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半空间对穿反射式碳排放监测系统 - 筱晓小课堂

更新时间:2024-05-28      点击次数:274

半空间对穿反射式碳排放监测系统 - 筱晓小课堂

TDLAS技术是Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy(可调谐激光二极管光谱吸收)的简称。

TDLAS技术的理论基础是比尔-朗伯定律,一束激光穿过被测气体时,当激光器的波长在被测气体某个吸收谱线位置时,气体分子会吸收光子而跃迁到高能级,表现为气体吸收了激光,使得激光在功率上有所衰减。

TDLAS技术利用了可调谐半导体激光器的窄线宽和输出波长随电流和温度变化的特性,对气体分子某几个吸收峰进行扫描。该技术中采用的半导体激光光源,其谱宽远小于气体吸收谱线的展宽,因此TDLAS技术是一种高分辨率吸收光谱技术。


CO2在2004nm位置附近有一组密集的吸收峰。因此,本次实验选用的光源为2004 nm DFB激光器,用来扫描CO2的吸收峰。

将激光器安装于控制盒内,其输出的尾纤接入到反射式准直器内,准直器出射光经20 m光程后被金镜反射后原路返回到抛物面镜上。抛物面镜将激光聚焦到焦点上,将光电探测器放置于焦点位置处接收光信号。



光电探测器将光信号转换成电信号输入给示波器。本次实验使用2004nmDFB激光器的温度—电流—波长调谐曲线为:


在恒定的温度下,输出波长随着LD电流的增大而增大;在LD电流确定的情况下,输出波长随着温度的上升而增大。

LD电流大小从Start点扫描到End点。在扫描过程中,当激光器输出波长在扫描过程中经过CO2吸收峰位置时,就会出现吸收凹陷。

寻找吸收峰之前,先将电流范围设置的大一些,找到吸收峰以后可以慢慢缩小电流扫描范围。激光器可调谐温度范围为10—50℃。若初始温度为25℃,可将温度范围分为两个区间:10—25℃、25—50℃。缓慢调整温度在10—25℃内寻找吸收峰,若未寻找吸收峰,则吸收峰可能在25—50℃内。寻找到吸收峰后,缓慢缩小电流扫描范围。

通过慢慢调整温控和扫描的电流范围来寻找吸收峰,示波器上观察到锯齿信号中出现吸收凹陷。找到吸收凹陷后,后续不在调整温度和电流的扫描范围。



将光电探测器发出的电信号接入控制盒PREAMP IN接口, DAC OUT和TRIG OUT接入示波器。在信号不失真的前提下,增大正弦波幅值和增益倍数,观察解调后的二次谐波。



本次实验选用了反射式准直器和抛物面镜。抛物线具有一条重要性质:位于抛物线焦点处点光源发出的光经抛物线反射,反射光线平行于抛物线的对称轴。将光纤接入反射式准直器后,光线从焦点处射向抛物面,出射光为平行光。得益于抛物线优良的光学性质,反射式准直器的工作范围较广,抛物面镜也能很好的将激光汇聚到光电探测器感光区域上。



TDLAS激光气体分析综合控制器模块


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