Laser SP 氨逃逸应用介绍 Copy.pdfVIP

仕富梅前沿技术透析 可调谐二极管激光光谱： 一种实用的原位测量新技术 文/David Fahle ，仕富梅（美国）公司烃加工行业副总裁； Rhys Jenkins，仕富梅产品经理 前言 由于TDLS 精密可调谐且使用寿命长，二极管激 光系统可以自我运行数千小时。但由于这类激光器在 光学吸收光谱应用于工业气体浓度定量分析的历 近红外（NIR）区域内发光，通常只能检测到分子的弱 史已超过了60 年。虽然传统红外（IR）气体分析仪适 泛频跃迁。这将传统TDLS 局限在中/高ppm 浓度范围 用范围广泛，但由于采用窄波带通滤波器，其光谱分 内的各类气体种类检测，无法满足相对吸收率 10-6 以 辨率和灵敏度易受交叉干扰影响。 下，对应浓度在低ppm 或ppb 范围的测量要求。 可调谐二极管激光光谱（TDLS ）是一种可以替代 调制技术也引进了信号处理来提高检测极限，其 经典红外光谱技术的相对较新方案。作为一种单线“单 中使用最多的技术是波长调制光谱（WMS ）和频率调 色”光谱，TDLS 相对于“多色”红外拥有诸多优势， 制光谱（FMS）。 比如高度稳定的基准测量、更低的其他气体交叉干扰 WMS （又称二次谐波检测或2f ）在更高的千赫频 和连续快速的原位测量。 域内额外引入了一个外部调制波形，叠加在二极管扫 虽然 TDLS 技术在多年前已经提出，但直到光纤 描电流上。它利用锁相放大器来同步检测所得频率调 电信业最初作为光源而开发的二极管激光器问世后才 制吸收，所提取信号约等于线形的二阶导数。从这个 开始投入到连续在线气体分析应用。为了进一步改善 二次谐波线形中可以提取获得线幅和线宽，使得浓度 测量性能，TDLS 往往结合二次谐波（2f ）检测技术一 测量值与线形起伏无关。信号测量值也不受基准偏移 起使用：这一调制过程可以实现更高精度、灵敏度和 和漂移影响，由此降低了潜在的其他气体交叉干扰和 可靠性的气体分子检测，尤其适合气体分子吸收线比 低频噪音，确保更高的测量精度。 干扰成份更弱的低浓度气体测量。这种组合使得 2f TDLS 成为烃类加工业中各种废气监测和过程控制应 用的理想之选。但须从一开始就清醒认识到，TDLS 并 不是解决所有气体分析应用问题的一剂“灵丹妙药”， 它不过是一种针对现有抽气式测量池技术的宝贵补 充。 TDLS 简介 TDLS 是过程控制应用中最常用的基于激光的技 术，由一个可调谐二极管激光光源、准直光学器件、 可光学检测的过程气流、接收光学器件和检测器所组 成。测量原理基于单色单线吸收光谱，其中使用在红 外区域内的激光波长扫过待测气体的所选吸收线。二 极管激光波长通过控制工作温度实现粗调并通过调节 驱动电流来精确定位单吸收线的中心波长来实现精 调，经谨慎选择以避免来自其他背景气体的交叉干扰。 过程中的被测气体分子对发射的红外线有一个吸收， 减少了光电二极管所测得的信号强度，然后由此所产 生的数据用来确定气体浓度。 由此大幅改善气体浓度测量的灵敏度和精度，进 用中的原位跨烟道测量。使用2f 的气体分析仪——比 一步提高检测极限，最高可达 10-5 和 10-6 ，分别对应 如仕富梅SERVOTOUGH 激光仪——能够探测多种气 于ppb 和ppt 的最低检测浓度—— 取决于吸收截面， 体，包括O 、HCl、HF、NH 、CO、CO 、H O、H S、 2 3 2 2 2 对于如CO、CO 、HCL、HF 及NH 之类的分子，典 HCN、NO、N O 及 CH 等，成为极具吸引