理论基础

1、比尔-朗伯定律

一束激光穿过浓度为C的被测气体时，当激光器的波长和被测气体某个吸收谱线中心频率相同时，气体分子会吸收光子而跃迁到高能级，表现为气体吸收波段激光光强的衰减

2、波长调制光谱技术

A) 激光器的调谐特性

     DFB激光器  由于具有良好的单色性，窄线宽特性和频率调谐特性，DFB激光器能够很好的避免其他背景气体的交叉干扰，使检测系统具有较好的测量精度，因此被广泛的用于气体检测

B) 谐波检测理论

     通过对激光器的驱动电压加高频正弦电压信号，从而改变电流，使输出频率也按正弦规律变化。通过给激光器驱动加锯齿波电压，使其输出波长在气体吸收峰两侧扫描，利用锁相放大器调制并解调出谐波信号，进行气体浓度的测量。

3、吸收谱线选取的原则

在进行气体检测是，对吸收谱线的选取非常关键，应考虑以下几个方面

（1）气体在选定的谱线处要有较强的吸收峰，

（2）谱线波长对应的激光器光源技术要相对成熟

（3）在选定的吸收谱线处没有背景气体吸收的干扰，或吸收相对较弱，可以忽略

实验仪器

1、2004nm/2327 DFB激光器

特点：波长稳定性好，窄线宽，单纵模可调谐，14引脚封装

2004nm光谱图  

2004nm 调谐曲线

2327nm光谱图  

2327nm 调谐曲线

2、TDLADS激光气体检测综合控制盒

本产品是一款用于可调谐半导体激光吸收谱技术（可调谐半导体激光吸收谱技术（TDLAS））的控制模块。主要功能包括：产生正弦波与三角叠加的数字激光驱动、可调增益、可调增益放大器、1f/2f 数字锁相放大器、模拟输出温控单元、数字锁相放大器、模拟输出温控单元、数字锁相放大器、模拟输出温控单元 。运行参数及波形均可由电脑端控制和读取。

3、长光程吸收池（20m）

4、示波器

5、电压转换模块

吸收波长选取

根据2004nm/2327nmDFB 调谐范围，我们可以通过查询Hitran数据库

得到在2004/2327nm附近有最强吸收峰，且没有其他气体的干扰。实验中我们可以测试不同峰值处的二次谐波幅值作为对比。

空间光对穿演示

实验测试过程及结果

1，如上图所示，

（1）LASER  OUT连接光程池输入端

（2）光程池输出端经过电压转换模块接入PREAMP

（3）TRIG OUT接入示波器通道1

（4）DAC OUT 接入示波器通道2

2，过程分析：

激光器发出的光经过气体吸收池，通过电压转换模块进入PREAMP端前置放大电路，再经过锁相放大器调制解调，通过DAC OUT 模拟输出端到示波器通道2，显示二次谐波的信号。整个过程中，我们通过调节软件中的各项参数，同时观察输出波形，使输出波形最优。

3，实验结果：

以CO为列，我们先用三角波扫描没有CO的气室得到如下型号，在通入气体选取合适的吸收线把信号送入锁相进行解调。

图一；没有通气体的扫描三角波信号

图二；通入100ppm CO后的直接吸收信号

2004nm二次谐波波形及调整参数

2327nm二次谐波波形及调整参数

4，实验结论：

由此我们看出，吸收峰值越高，二次谐波幅值越大，因此探测浓度的下限越低，探测精度越高。在实际探测CO/CO2浓度时，我们选取中心波长2004/2327nm来进行标定。调制参数不变，通过二次谐波的幅值来计算气体浓度。

 产品型号：TDLAS-2327/2004-MIR  

产品名称：中红外TDLAS CO/C02 ppb级浓度分析系统

产品清单：

无