TDLAS气体检测技术原理
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TDLAS气体检测技术原理


TDLASTunable Diode Laser Absorption Spectorscopy)气体检测原理如下图所示:

LD 出光通过气体腔,用 PD LD 的光功率进行接收。

当改变 LD 驱动电流是,输出光功率将会随之改变,出光波长也会有所改变。我们可以推导出输出光功率和出光波长的变化关系,见下图:


如果在波长扫频的范围内,没有出现气体吸收线,那么 PD 接收的光功率和 LD 输出的光功率应该是一样的。但是,当我们在波长范围内发现吸收线是,在光功率测试时会有凹陷,查看下图。通过凹陷处的波长和深度,可以判断该气体的种类和强度。这个是气体探测的基本原理。

除了改变驱动电流之外,我们也可以通过改变激光器的工作温度,来达到波长扫描的目的。但是用改变工作温度的方式,比较慢,一般需要几秒钟,所以,通常情况下,我们先会用改变工作温度的方法调节波长的大致范围(包含相关气体的吸收线),然后通过改变驱动电流的方法来进行精确的调节,改变电流的扫描速度一般在 10Hz 10KHz

为了提高气体吸收的高灵敏度,我们需要增长气体腔的长度,但是这将会使设备变得更加庞大,为了解决这个体积问题,我们可以在气体腔体两端加上特殊的镜片(低损耗的反射镜),他可以将激光器的出光在气体腔内来回的反射,这样光通过气体的距离就变长了,可以提高测试的高灵敏度,就算是很微弱的吸收线也可以完成良好的测试,原理查看下图:

MP-TDLAS(Multi-pass Tunable Diode Laser Absorption Spectorscopy)原理:

假设,我们的发射光为脉冲光,进入气体腔之后,当打开激光的时候,输入光在反射镜上来回反射,有些光会被 PD 探测到;当关掉激光,PD 探测到的光功率随时间下降的很慢。假设,相关气体存在于气体腔内,将会对光功率进行吸收,那么光功率会下降的非常快。气体吸收越强,光功率下降就会加速,从此可以推断气体的浓度。因为反射镜使光程达到了数公里,使得该方法是最灵敏的方法。原理图如下:CRDSCavity Ring-Down Spectroscopy)原理:

因为光要在气体腔内来回振荡,所以需要 LD 的线宽尽可能的窄

气体敏感波长如下:

 

这些是基本原理,在实际操作中会复杂很多。下面是操作结构图之一:

 

注:每个客户都有自己的实验原理,该原理图只是一种做法,不能代表所有。

针对该结构图,亢特主要可以提供:激光器、激光器驱动、长光程气体吸收池、探测器和锁相放大器。

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