TDLAS-i gaasiandurisüsteemides toimib põhivalgusallikana DFB (hajutatud tagasiside) laser. DFB lasereid iseloomustavad kitsad joonelaiused, ühe pikisuunalise režiimi väljund, kõrge lainepikkuse stabiilsus ja täpne häälestatavus. Nende emissiooni lainepikkust saab täpselt sobitada sihtgaasi neeldumisjoonega ja peenhäälestada temperatuuri või ajamivoolu abil, et võimaldada skaneerimist ja tuvastamist kogu neeldumispiigi ulatuses, muutes need ideaalseks valikuks tööstusliku gaasi seireks, keskkonnaanalüüsiks ja teadusuuringuteks.
(1) DFB-laser kiirgab koherentset ühemoodilist laserkiirt, mille lainepikkus on häälestatud sihtgaasi neeldumisjoonele.
(2) Laserikiir läbib mõõdetavat proovi sisaldavat gaasielementi.
(3) Gaas neelab osa laservalgusest sellele iseloomulikul lainepikkusel, ülejäänud valgus aga edastatakse.
(4) Fotodetektor jäädvustab läbiva või peegeldunud valguse, muutes selle elektrisignaaliks.
(5) Süsteem analüüsib signaali lukustuse tuvastamise, demodulatsiooni või Fourier' teisendusalgoritmide abil, et arvutada gaasi kontsentratsioon vastavalt Beer-Lamberti seadusele.
|
Komponent |
Funktsiooni kirjeldus |
|
DFB laser |
Toidab kitsa joonelaiusega ühemoodilist laserallikat. Selle emissiooni lainepikkust häälestatakse temperatuuri juhtimisega, et skaneerida üle sihtgaasi iseloomuliku neeldumisjoone, samal ajal kui sissepritsevoolu moduleeritakse kõrge sagedusega lainepikkuse modulatsioonispektroskoopia (WMS) mõõtmiseks. |
|
Gaasielement |
Suletud kamber, mis sisaldab sihtgaasi ja tagab neeldumise mõõtmiseks kindlaksmääratud optilise tee pikkuse. Valikulised temperatuuri ja rõhu juhtimismoodulid parandavad mõõtmise stabiilsust ja vähendavad keskkonnamuutustest põhjustatud vigu. |
|
Fotodetektor (PD) |
Teisendab optilise signaali pärast interaktsiooni gaasiga elektrisignaaliks järgnevaks võimendamiseks, demoduleerimiseks ja kontsentratsiooni analüüsiks. |
|
Kiire jaotur/optiline kiudühendus |
Kiirjaotur sobib vaba ruumi optilise süsteemiga, samas kui kiudliides sobib ainult kiudoptilise seadistusega. See jagab laseri võrdlus- ja mõõtmisteeks. Võrdlussignaali kasutatakse laseri võimsuse kõikumiste kompenseerimiseks ja mõõtmistäpsuse parandamiseks (valikuline). |
|
Signaalitöötlussüsteem |
Võimendab nõrku fotodetektori signaale ja teostab lainepikkuse modulatsiooni spektroskoopia (WMS) demodulatsiooni, sealhulgas 1f/2f harmooniliste ekstraheerimist, et saada teavet gaasi neeldumise kohta ja määrata gaasi kontsentratsioon. |
|
Arvuti/juhtimissüsteem |
Pakub süsteemi juhtimist, parameetrite seadistamist, andmete hankimist, signaalide töötlemist, kontsentratsiooni arvutamist, andmete salvestamist ja mõõtmistulemuste reaalajas visualiseerimist. |
760nm 10mW DFB Butterfly laserdiood
1392nm 10mW DFB Butterfly laserdiood
1683nm 10mW kiudühendusega laser
Suure võimsusega 1653,7 nm 40 mW DFB Butterfly Laser
1651 nm DFB fiibersidestatud laserdiood
1625 nm DFB BTF laserdiood
1567nm DFB liblikaserdiood
1580 nm DFB SM PM laserdiood
K1: Millist lainepikkust DFB laserit TDLAS-is tavaliselt kasutatakse?
A1:
|
|
Gaas |
Lainepikkus (nm) |
|
1 |
CO2 |
1572.45 |
|
2 |
O2 |
760 |
|
3 |
CH4 |
1653 |
|
4 |
N2O |
1392/2257 |
|
5 |
CO |
1566 |
|
6 |
NH3 |
1512.2 |
|
7 |
SO2 |
7160 |
|
8 |
EI |
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 |
HF |
1278/1273 |
|
17 |
HCN |
1540 |
Q2: Kas DFB laser vajab isolaatorit?
A2: Optilisi isolaatoreid soovitatakse kasutada fiiberpõhistes TDLAS-süsteemides või konfiguratsioonides, millel on märkimisväärne optiline tagasipeegeldus. Need võivad olla kasulikud ka vaba ruumi seadistustes, kus esineb jääkpeegeldusi. Isolaator pärsib optilist tagasisidet, vältides režiimide hüppamist, sageduse ebastabiilsust ja väljundvõimsuse kõikumisi, tagades seeläbi stabiilse üherežiimilise laseri töö ja parema mõõtmise baasjoone stabiilsuse.
3. küsimus: Miks on DFB laser TDLAS-i jaoks eelistatud valgusallikas FP või VCSEL laseri asemel?
A3: DFB laserid, integreeritud Braggi võred pakuvad stabiilset ühesageduslikku kitsa joonelaiusega kiirgust kõrge SMSR-iga (>35 dB) ja režiimihüppevaba häälestusega. Võrdluseks, FP laseritel on mitme pikisuunalise režiimi emissioon ja piiratud lainepikkuse stabiilsus, samas kui VCSEL-id pakuvad tavaliselt piiratud häälestusvahemikku, mis ei pruugi nõutavaid neeldumisomadusi täielikult katta. DFB laserite ülim spektraalne puhtus ja häälestamise stabiilsus parandavad märkimisväärselt harmoonilise tuvastamise SNR-i, muutes need eelistatud valgusallikaks ülitäpse WMS-TDLAS (1f/2f) gaasituvastuse jaoks.
Q4: Millised paketivalikud on saadaval TDLAS DFB laserite jaoks?
A4: kaks tavalist paketti:
①14 kontaktiga Butterfly pakett: integreerib TEC, NTC termistori ja monitori fotodioodi koos valikulise optilise isolaatoriga. Seda kasutatakse laialdaselt ülitäpsetes kiudühendusega TDLAS-süsteemides, mis nõuavad täpset temperatuuri ja võimsuse stabiliseerimist.
②TO-can (TO5/TO46): kompaktne lahendus, mis on loodud vaba ruumi või kollimeeritud väljundkonfiguratsioonide jaoks. Tavaliselt puudub sellel integreeritud TEC-juhtimine ja see võib vajada välist temperatuuri stabiliseerimist. See sobib kulutundlikele ja miniatuursetele avatud gaasianduri rakendustele.
-
