激光氣體分析儀的測量技術、特點和行業(yè)應用

激光氣體分析儀特點　　具有以下幾點特點： 　　1、直接安裝 　　2、無防爆問題 　　3、光纖分布，分體式連接 　　4、真正的多點同時監(jiān)測 　　5、極寬的檢測范圍，從PPM到%的濃度范圍都可以分析 　　6、無氣體交叉干擾，*的抗干擾能力 　　7、無需用戶后期標定 　　8、快速的響應時間。

1.朗伯-比爾定律 　　DLAS技術本質(zhì)上是一種光譜吸收技術，通過分析激光被氣體的選擇性吸收來獲得氣體的濃度。它與傳統(tǒng)紅外光譜吸收技術的不同之處在于，半導體激光光譜寬度遠小于氣體吸收譜線的展寬。因此，DLAS技術是一種高分辨率的光譜吸收技術，半導體激光穿過被測氣體的光強衰減可用朗伯-比爾（Lambert-Beer）定律表述式中，IV，0和IV 分別表示頻率V的激光入射時和經(jīng)過壓力P，濃度X和光程L的氣體后的光強；S（T）表示氣體吸收譜線的強度；線性函數(shù)g（v-v0）表征該吸收譜線的形狀。通常情況下氣體的吸收較小，可用式（4-2）來近似表達氣體的吸收。這些關系式表明氣體濃度越高，對光的衰減也越大。因此，可通過測量氣體對激光的衰減來測量氣體的濃度。 　　2.光譜線的線強 　　氣體分子的吸收總是和分子內(nèi)部從低能態(tài)到高能態(tài)的能級躍遷相聯(lián)系的。線強S（T）反映了躍遷過程中受激吸收、受激輻射和自發(fā)輻射之間強度的凈效果，是吸收光譜譜線基本的屬性，由能級間躍遷概率經(jīng)及處于上下能級的分子數(shù)目決定。分子在不同能級之間的分布受溫度的影響，因此光譜線的線強也與溫度相關。如果知道參考線強S（T0），其他溫度下的線強可以由下式求出式中，Q（T）為分子的配分函數(shù)；h為普朗克常數(shù)；c為光速；k為波爾茲曼常數(shù)；En為下能級能量。各種氣體的吸收譜線的線強S（T0）可以查閱相關的光譜數(shù)據(jù)庫。

二、測量技術和特點

　　1.調(diào)制光譜檢測技術 　　調(diào)制光譜檢測技術是一種被廣泛應用的可以獲得較高檢測靈敏度的DLAS技術。它通過快速調(diào)制激光頻率使其掃過被測氣體吸收譜線的定頻率范圍，然后采用相敏檢測技術測量被氣體吸收后透射譜線中的諧波分量來分析氣體的吸收情況。調(diào)制類方案有外調(diào)制和內(nèi)調(diào)制兩種，外調(diào)制方案通過在半導體激光器外使用電光調(diào)制器等來實現(xiàn)激光頻率的調(diào)制，內(nèi)調(diào)制方案則通過直接改變半導體激光器的注入工作電流來實現(xiàn)激光頻率的調(diào)制。由于使用的方便性，內(nèi)調(diào)制方案得到更為廣泛的應用，下面簡單描述其測量原理。 　　在激光頻率掃描過氣體吸收譜線的同時，以一較高頻率正弦調(diào)制激光工作電流來調(diào)制激光頻率，瞬時激光頻率可表示為式中，（t）表示激光頻率的低頻掃描；a是正弦調(diào)制產(chǎn)生的頻率變化幅度；w為正弦調(diào)制頻率。透射光強可以被表達為下述Fourier級數(shù)的形式。 　　諧波分量可以使用相敏探測器（PSD）來檢測。調(diào)制光譜技術通過高頻調(diào)制來顯著降低激光光器噪聲（1/f噪聲）對測量的影響，同時可以通過給PSD設置較大的時間常數(shù)來獲得很窄帶寬的帶通濾波器，從而有效壓縮噪聲帶寬。因此，調(diào)制光譜技術可以獲得較好的檢測靈敏度。 　　3.技術特點和優(yōu)勢（1）不受背景氣體的影響 　　（2）不受粉塵與視窗污染的影響 　?。?）自動修正溫度，壓力對測量的影響 　　激光氣體在線分析儀用來進行連續(xù)工業(yè)過程和氣體排放測量，適合于惡劣工業(yè)環(huán)境應用，如鋼鐵各種燃爐、鋁業(yè)和有色金屬、化工、石化、水泥、發(fā)電和垃圾焚燒等。 　　特征　 　　高分辨率（激光掃描頻率是傳統(tǒng)激光分析儀的幾倍） 　　模塊化設計，可現(xiàn)場模塊化替換，快速維護和維修 　　高光穿透能力，適合于高粉塵阻擋環(huán)境應用 　　專業(yè)性航空動力學原理插入管，適合于特高粉塵阻擋環(huán)境應用 　　無交叉干擾 　　無需采樣，現(xiàn)場在線直接測量 　　快速測量（響應時間可低于1秒） 　　結(jié)構(gòu)緊湊、堅固耐用 　　根據(jù)應用要求不同，主要有以下幾種組態(tài)型號： 　　原位型 　　激光原位測量，響應速度快，測量精度高 　　集成式正壓防爆設計，安全可靠 　　模塊化設計，可現(xiàn)場更換所有功能模塊，維護方便 　　智能化程度高、操作方便 　　旁路型

對穿式探頭

激光旁路測量，測量精度高，抗干擾能力強 　　光學非接觸測量，可直接測量高溫、強腐蝕性氣體 　　旁路處理裝置簡單、可靠，可直接安裝在過程管道處 　　全系統(tǒng)防爆，支持氣體溫度、壓力自動補償 　　分布型 　　分布式激光測量，支持八個測量通道，高性價比 　　測量通道獨立激光測量模塊，可靠性高 　　網(wǎng)絡化集中顯示和控制，監(jiān)控方便 　　測量氣體成分和探測極限 　　管道式測量 　　遠程式測量 　　采樣式測量 　　管道式測量 　　遠程式測量 　　采樣式測量

三、行業(yè)應用