激光气体分析仪

1.调制光谱检测技术

调制光谱检测技术是一种被最广泛应用的可以获得较高检测灵敏度的TDLAS技术。它通过快速调制激光频率使其扫过被测气体吸收谱线的定频率范围，然后采用相敏检测技术测量 被气体吸收后透射谱线中的谐波分量来分析气体的吸收情况。调制类方案有外调制和内调制两种，外调制方案通过在半导体激光器外使用电光调制器等来实现激光频率的调制，内调制方案则通过直接改变半导体激光器的注入工作电流来实现激光频率的调制。由于使用的方便性，内调制方案得到更为广泛的应用，下面简单描述其测量原理。

在激光频率扫描过气体吸收谱线的同时，以一较高频率正弦调制激光工作电流来调制激光频率，瞬时激光频率可表示为式中，(t)表示激光频率的低频扫描;a是正弦调制产生的频率变化幅度;w为正弦调制频率。透射光强可以被表达为下述Fourier级数的形式。

谐波分量可以使用相敏探测器(PSD)来检测。调制光谱技术通过高频调制来显著降低激光光器噪声(1/f噪声)对测量的影响，同时可以通过给PSD设置较大的时间常数来获得很窄带宽的带通滤波器，从而有效压缩噪声带宽。因此，调制光谱技术可以获得较好的检测灵敏度。

3.技术特点和优势(1)不受背景气体的影响

(2)不受粉尘与视窗污染的影响

(3)自动修正温度，压力对测量的影响

激光气体在线分析仪用来进行连续工业过程和气体排放测量，适合于恶劣工业环境应用，如钢铁各种燃炉、铝业和有色金属、化工、石化、水泥、发电和垃圾焚烧等。

特征

高分辨率(激光扫描频率是传统激光分析仪的几倍)

模块化设计，可现场模块化替换，快速维护和维修

高光穿透能力，适合于高粉尘阻挡环境应用

专利性航空动力学原理插入管，适合于特高粉尘阻挡环境应用

无交叉干扰

无需采样，现场在线直接测量

快速测量(响应时间可低于1秒)

结构紧凑、坚固耐用

根据应用要求不同，主要有以下几种组态型号:

原位型

激光原位测量，响应速度快，测量精度高

集成式正压防爆设计，安全可靠

模块化设计，可现场更换所有功能模块，维护方便

智能化程度高、操作方便

旁路型 激光旁路测量，测量精度高，抗干扰能力强

光学非接触测量，可直接测量高温、强腐蚀性气体

旁路处理装置简单、可靠，可直接安装在过程管道处

全系统防爆，支持气体温度、压力自动补偿

分布型

分布式激光测量，支持八个测量通道，高性价比

测量通道独立激光测量模块，可靠性高

网络化集中显示和控制，监控方便

测量气体成分和探测极限

管道式测量

远程式测量

采样式测量

管道式测量

远程式测量

采样式测量

具有以下几点特点:

1、直接安装

2、无防爆问题

3、光纤分布，分体式连接

4、真正的多点同时监测

5、极宽的检测范围，从PPB到%的浓度范围都可以分析

6、无气体交叉干扰，超强的抗干扰能力

7、无需用户后期标定

8、快速的响应时间。

1.朗伯-比尔定律

因此，TDLAS技术是一种高分辨率的光谱吸收技术，半导体激光穿过被测气体的光强衰减可用朗伯-比尔(Lambert-Beer)定律表述式中，IV，0和IV 分别表示频率V的激光入射时和经过压力P，浓度X和光程L的气体后的光强;S(T)表示气体吸收谱线的强度;线性函数g(v-v0)表征该吸收谱线的形状。通常情况下气体的吸收较小，可用式(4-2)来近似表达气体的吸收。这些关系式表明气体浓度越高，对光的衰减也越大。因此，可通过测量气体对激光的衰减来测量气体的浓度。

2.光谱线的线强

气体分子的吸收总是和分子内部从低能态到高能态的能级跃迁相联系的。线强S(T)反映了跃迁过程中受激吸收、受激辐射和自发辐射之间强度的净效果，是吸收光谱谱线最基本的属性，由能级间跃迁概率经及处于上下能级的分子数目决定。分子在不同能级之间的分布受温度的影响，因此光谱线的线强也与温度相关。如果知道参考线强S(T0)，其他温度下的线强可以由下式求出式中，Q(T)为分子的配分函数;h为普朗克常数;c为光速;k为波尔兹曼常数;En为下能级能量。各种气体的吸收谱线的线强S(T0)可以查阅相关的光谱数据库。