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可调谐二极管激光吸收光谱技术 TDLAS

可调谐半导体激光吸收光谱法(TDLAS),是利用半导体激光器的波长调谐特性和待测气体对激光的选择性吸收进行气体浓度检测的一种技术。具有高灵敏度、实时、动态、多组分同时测量的优点。其原理是可调谐半导体激光器在驱动电流的调制下,发射出特定波长的激光,随着注入周期性电流的调制,激光波长产生周期性变化,使激光中心波长调节到待测气体的吸收谱线,发生选择性吸收,再利用经过气体吸收得到的光谱强度信号反演出待测气体的浓度。因为半导体激光器的高单色性,可以利用待测气体分子的一条孤立的吸收谱线进行测量,避免了不同分子光谱的交叉干扰,从而准确的鉴别出待测气体。

TDLAS检测的是激光穿过被测气体通道上的分子数,获得的气体浓度是整个通道的平均浓度。TDLAS的气体浓度定量计算是以Beer-Lambert定律为基础,Beer-Lambert定律指出了光吸收与光穿过被检测物质之间的关系,当一束频率为V的光束穿过吸收物质后,在光束穿过被测气体的光强变化为:

I(v)=I0(v)exp[-σ(v)CL]

I(v):光束穿过被测气体的透射光强度
I0(v):入射光强度
σ(v):被测气体分子吸收截面
C:被测气体的浓度
L:光程


因此,可通过测量气体对激光的衰减来测量气体的浓度。


可调谐半导体激光技术.jpg

1. 高选择性,高分辨率的光谱技术,由于分子光谱的“指纹”特征,它不受其它气体的干扰。这一特性与其它方法相比有明显的优势。

2. 它是一种对所有在红外有吸收的活跃分子都有效的通用技术,同样的仪器可以方便的改成测量其它组分的仪器,只需要改变激光器和标准气。由于这个特点,很容易就能将其改成同时测量多组分的仪器。

3. 它具有速度快,灵敏度高的优点。在不失灵敏度的情况下,其时间分辨率可以在ms量级。应用该技术的主要领域有:分子光谱研究、工业过程监测控制、燃烧过程诊断分析、发动机效率和机动车尾气测量、爆炸检测、大气中痕量污染气体监测等。

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