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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(shí)間:2024-05-28      點(diǎn)擊次數:138

          半空間對穿反射式碳排放監測系統 - 筱曉小課堂

          TDLAS技術(shù)是Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy(可調諧激光二極管光譜吸收)的簡(jiǎn)稱(chēng)。

          TDLAS技術(shù)的理論基礎是比爾-朗伯定律,一束激光穿過(guò)被測氣體時(shí),當激光器的波長(cháng)在被測氣體某個(gè)吸收譜線(xiàn)位置時(shí),氣體分子會(huì )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(shù)利用了可調諧半導體激光器的窄線(xiàn)寬和輸出波長(cháng)隨電流和溫度變化的特性,對氣體分子某幾個(gè)吸收峰進(jìn)行掃描。該技術(shù)中采用的半導體激光光源,其譜寬遠小于氣體吸收譜線(xiàn)的展寬,因此TDLAS技術(shù)是一種高分辨率吸收光譜技術(shù)。


          CO2在2004nm位置附近有一組密集的吸收峰。因此,本次實(shí)驗選用的光源為2004 nm DFB激光器,用來(lái)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(jīng)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(diǎn)上,將光電探測器放置于焦點(diǎn)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(shí)驗使用2004nmDFB激光器的溫度—電流—波長(cháng)調諧曲線(xiàn)為:


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

          LD電流大小從Start點(diǎn)掃描到End點(diǎn)。在掃描過(guò)程中,當激光器輸出波長(cháng)在掃描過(guò)程中經(jīng)過(guò)CO2吸收峰位置時(shí),就會(huì )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(gè)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(guò)慢慢調整溫控和掃描的電流范圍來(lái)尋找吸收峰,示波器上觀(guān)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(fā)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(guān)察解調后的二次諧波。



          本次實(shí)驗選用了反射式準直器和拋物面鏡。拋物線(xiàn)具有一條重要性質(zhì):位于拋物線(xiàn)焦點(diǎn)處點(diǎn)光源發(fā)出的光經(jīng)拋物線(xiàn)反射,反射光線(xiàn)平行于拋物線(xiàn)的對稱(chēng)軸。將光纖接入反射式準直器后,光線(xiàn)從焦點(diǎn)處射向拋物面,出射光為平行光。得益于拋物線(xiàn)優(yōu)良的光學(xué)性質(zhì),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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