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2024-01-16 13:42:58

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Winsen

激光氣體分析原理

由于不同分子的能級結(jié)構(gòu)不同，特定的氣體只能吸收特定的一個或者少數(shù)幾個波長的光子，形成了氣體的吸收線。每種分子的吸收線也稱為氣體分子指紋，把各種氣體的氣體吸收線放在同一波長坐標(biāo)中，就構(gòu)成了氣體的吸收光譜圖。

當(dāng)特定波長的紅外光，例如單一波長的激光通過氣體，如果氣體中存在與之對應(yīng)的氣體，則光能就被吸收，在輸出端可以檢測到光強的衰減，對應(yīng)的氣體濃度越大衰減就越強，由此我們可以探測到該種氣體的存在以及濃度。

可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜（TDLAS）技術(shù)就是根據(jù)氣體的選擇吸收性，來進行氣體濃度測量的氣體分析技術(shù)。

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激光氣體分析核心部件

激光氣體分析主要部件也包括光源、氣室、檢測器、控制檢測電路等幾個部分。

（1）激光光源

激光光源根據(jù)原理分主要有DFB、VCSEL、FP等幾種；按照波長分為近紅外和中遠(yuǎn)紅外激光器；按照是否內(nèi)置TEC分為內(nèi)置TEC和無內(nèi)置TEC兩種；按照封裝可分為TO封裝和蝶形封裝等。一般蝶形封裝都內(nèi)置了TEC和熱敏電阻。

激光器的所有參數(shù)中波長是Z重要的一個，波長決定了可以檢測什么氣體以及吸收強度有多大，同時波長也是激光器價格的決定因素。

采用1653.7nm的DFB激光器，具有穩(wěn)定性好，單模輸出性良好，調(diào)節(jié)精度高，不受電磁干擾，耐高溫等優(yōu)點。

（2）氣室

由于激光擁有很高的調(diào)制頻率，同時激光芯片作為近似的點光源，可以實現(xiàn)高度平行的平行光束，因此激光氣體分析可以實現(xiàn)開放光路和氣體流通池兩種方式，具體分類如圖所示。

采用開放式對射光路結(jié)構(gòu)，無需采樣氣室，激光器發(fā)出的激光直接穿過待測區(qū)域完成檢測，加上精準(zhǔn)的算法，傳感器響應(yīng)時間可做到10s以內(nèi)。

（3）檢測器

檢測器Z常見的主要有硅光電池、銦鎵砷光電二極管、鍺光電二極管等，硅光電池主要在近紅外區(qū)有較強響應(yīng)，銦鎵砷和光電二極管可在中紅外有較強的響應(yīng)。

傳感器采用光電二極管檢測器，針對甲烷 (CH4) 檢測（1653nm）進行了優(yōu)化，提高了在低溫環(huán)境中的響應(yīng)度。

MH-Z9041A 激光甲烷氣體傳感器是一個家用型甲烷傳感器，基于TDLAS技術(shù)對甲烷氣體進行檢測，具有優(yōu)異的氣體選擇性、無氧氣依賴性、抗水汽、抗中毒、壽命長等特點。傳感器核心器件自主研發(fā)、性能穩(wěn)定，內(nèi)置了控溫算法、溫度補償算法，實現(xiàn)對甲烷氣體的測量，是一款將成熟的激光氣體吸收檢測技術(shù)與穩(wěn)定光路設(shè)計和電路設(shè)計緊密結(jié)合而制作出的高性能傳感器。

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