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半空間對穿反射式碳排放監測系統 - 筱曉小課堂

更新時間:2023-05-28      點擊次數:239

半空間對穿反射式碳排放監測系統 - 筱曉小課堂

TDLAS技術是Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy(可調諧激光二極管光譜吸收)的簡稱。

TDLAS技術的理論基礎是比爾-朗伯定律,一束激光穿過被測氣體時,當激光器的波長在被測氣體某個吸收譜線位置時,氣體分子會吸收光子而躍遷到高能級,表現為氣體吸收了激光,使得激光在功率上有所衰減。

TDLAS技術利用了可調諧半導體激光器的窄線寬和輸出波長隨電流和溫度變化的特性,對氣體分子某幾個吸收峰進行掃描。該技術中采用的半導體激光光源,其譜寬遠小于氣體吸收譜線的展寬,因此TDLAS技術是一種高分辨率吸收光譜技術。


CO2在2004nm位置附近有一組密集的吸收峰。因此,本次實驗選用的光源為2004 nm DFB激光器,用來掃描CO2的吸收峰。

將激光器安裝于控制盒內,其輸出的尾纖接入到反射式準直器內,準直器出射光經20 m光程后被金鏡反射后原路返回到拋物面鏡上。拋物面鏡將激光聚焦到焦點上,將光電探測器放置于焦點位置處接收光信號。



光電探測器將光信號轉換成電信號輸入給示波器。本次實驗使用2004nmDFB激光器的溫度—電流—波長調諧曲線為:


在恒定的溫度下,輸出波長隨著LD電流的增大而增大;在LD電流確定的情況下,輸出波長隨著溫度的上升而增大。

LD電流大小從Start點掃描到End點。在掃描過程中,當激光器輸出波長在掃描過程中經過CO2吸收峰位置時,就會出現吸收凹陷。

尋找吸收峰之前,先將電流范圍設置的大一些,找到吸收峰以后可以慢慢縮小電流掃描范圍。激光器可調諧溫度范圍為10—50℃。若初始溫度為25℃,可將溫度范圍分為兩個區間:10—25℃、25—50℃。緩慢調整溫度在10—25℃內尋找吸收峰,若未尋找吸收峰,則吸收峰可能在25—50℃內。尋找到吸收峰后,緩慢縮小電流掃描范圍。

通過慢慢調整溫控和掃描的電流范圍來尋找吸收峰,示波器上觀察到鋸齒信號中出現吸收凹陷。找到吸收凹陷后,后續不在調整溫度和電流的掃描范圍。



將光電探測器發出的電信號接入控制盒PREAMP IN接口, DAC OUT和TRIG OUT接入示波器。在信號不失真的前提下,增大正弦波幅值和增益倍數,觀察解調后的二次諧波。



本次實驗選用了反射式準直器和拋物面鏡。拋物線具有一條重要性質:位于拋物線焦點處點光源發出的光經拋物線反射,反射光線平行于拋物線的對稱軸。將光纖接入反射式準直器后,光線從焦點處射向拋物面,出射光為平行光。得益于拋物線優良的光學性質,反射式準直器的工作范圍較廣,拋物面鏡也能很好的將激光匯聚到光電探測器感光區域上。



TDLAS激光氣體分析綜合控制器模塊


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