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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