基于TDLAS的痕量气体浓度检测系统设计文献综述
2020-05-26 20:41:16
文 献 综 述 1. 气体检测应用现状与发展趋势 随着我国工业的迅速发展,由于大量燃烧煤炭[1]、石油所产生的化学物质以废气烟尘等形式排放到大气中,给人们的生活、生产和身体健康带来有害影响,开展对环境空气中的痕量污染气体的监测研究具有迫切意义。
在大气污染检测领域,传统的方法是采用化学方法,这些方法的采样时间长,且测量结果容易受其它气体干扰[2],然而光谱学方法尤其是可调谐二极管激光吸收光谱术(TDLAS)具有速度快、高灵敏度、高选择性等优势。
研究基于近红外可调谐二极管激光器的激光吸收光谱技术用于对痕量污染气体检测具有重要的意义。
2. TDLAS技术的介绍以及应用 可调谐激光二极管吸收光谱学技术简称 TDLAS(Tunable diode laser absorption spectroscopy)技术,是以 Beer-Lambert定律为基础[3],因为激光的单色性好,光功率谱密度很高,TDLAS 技术采用的光源是可调谐二极管激光光源,具有很好的可调谐特性。
利用该技术的可调谐半导体激光器发出单一窄带的激光频率扫描某一条气体吸收线,激光器发出光波的频率与其注入的驱动电流成正比。
将激光器发出的激光频率(或波长)稳定在被测气体的吸收峰后,通过改变注入电流实现电流调谐频率使其逐渐扫描过气体的吸收峰。
气体对其进行”选频”吸收后,光强会相应地衰减,在探测器接收端分析衰减量,得到气体浓度。
通常所说的红外吸收光谱一般是研究分子的振动光谱与转动光谱的,事实上几乎所有物质在其范围内都有其独特的吸收光谱特征,这好比人的指纹。
其中,中红外包含了大量气体分子的基频吸收带[4],其谱线强度大,并且谱线数目多,是实现低浓度测量的理想波段。
TDLAS 开始于二十世纪六十年代中期,特别是随着铅盐可调谐二极管激光器的出现,使利用可调谐激光源来得到高分辨率的红外吸收光谱成为了可能。