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TDLAS CO气体浓度检测模拟现场实验—2017年6月7日
产品特点以及应用
TDLAS技术介绍：TDLAS是 Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy 的简称，中文翻译为可调谐半导体激光吸收光谱。可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术是利用二极管激光器波长调谐特性，获得被测气体的特征吸收光谱范围内的吸收光谱，从而对污染气体进行定性或者定量分析。
TDLAS与传统测量方法性能对比：
*指标 | 激光气体分析仪 | 传统光谱在线分析仪（如质谱仪、红外仪器等） |
预处理系统 | 不需要（简单的） | 必需 |
*测量方法 | 现场、连续、实时测量 | 采样预处理后间断测量 |
气体环境 | 高温、高粉尘、高水分、高流速、强腐蚀等、恶劣环境适应能力强 | 只能测量恒温、恒压、恒流、干燥及无粉尘的 气体 |
*响应速度 | 快：仅取决于仪表响应时间，小于 1 秒 | 慢：取决于采样预处理时间、样品气传输时间 和仪表响应时间，超过 20 秒 |
准确性 | 实地测量，气体信息不失真；测量值为气体线平均浓度；不受背景气体、粉尘及气体参数影响 | 溶解吸附泄漏导致气体信息失真；测量值为探头位置局部浓度；背景气体、粉尘及气体参数 影响测量的准确性 |
连续性 | 连续测量 | 间断测量：反吹时无法测量 |
可靠性 | 无运动器件、可靠性高 | 较多运动部件，可靠性低 |
*测量参数 | 可同时测量气体浓度、温度、流速等参数 | 只能测量气体浓度 |
介质干扰 | 不受背景气体交叉干扰；自动修正粉尘及光学视窗污染干扰 | 受背景气体的交叉干扰，无法定量修正粉尘及 光学视窗污染干扰 |
*样气排放 | 无样气排放，安全无污染 | 有样气排放，危险有污染 |
标定维护 | 标定：3~4 次/年； 维护：3~4 次/年，自动提示 | 标定：一个月 2~3 次； 维护：经常 |
运行费用 | 无需备品备件； 运行费用接近于零（仅为电费） | 需要较多备品备件； 年费用一般为系统成本的 20%左右 |
测试系统包含元器件：TDLAS系统控制箱（主要包括1567nmDFB碟型激光器及其驱动、锁相放大解调板），长光程气体吸收池（23m），铟镓砷光电探测器，标准浓度的CO样气，其他所需连接器件和显示器件;
上位机软件参数设置：
一． 实验系统概述
图1试验系统
图2发射端
图3接收端
一． 实验条件
气温：28℃
气体压力：常压
光程：23m
CO浓度值：1%、2%、3%、4%激光器扫描电流：70-120mA
调制频率：5000Hz
信号放大倍率：2.5
测量灵敏度：100mV
信号相位差：0°
二． 实验步骤
1. 按照图1连接好实验系统，打开示波器；
2. 使用激光光纤测试笔调节光路，使得激光光束穿过吸收池后打在InGaAs探测器中心位置；
3. 打开激光器，按照“二. 实验条件”中的激光器设置进行设置，然后开启激光器；
4. 使用微压计测定管道内流速，然后计算出需要的CO流量（初始工况为1%），调节Alicat流量计至相应读数
5. 调节示波器至合适位置，开始记录读数；
6. 将Alicat流量计分别按照2%、3%、4%的浓度计算值进行设置，每次调节后等待30s左右，读取示波器的电压峰值，并记录；
7. 测量完成后，关闭相应仪器；
8. 处理数据，分析结果。
三． 实验结果
图4. 未通CO是使用直接测量法测到的扫描电压信号，证明激光确实通过23m的吸收距离进入了探测器，且整个光路正常
图5. 通入1%的CO后使用直接测量法测到的电压信号，与图4相比可以发现存在明显的CO吸收峰，可以采集二次谐波信号
浓度（%） | 二次谐波峰值 |
1 | 52 |
2 | 80 |
3 | 96 |
4 | 124 |
线性拟合的结果如图11所示
图11 线性拟合结果
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