激光分析仪技术原理

1、DLAS技术原理培训,市场部-许鹏,Copyright 2005 FPI inc, all right,2,产品基本情况,Copyright 2005 FPI inc, all right,3,吸收光谱技术,吸收光谱技术 半导体激光吸收光谱（DLAS）技术,Copyright 2005 FPI inc, all right,4,吸收光谱技术,能级的概念,E2 - E1 = hn,分子能量表现,旋转,振动,电子跃迁,Copyright 2005 FPI inc, all right,5,分子光谱,每两个能级对应一根吸收谱线 在低分辨率光谱上表现为谱带,Copyright 2005 FPI inc

2、, all right,6,浓度测量公式,透过率曲线,测量基本公式,吸收率absorbance,关键因素F(Absorbance,T,P,L),Copyright 2005 FPI inc, all right,7,公式说明,在波长一定的情况下，S线强由两方面因素决定： 分子跃迁上，下能级的波函数 由分子结构等性质决定 分子的集居（Population) 与温度相关,Copyright 2005 FPI inc, all right,8,公式说明,线 型 函 数 产生原因：测不准原理 影响因素：温度/压力 归一性：面积不变,Copyright 2005 FPI inc, all right,9

3、,DLAS技术,DLASDiode Laser Absorption Spectroscopy 半导体激光吸收光谱 与传统吸收光谱相似，基于受激吸收效应并遵循Beer Lambert公式 采用半导体激光器为光源，并可采用调制吸收光谱技术（TDLAS） 发展历史： 上世纪六十年代，激光器发明 上世纪七、八十年代，激光吸收光谱技术逐步应用于科学实验的精密测量 上世纪九十年代，半导体激光器和光纤元件大规模商用化 上世纪九十年代，欧美国家开始DLAS技术产业化研究,Copyright 2005 FPI inc, all right,10,DLAS技术,使用半导体激光器作为光源 单色性好，即光的波长宽度

4、窄。0.0001nm，传统红外光源一般在20-30nm左右 可调制扫描 绝大部分光属于红外区域， 波长范围750-2000nm左右。,激光波长范围,Copyright 2005 FPI inc, all right,11,小结,基于吸收光谱技术，直接测量的是吸收率 浓度测量值和四个因素相关：吸收率、温度、压力、光程 光源是用半导体激光： 波段窄，可调制 技术上的特点决定了安装测量方式：原位测量,Copyright 2005 FPI inc, all right,12,原位分析,Copyright 2005 FPI inc, all right,13,原位分析 VS 采样分析,采样分析 获得样本

5、 预处理 分析 众多缺点： 系统复杂、故障率高 探头腐蚀、堵塞 长时间滞后 经常性的标定 原位分析 现场直接分析过程气体 针对测量工艺的定制化开发,Copyright 2005 FPI inc, all right,14,原位测量必须解决三个问题,不受背景气体交叉干扰 不受测量现场粉尘等颗粒物干扰 不受气体参数（温度、压力等）变化的影响,Copyright 2005 FPI inc, all right,15,“单线光谱”技术,传统光源波长宽度,激光器波长宽度,单线光谱技术无交叉气体干扰： 激光谱宽非常窄（单色性好） 激光频率扫描范围内只有被测气体吸收谱线,Copyright 2005 FPI

6、 inc, all right,16,调制光谱技术,半导体激光器调制特性 电流波长调谐技术 抗粉尘测量 相敏检测技术 提高探测灵敏度,Copyright 2005 FPI inc, all right,17,环境因素修正,测量气体的温度、压力等环境参数影响气体吸收谱线展宽 通过展宽补偿技术可进行精确补偿： 单线光谱数据 针对测量工艺的展宽补偿,Copyright 2005 FPI inc, all right,18,技术比较-传统光谱技术,Copyright 2005 FPI inc, all right,19,技术比较,与常规的气体检测方法相比 热导式：利用气体（主要是H2）导热特性进行监测 磁氧表：是利用氧顺磁性 氧化锆：利用氧浓度差电池效应；（其他的电化学方法） 气相色谱：利用色谱柱进行分离，进行分析,Copyright 2005 FPI inc, all right,20,半导体激光器,按激光器类型 端面发射激光器（DFB, DBR） 垂直腔表面发射激光器 (VCSEL）,按激光的传输方式 光纤式 非光纤式,按测量气体 测量O2 76X nm 波段（可见光） 测量CO，CO2 15XX nm 波段 测量HCL 17XXnm 波段 测量CH4 16XXnm 波段 测量