激光分析儀技術(shù)原理

1、FOCUSED PHOTONICS INC 12/23/202112/23/2021DLAS技術(shù)原理培訓(xùn)技術(shù)原理培訓(xùn) 市場(chǎng)部市場(chǎng)部-許鵬許鵬 Copyright 2005 FPI inc, all right精選ppt2產(chǎn)品基本情況產(chǎn)品基本情況 Copyright 2005 FPI inc, all right精選ppt3吸收光譜技術(shù)吸收光譜技術(shù)q吸收光譜技術(shù)吸收光譜技術(shù)q半導(dǎo)體激光吸收光譜（半導(dǎo)體激光吸收光譜（DLAS）技術(shù)）技術(shù) Copyright 2005 FPI inc, all right精選ppt4吸收光譜技術(shù)吸收光譜技術(shù)E1E2光子能級(jí)躍遷q能級(jí)的概念能級(jí)的概念E2 - E1 =

2、 hnq分子能量表現(xiàn)分子能量表現(xiàn)旋轉(zhuǎn)振動(dòng)電子躍遷 Copyright 2005 FPI inc, all right精選ppt5分子光譜分子光譜10-410-2100102 Linestrength atm-1cm-2100008000600040002000Frequency cm-110-610-410-210010-5100COCO2H2O1v (4.6 m)2v (2.3m)3v (1.55 m)R branchq每?jī)蓚€(gè)能級(jí)對(duì)應(yīng)一根吸收譜線每?jī)蓚€(gè)能級(jí)對(duì)應(yīng)一根吸收譜線q在低分辨率光譜上表現(xiàn)為譜帶在低分辨率光譜上表現(xiàn)為譜帶5x10-6 43210Absorbance cm-14320428

3、042404200Frequency cm-110 ppm CO 1atm, 300K Copyright 2005 FPI inc, all right精選ppt6濃度測(cè)量公式濃度測(cè)量公式透過率曲線)(vTv 0vq測(cè)量基本公式測(cè)量基本公式吸收率吸收率absorbance00ln()ln()(1.2)IIdIIXPSLPSLq關(guān)鍵因素關(guān)鍵因素F(AbsorbanceF(Absorbance, ,T,P,L)T,P,L) Copyright 2005 FPI inc, all right精選ppt7公式說明公式說明q在波長(zhǎng)一定的情況下，在波長(zhǎng)一定的情況下，S線強(qiáng)由兩方面因素決定：線強(qiáng)由兩方面因

4、素決定： 分子躍遷上，下能級(jí)的波函數(shù)分子躍遷上，下能級(jí)的波函數(shù) 由分子結(jié)構(gòu)等性質(zhì)決定由分子結(jié)構(gòu)等性質(zhì)決定 分子的集居（分子的集居（Population)Population) 與溫度相關(guān)與溫度相關(guān) Copyright 2005 FPI inc, all right精選ppt8公式說明公式說明q線線 型型 函函 數(shù)數(shù) w 產(chǎn)生原因：測(cè)不準(zhǔn)原理產(chǎn)生原因：測(cè)不準(zhǔn)原理w 影響因素：溫度影響因素：溫度/ /壓力壓力w 歸一性：面積不變歸一性：面積不變 Copyright 2005 FPI inc, all right精選ppt9DLAS技術(shù)技術(shù)qDLASDiode Laser Absorption Sp

5、ectroscopy 半導(dǎo)體激光吸收光譜半導(dǎo)體激光吸收光譜w 與傳統(tǒng)吸收光譜相似，基于受激吸收效應(yīng)并遵循與傳統(tǒng)吸收光譜相似，基于受激吸收效應(yīng)并遵循Beer Lambert公式公式w 采用半導(dǎo)體激光器為光源，并可采用調(diào)制吸收光譜技術(shù)采用半導(dǎo)體激光器為光源，并可采用調(diào)制吸收光譜技術(shù)（TDLAS）q發(fā)展歷史：發(fā)展歷史：w 上世紀(jì)六十年代，激光器發(fā)明上世紀(jì)六十年代，激光器發(fā)明w 上世紀(jì)七、八十年代，激光吸收光譜技術(shù)逐步應(yīng)用于科學(xué)實(shí)驗(yàn)的精密測(cè)量上世紀(jì)七、八十年代，激光吸收光譜技術(shù)逐步應(yīng)用于科學(xué)實(shí)驗(yàn)的精密測(cè)量w 上世紀(jì)九十年代，半導(dǎo)體激光器和光纖元件大規(guī)模商用化上世紀(jì)九十年代，半導(dǎo)體激光器和光纖元件大規(guī)模

6、商用化w 上世紀(jì)九十年代，歐美國(guó)家開始上世紀(jì)九十年代，歐美國(guó)家開始DLAS技術(shù)產(chǎn)業(yè)化研究技術(shù)產(chǎn)業(yè)化研究 Copyright 2005 FPI inc, all right精選ppt10DLAS技術(shù)技術(shù)q使用半導(dǎo)體激光器作為光源使用半導(dǎo)體激光器作為光源w 單色性好，即光的波長(zhǎng)寬度窄。單色性好，即光的波長(zhǎng)寬度窄。0.0001nm，傳統(tǒng)紅外，傳統(tǒng)紅外光源一般在光源一般在20-30nm左右左右w 可調(diào)制掃描可調(diào)制掃描q絕大部分光屬于紅外區(qū)域，絕大部分光屬于紅外區(qū)域，w 波長(zhǎng)范圍波長(zhǎng)范圍750-2000nm左右。左右。激光波長(zhǎng)范圍 Copyright 2005 FPI inc, all right精選p

7、pt11小結(jié)小結(jié)q基于吸收光譜技術(shù)，直接測(cè)量的是吸收率基于吸收光譜技術(shù)，直接測(cè)量的是吸收率q濃度測(cè)量值和四個(gè)因素相關(guān)：吸收率、溫度、壓力、濃度測(cè)量值和四個(gè)因素相關(guān)：吸收率、溫度、壓力、光程光程q光源是用半導(dǎo)體激光：光源是用半導(dǎo)體激光： 波段窄，可調(diào)制波段窄，可調(diào)制q技術(shù)上的特點(diǎn)決定了安裝測(cè)量方式：原位測(cè)量技術(shù)上的特點(diǎn)決定了安裝測(cè)量方式：原位測(cè)量 Copyright 2005 FPI inc, all right精選ppt12原位分析原位分析L發(fā)射單元接收單元過程氣體中央分析儀器元半導(dǎo)體激光驅(qū)動(dòng)電路數(shù)據(jù)分析及控制數(shù)據(jù)采集 Copyright 2005 FPI inc, all right精選pp

8、t13原位分析原位分析 VS 采樣分析采樣分析q采樣分析采樣分析w 獲得樣本獲得樣本 預(yù)處理預(yù)處理 分分析析w 眾多缺點(diǎn)：眾多缺點(diǎn)： 系統(tǒng)復(fù)雜、故障率高 探頭腐蝕、堵塞 長(zhǎng)時(shí)間滯后 經(jīng)常性的標(biāo)定q原位分析原位分析w 現(xiàn)場(chǎng)直接分析過程氣體現(xiàn)場(chǎng)直接分析過程氣體w 針對(duì)測(cè)量工藝的定制化開針對(duì)測(cè)量工藝的定制化開發(fā)發(fā) Copyright 2005 FPI inc, all right精選ppt14原位測(cè)量必須解決三個(gè)問題原位測(cè)量必須解決三個(gè)問題q不受背景氣體交叉干擾不受背景氣體交叉干擾 q不受測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)粉塵等顆粒物干擾不受測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)粉塵等顆粒物干擾q不受氣體參數(shù)（溫度、壓力等）變化的影響不受氣體參數(shù)（溫度、

9、壓力等）變化的影響 Copyright 2005 FPI inc, all right精選ppt156050403020100 x10-6 792079107900789078807870Frequency (cm-1)“單線光譜單線光譜”技術(shù)技術(shù)傳統(tǒng)光源波長(zhǎng)寬度6050403020100 x10-6 7884.67884.47884.27884.0Frequency (cm-1)激光器波長(zhǎng)寬度 q單線光譜技術(shù)無交叉氣體干擾：?jiǎn)尉€光譜技術(shù)無交叉氣體干擾：w激光譜寬非常窄（單色性好）激光譜寬非常窄（單色性好）w激光頻率掃描范圍內(nèi)只有被測(cè)氣體吸收譜線激光頻率掃描范圍內(nèi)只有被測(cè)氣體吸收譜線 Copy

10、right 2005 FPI inc, all right精選ppt16調(diào)制光譜技術(shù)調(diào)制光譜技術(shù)q半導(dǎo)體激光器調(diào)制特性半導(dǎo)體激光器調(diào)制特性 w電流波長(zhǎng)調(diào)諧技術(shù)電流波長(zhǎng)調(diào)諧技術(shù) 抗粉塵測(cè)量抗粉塵測(cè)量w相敏檢測(cè)技術(shù)相敏檢測(cè)技術(shù) 提高探測(cè)靈敏度提高探測(cè)靈敏度 Copyright 2005 FPI inc, all right精選ppt17環(huán)境因素修正環(huán)境因素修正0.250.200.150.100.050.00-0.05-0.102f trace a.u.1614121086420 Time msR7R7(13140.568 cm-1)R7Q8(13142.584 cm-1)Increasing pr

11、essure (P = 3.4, 4.8, 6.3, 7.6, 8.9, 10.5 bar)q測(cè)量氣體的溫度、壓測(cè)量氣體的溫度、壓力等環(huán)境參數(shù)影響氣體力等環(huán)境參數(shù)影響氣體吸收譜線展寬吸收譜線展寬q通過展寬補(bǔ)償技術(shù)可通過展寬補(bǔ)償技術(shù)可進(jìn)行精確補(bǔ)償：進(jìn)行精確補(bǔ)償：q單線光譜數(shù)據(jù)單線光譜數(shù)據(jù)q針對(duì)測(cè)量工藝的展寬針對(duì)測(cè)量工藝的展寬補(bǔ)償補(bǔ)償 Copyright 2005 FPI inc, all right精選ppt18 技術(shù)比較技術(shù)比較-傳統(tǒng)光譜技術(shù)傳統(tǒng)光譜技術(shù)指標(biāo)LGA-2000激光現(xiàn)場(chǎng)在線氣體分析儀傳統(tǒng)光譜在線氣體分析儀預(yù)處理系統(tǒng)不需要 必需測(cè)量方式現(xiàn)場(chǎng)、連續(xù)、實(shí)時(shí)測(cè)量采樣預(yù)處理后間斷測(cè)量氣體環(huán)境

12、 高溫、高粉塵、高水分、高流速、強(qiáng)腐蝕等惡劣環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng) 只能測(cè)量恒溫、恒壓、恒流、干燥及無粉塵的氣體 響應(yīng)速度快：僅取決于儀表響應(yīng)時(shí)間，20秒準(zhǔn)確性實(shí)地測(cè)量，氣體信息不失真；測(cè)量值為氣體線平均濃度；不受背景氣體、粉塵及氣體參數(shù)影響溶解吸附泄漏導(dǎo)致氣體信息失真；測(cè)量值為探頭位置局部濃度；背景氣體、粉塵及氣體參數(shù)影響測(cè)量的準(zhǔn)確性連續(xù)性連續(xù)測(cè)量間斷測(cè)量：反吹時(shí)無法測(cè)量可靠性無運(yùn)動(dòng)部件，可靠性高較多運(yùn)動(dòng)部件，可靠性低介質(zhì)干擾不受背景氣體交叉干擾；自動(dòng)修正粉塵及光學(xué)視窗污染干擾受背景氣體的交叉干擾，無法定量修正粉塵及光學(xué)視窗污染干擾尾氣排放無，安全無污染有，危險(xiǎn)有污染標(biāo)定維護(hù)標(biāo)定：2次/年；維護(hù)：（其他的電化學(xué)（其他的電化學(xué)方法）方法）w 氣相色譜：利用色譜柱進(jìn)行分離，進(jìn)行分析氣相色譜：利用色譜柱進(jìn)行分離，進(jìn)行分析 Copyright 2005 FPI inc, all right精選ppt20半導(dǎo)體激光器半導(dǎo)體激光器q按激光器類型按激光器類型w端面發(fā)射激光器（端面發(fā)射激光器（DFB, DBR）w垂直腔表面發(fā)射激光器垂直腔表面發(fā)射激光器 (VCSEL）q按激光的傳輸方式按激光的傳輸方式 w光纖式光纖式w非光纖式非光纖式q按測(cè)量氣體按測(cè)量氣體w 測(cè)量測(cè)量O2 76X nm 波段（可見光）波段（可見光）w 測(cè)量測(cè)量CO，CO2 15XX nm 波段波段w 測(cè)量測(cè)量HCL