A TDLAS gázérzékelő rendszerekben a DFB (Distributed Feedback) lézer szolgál központi fényforrásként. A DFB lézereket szűk vonalszélesség, egy-hosszirányú üzemmódú kimenet, nagy hullámhossz-stabilitás és precíz hangolhatóság jellemzi. Emissziós hullámhosszuk pontosan illeszthető a célgáz abszorpciós vonalához, és finomhangolható a hőmérsékleten vagy a meghajtó áramon keresztül, hogy lehetővé tegye a pásztázást és az abszorpciós csúcson keresztüli detektálást, így ideális választás ipari gázmonitorozáshoz, környezetelemzéshez és tudományos kutatáshoz.
(1) A DFB lézer koherens, egymódusú lézersugarat bocsát ki, amelynek hullámhossza a célgáz abszorpciós vonalára van hangolva.
(2) A lézersugár áthalad a mérendő mintát tartalmazó gázcellán.
(3) A gáz elnyeli a lézerfény egy részét a jellemző hullámhosszon, míg a fennmaradó fényt továbbítja.
(4) A fotodetektor rögzíti a kibocsátott vagy visszavert fényt, és elektromos jellé alakítja át.
(5) A rendszer a jelet bezárás-észlelési, demodulációs vagy Fourier-transzformációs algoritmusok segítségével elemzi a gázkoncentráció kiszámításához a Beer-Lambert törvény szerint.
|
Összetevő |
Funkció leírása |
|
DFB lézer |
Keskeny vonalszélességű, egymódusú lézerforrást biztosít. Az emissziós hullámhosszt hőmérséklet-szabályozással hangolják, hogy a célgáz karakterisztikus abszorpciós vonalán pásztázzon, míg a befecskendezési áramot nagy frekvencián modulálják a hullámhossz-modulációs spektroszkópiás (WMS) mérésekhez. |
|
Gázcella |
Zárt kamra, amely tartalmazza a célgázt, és meghatározott optikai úthosszt biztosít az abszorpcióméréshez. Az opcionális hőmérséklet- és nyomásszabályozó modulok javítják a mérési stabilitást és csökkentik a környezeti változások okozta hibákat. |
|
Fotódetektor (PD) |
A gázzal való kölcsönhatás után az optikai jelet elektromos jellé alakítja át a későbbi erősítéshez, demodulációhoz és koncentráció elemzéshez. |
|
Nyalábelosztó/optikai szál csatoló |
A nyalábelosztó egy szabad terű optikai rendszerhez illeszkedik, míg a szálcsatoló a teljes szálas elrendezéshez. A lézert referencia- és mérési pályákra osztja. A referenciajel a lézerteljesítmény-ingadozások kompenzálására és a mérési pontosság javítására szolgál (opcionális). |
|
Jelfeldolgozó rendszer |
Felerősíti a gyenge fotodetektor jeleket, és hullámhossz-modulációs spektroszkópiai (WMS) demodulációt hajt végre, beleértve az 1f/2f harmonikus extrakciót is, hogy megkapja a gázelnyelési információkat és meghatározza a gázkoncentrációt. |
|
Számítógép/vezérlő rendszer |
Rendszervezérlést, paraméterkonfigurálást, adatgyűjtést, jelfeldolgozást, koncentrációszámítást, adattárolást, valamint a mérési eredmények valós idejű megjelenítését biztosítja. |
760nm 10mW DFB Butterfly lézerdióda
1392nm 10mW DFB Butterfly lézerdióda
1683 nm-es 10 mW-os szálcsatolású lézer
Nagy teljesítményű, 1653,7 nm-es, 40 mW-os DFB Butterfly lézer
1651 nm-es DFB Fiber Coupled lézerdióda
1625 nm-es DFB BTF lézerdióda
1567 nm-es DFB pillangó lézerdióda
1580 nm-es DFB SM PM lézerdióda
1. kérdés: Milyen hullámhosszú DFB lézert használnak általában a TDLAS-ban?
A1:
|
|
Gáz |
Hullámhossz (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 |
NEM |
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 |
2. kérdés: A DFB lézerhez leválasztó kell?
2. válasz: Optikai leválasztók használata javasolt szálas TDLAS rendszerekben vagy jelentős optikai visszaverődéssel rendelkező konfigurációkban. Előnyösek lehetnek olyan szabad terű elrendezéseknél is, ahol visszaverődések vannak. A leválasztó elnyomja az optikai visszacsatolást, megakadályozza az üzemmódugrást, a frekvencia instabilitását és a kimeneti teljesítmény ingadozását, ezáltal biztosítva a stabil egymódusú lézerműködést és a jobb mérési alapstabilitást.
3. kérdés: Miért a DFB lézer a preferált fényforrás a TDLAS számára az FP vagy a VCSEL lézer helyett?
A3: A DFB lézerek, az integrált Bragg-rácsok stabil egyfrekvenciás, keskeny vonalszélességű sugárzást biztosítanak magas SMSR-rel (>35 dB) és módugrásmentes hangolással. Összehasonlításképpen, az FP lézerek több longitudinális módú emissziót és korlátozott hullámhossz-stabilitást mutatnak, míg a VCSEL-ek jellemzően korlátozott hangolási tartományt kínálnak, amely nem feltétlenül fedi le teljesen a szükséges abszorpciós jellemzőket. A DFB lézerek kiváló spektrális tisztasága és hangolási stabilitása jelentősen javítja a harmonikus észlelési SNR-t, így előnyben részesített fényforrássá válik a nagy pontosságú WMS-TDLAS (1f/2f) gázérzékeléshez.
4. kérdés: Milyen csomagopciók állnak rendelkezésre a TDLAS DFB lézerekhez?
A4: Két általános csomag:
①14 tűs Butterfly csomag: TEC, NTC termisztort és monitor fotodiódát integrál, opcionális optikai leválasztóval. Széles körben használják nagy pontosságú szálcsatolt TDLAS rendszerekben, amelyek precíz hőmérséklet- és teljesítménystabilizálást igényelnek.
②TO-can (TO5/TO46): Kompakt megoldás szabad terű vagy kollimált kimeneti konfigurációkhoz. Jellemzően nem rendelkezik integrált TEC-vezérléssel, és külső hőmérséklet-stabilizálást igényelhet. Költségérzékeny és miniatürizált, nyitott gázérzékelő alkalmazásokhoz alkalmas.
-
