激光分析仪技术原理

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,Copyright 2005 FPI inc, all right,*,单击此处编辑母版标题样式,DLAS,技术原理培训,市场部,-,许鹏,产品基本情况,Copyright 2005 FPI inc, all right,2,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,3,吸收光谱技术,E,1,E,2,光子,能级跃迁,能级的概念,E2 - E1,=,h,n,分子能量表现,旋转,振动,电子跃迁,Copyright 2005 FPI inc, all right,4,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, all right,5,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,6,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,7,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,8,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,9,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,10,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,11,原位分析,L,发射单元,接收单元,过程气体,中央分析仪器元,半导体激光,驱动电路,数据分析,及控制,数据采集,Copyright 2005 FPI inc, all right,12,原位分析,VS,采样分析,采样分析,获得样本 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,13,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,14,“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 inc, all right,15,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,16,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,17,技术比较,-,传统光谱技术,指标,LGA-2000,激光现场在线气体分析仪,传统光谱在线气体分析仪,预处理系统,不需要,必需,测量方式,现场、连续、实时测量,采样预处理后间断测量,气体环境,高温、高粉尘、高水分、高流速、强腐蚀等恶劣环境适应能力强,只能测量恒温、恒压、恒流、干燥及无粉尘的气体,响应速度,快：仅取决于仪表响应时间，,20,秒,准确性,实地测量，气体信息不失真；测量值为气体线平均浓度；不受背景气体、粉尘及气体参数影响,溶解吸附泄漏导致气体信息失真；测量值为探头位置局部浓度；背景气体、粉尘及气体参数影响测量的准确性,连续性,连续测量,间断测量：反吹时无法测量,可靠性,无运动部件，可靠性高,较多运动部件，可靠性低,介质干扰,不受背景气体交叉干扰；自动修正粉尘及光学视窗污染干扰,受背景气体的交叉干扰，无法定量修正粉尘及光学视窗污染干扰,尾气排放,无，安全无污染,有，危险有污染,标定维护,标定：,2,次,/,年；,维护：,（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,19,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,H20,近红外,Copyright 2005 FPI inc, all right,20,DLAS,技术难点,激光器和谱线的选择；,温度，压力展宽的补偿；,弱信号检测技术（吸收率探测下限）,不同应用工况的解决方案；,Copyright 2005 FPI inc, all right,21,