB;材質 316L;氣體口直徑 6mm;空間光接入

1

3

2-12μm碲鎘汞(MCT)中紅外光電探測器,帶放大,帶TEC

MCT探測器;響應波長范圍 2.0-12μm ;峰值波長 10.6μm;

相對響應強度 0.26A/W@10.6um;光敏面大小 1X1mm ;光學窗口 WZNSE AR

1

4

U盤

含操作軟件,產品操作手冊

1


相關產品


SN#

名稱

描述

數量

1

7.4um低功耗臺式DFB-QCL中紅外量子級聯激光器

該激光器模塊含7.4umQCL 激光器,激光驅動,鎖相放大,數據采集功能

1

2

中紅外5米光程簡波寬帶氣室

波長范圍 2~12um;有效光程 5m;輸入最大光功率 500mW;

插入損耗 ≤5dB;材質 316L;氣體口直徑 6mm;空間光接入

1

3

2-12μm碲鎘汞(MCT)中紅外光電探測器,帶放大,帶TEC

MCT探測器;響應波長范圍 2.0-12μm ;峰值波長 10.6μm;

相對響應強度 0.26A/W@10.6um;光敏面大小 1X1mm ;光學窗口 WZNSE AR

1

4

U盤

含操作軟件,產品操作手冊

1











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