В системах обнаружения газа TDLAS основным источником света служит лазер DFB (распределенная обратная связь). DFB-лазеры характеризуются узкой шириной линии, выходной мощностью в одной продольной моде, высокой стабильностью длины волны и точной настройкой. Длина волны их излучения может быть точно согласована с линией поглощения целевого газа и точно настроена с помощью температуры или тока возбуждения, чтобы обеспечить сканирование и обнаружение пика поглощения, что делает их идеальным выбором для мониторинга промышленных газов, анализа окружающей среды и научных исследований.
(1) DFB-лазер излучает когерентный одномодовый лазерный луч с длиной волны, настроенной на линию поглощения целевого газа.
(2) Лазерный луч проходит через газовую ячейку, содержащую измеряемый образец.
(3) Газ поглощает часть лазерного света на своей характерной длине волны, а оставшийся свет передается.
(4) Фотодетектор улавливает проходящий или отраженный свет, преобразуя его в электрический сигнал.
(5) Система анализирует сигнал, используя алгоритмы обнаружения синхронизации, демодуляции или преобразования Фурье, для расчета концентрации газа в соответствии с законом Бера-Ламберта.
|
Компонент |
Описание функции |
|
DFB-лазер |
Обеспечивает одномодовый лазерный источник с узкой шириной линии. Длина волны его излучения настраивается с помощью контроля температуры для сканирования характеристической линии поглощения целевого газа, а ток инжекции модулируется на высокой частоте для измерений спектроскопией модуляции длины волны (WMS). |
|
Газовая камера |
Герметичная камера, содержащая целевой газ и обеспечивающая определенную длину оптического пути для измерения поглощения. Дополнительные модули контроля температуры и давления повышают стабильность измерений и уменьшают ошибки, вызванные изменениями окружающей среды. |
|
Фотодетектор (ФД) |
Преобразует оптический сигнал после взаимодействия с газом в электрический сигнал для последующего усиления, демодуляции и анализа концентрации. |
|
Сплиттер луча/оптоволоконный соединитель |
Делитель луча подходит для оптической системы в свободном пространстве, а оптоволоконный соединитель подходит для полностью оптоволоконной системы. Он разделяет лазер на опорный и измерительный пути. Опорный сигнал используется для компенсации флуктуаций мощности лазера и повышения точности измерений (опция). |
|
Система обработки сигналов |
Усиливает слабые сигналы фотодетекторов и выполняет демодуляцию спектроскопии с модуляцией длины волны (WMS), включая извлечение гармоник 1f/2f, для получения информации о поглощении газа и определения концентрации газа. |
|
Компьютер/Система управления |
Обеспечивает управление системой, настройку параметров, сбор данных, обработку сигналов, расчет концентрации, хранение данных и визуализацию результатов измерений в реальном времени. |
Лазерный диод-бабочка DFB, 760 нм, 10 мВт
Лазерный диод-бабочка DFB, 1392 нм, 10 мВт
Волоконный лазер 1683 нм, 10 мВт
Мощный лазер-бабочка DFB с длиной волны 1653,7 нм и мощностью 40 мВт.
Лазерный диод с оптоволокном DFB 1651 нм
Лазерный диод DFB BTF 1625 нм
Лазерный диод-бабочка DFB 1567 нм
Лазерный диод DFB SM PM 1580 нм
Вопрос 1: Какая длина волны DFB-лазера обычно используется в TDLAS?
А1:
|
|
Газ |
Длина волны (нм) |
|
1 |
СО2 |
1572.45 |
|
2 |
О2 |
760 |
|
3 |
CH4 |
1653 |
|
4 |
Н2О |
1392/2257 |
|
5 |
СО |
1566 |
|
6 |
NH3 |
1512.2 |
|
7 |
SO2 |
7160 |
|
8 |
НЕТ |
1800/2650 |
|
9 |
H2S |
1574,5/1590 |
|
10 |
C3H8 |
3370 |
|
11 |
SF6 |
1576.3 |
|
12 |
C2H2 |
1531.64/1521 |
|
13 |
C2H4 |
1625.9 |
|
14 |
C2H6 |
1683.1 |
|
15 |
HCI |
1742 |
|
16 |
ВЧ |
1278/1273 |
|
17 |
HCN |
1540 |
В2: Требуется ли для лазера DFB изолятор?
A2: Оптические изоляторы рекомендуются в оптоволоконных системах TDLAS или в конфигурациях со значительным оптическим обратным отражением. Они также могут быть полезны в установках в свободном пространстве, где существуют остаточные отражения. Изолятор подавляет оптическую обратную связь, предотвращая скачкообразную перестройку мод, нестабильность частоты и колебания выходной мощности, тем самым обеспечивая стабильную работу одномодового лазера и улучшенную стабильность базовой линии измерений.
Вопрос 3: Почему лазер DFB является предпочтительным источником света для TDLAS, а не лазера FP или VCSEL?
A3: DFB-лазеры со встроенными брэгговскими решетками обеспечивают стабильное одночастотное излучение с узкой шириной линии с высоким SMSR (>35 дБ) и настройкой без скачков мод. Для сравнения, лазеры FP демонстрируют излучение с несколькими продольными модами и ограниченную стабильность длины волны, в то время как лазеры VCSEL обычно предлагают ограниченный диапазон настройки, который может не полностью охватывать необходимые характеристики поглощения. Превосходная спектральная чистота и стабильность настройки DFB-лазеров значительно улучшают соотношение сигнал/шум при обнаружении гармоник, что делает их предпочтительным источником света для высокоточного измерения газа WMS-TDLAS (1f/2f).
Вопрос 4: Какие варианты комплектации доступны для лазеров TDLAS DFB?
A4: Два основных пакета:
①14-контактный корпус Butterfly: объединяет терморезистор, NTC-термистор и фотодиод монитора с дополнительным оптическим изолятором. Он широко используется в высокоточных оптоволоконных системах TDLAS, требующих точной стабилизации температуры и мощности.
②TO-can (TO5/TO46): компактное решение, предназначенное для конфигураций вывода в свободном пространстве или с коллимацией. Обычно в нем отсутствует встроенное управление TEC, и может потребоваться внешняя стабилизация температуры. Он подходит для экономичных и миниатюрных систем измерения газа с открытым трактом.
-
