TDLAS-kaasuanturijärjestelmissä DFB (Distributed Feedback) -laser toimii ydinvalonlähteenä. DFB-lasereille on ominaista kapeat viivanleveydet, yksipitkittäismuotoinen lähtö, korkea aallonpituuden vakaus ja tarkka viritettävyys. Niiden emissioaallonpituus voidaan sovittaa tarkasti kohdekaasun absorptiolinjaan ja hienosäätää lämpötilan tai käyttövirran avulla skannauksen ja havaitsemisen mahdollistamiseksi absorptiohuipun yli, mikä tekee niistä ihanteellisen valinnan teollisuuskaasun seurantaan, ympäristöanalyysiin ja tieteelliseen tutkimukseen.
(1) DFB-laser lähettää koherentin yksimuotoisen lasersäteen, jonka aallonpituus on viritetty kohdekaasun absorptiolinjalle.
(2) Lasersäde kulkee kaasukennon läpi, joka sisältää mitattavan näytteen.
(3) Kaasu absorboi osan laservalosta sille ominaisella aallonpituudella, kun taas loput valosta välittyvät.
(4) Valotunnistin vangitsee lähetetyn tai heijastuneen valon ja muuntaa sen sähkösignaaliksi.
(5) Järjestelmä analysoi signaalin käyttämällä lukituksen ilmaisua, demodulaatiota tai Fourier-muunnosalgoritmeja kaasupitoisuuden laskemiseksi Beer-Lambertin lain mukaisesti.
|
Komponentti |
Toiminnon kuvaus |
|
DFB laser |
Toimii kapealinjaisen yksimuotoisen laserlähteen. Sen emissioaallonpituus on viritetty lämpötilasäädöllä skannaamaan kohdekaasun ominaisabsorptiolinjan yli, kun taas ruiskutusvirtaa moduloidaan korkealla taajuudella aallonpituusmodulaatiospektroskopia (WMS) -mittauksia varten. |
|
Kaasukenno |
Suljettu kammio, joka sisältää kohdekaasun ja tarjoaa määritellyn optisen reitin pituuden absorptiomittausta varten. Valinnaiset lämpötilan ja paineen ohjausmoduulit parantavat mittauksen vakautta ja vähentävät ympäristön vaihteluiden aiheuttamia virheitä. |
|
Valoilmaisin (PD) |
Muuntaa optisen signaalin vuorovaikutuksen jälkeen kaasun kanssa sähköiseksi signaaliksi myöhempää vahvistusta, demodulaatiota ja konsentraatioanalyysiä varten. |
|
Säteen jakaja/optinen kuituliitin |
Säteenjakaja sopii vapaan tilan optiseen järjestelmään, kun taas kuituliitin sopii kaikkiin kuituihin. Se jakaa laserin referenssi- ja mittauspolkuihin. Vertailusignaalia käytetään lasertehon vaihteluiden kompensoimiseen ja mittaustarkkuuden parantamiseen (valinnainen). |
|
Signaalinkäsittelyjärjestelmä |
Vahvistaa heikkoja valodetektorin signaaleja ja suorittaa aallonpituusmodulaatiospektroskopian (WMS) demodulaation, mukaan lukien 1f/2f harmonisen erotuksen, saadakseen kaasun absorptiotiedot ja määrittääkseen kaasukonsentraation. |
|
Tietokone/ohjausjärjestelmä |
Tarjoaa järjestelmän ohjauksen, parametrien konfiguroinnin, tiedonkeruun, signaalinkäsittelyn, pitoisuuslaskelman, tietojen tallennuksen ja mittaustulosten reaaliaikaisen visualisoinnin. |
760nm 10mW DFB Butterfly -laserdiodi
1392nm 10mW DFB Butterfly -laserdiodi
1683nm 10mW kuitukytketty laser
Tehokas 1653,7nm 40mW DFB Butterfly Laser
1651nm DFB kuitukytketty laserdiodi
1625nm DFB BTF laserdiodi
1567nm DFB perhoslaserdiodi
1580nm DFB SM PM -laserdiodi
Q1: Minkä aallonpituuden DFB-laseria käytetään tyypillisesti TDLAS:ssa?
A1:
|
|
Kaasu |
Aallonpituus (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 |
Kysymys 2: Vaatiiko DFB-laser eristimen?
A2: Optisia erottimia suositellaan kuitupohjaisissa TDLAS-järjestelmissä tai kokoonpanoissa, joissa on merkittävä optinen takaisinheijastus. Ne voivat olla hyödyllisiä myös vapaan tilan asetuksissa, joissa on jäännösheijastuksia. Erotin vaimentaa optista takaisinkytkentää ja estää moodihyppelyn, taajuuden epävakauden ja lähtötehon vaihtelut, mikä varmistaa vakaan yksimuotoisen lasertoiminnan ja paremman mittauksen perustason vakauden.
Kysymys 3: Miksi DFB-laser on ensisijainen valonlähde TDLAS:lle FP- tai VCSEL-laserin sijaan?
A3: DFB-laserit, integroidut Bragg-ritilät, tarjoavat vakaan yksitaajuisen, kapeakaistaisen säteilyn korkealla SMSR:llä (>35 dB) ja tilahypyttömällä virityksellä. Vertailun vuoksi, FP-lasereilla on monipitkittäinen emissio ja rajoitettu aallonpituuden vakaus, kun taas VCSEL:t tarjoavat tyypillisesti rajoitetun viritysalueen, joka ei välttämättä kata täysin vaadittuja absorptioominaisuuksia. DFB-laserien ylivoimainen spektrin puhtaus ja viritysstabiilisuus parantavat merkittävästi harmonisen havaitsemisen SNR:ää, mikä tekee niistä ensisijaisen valonlähteen erittäin tarkkaan WMS-TDLAS (1f/2f) -kaasutunnistukseen.
Q4: Mitä pakettivaihtoehtoja on saatavilla TDLAS DFB -lasereille?
A4: Kaksi yleistä pakettia:
①14-nastainen Butterfly-paketti: Integroitu TEC-, NTC-termistori ja monitorivalodiodi valinnaisella optisella eristimellä. Sitä käytetään laajalti erittäin tarkoissa kuitukytketyissä TDLAS-järjestelmissä, jotka edellyttävät tarkkaa lämpötilan ja tehon stabilointia.
②TO-can (TO5/TO46): Kompakti ratkaisu, joka on suunniteltu vapaaseen tilaan tai kollimoituun lähtökokoonpanoon. Siitä puuttuu yleensä integroitu TEC-säätö ja se saattaa vaatia ulkoista lämpötilan stabilointia. Se soveltuu kustannusherkkään ja pienikokoisiin avoimen polun kaasuntunnistussovelluksiin.
-
