激光分析儀技術(shù)原理實(shí)用教案

1、 Copyright 2005 FPI inc, all right1產(chǎn)品(chnpn)基本情況第1頁/共21頁第一頁，共22頁。 Copyright 2005 FPI inc, all right2吸收光譜(x shu un p)技術(shù)q吸收光譜技術(shù)吸收光譜技術(shù)(jsh)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)(jsh)第2頁/共21頁第二頁，共22頁。 Copyright 2005 FPI inc, all right3吸收光譜吸收光譜(x shu un p)技術(shù)技術(shù)E1E2光子能級躍遷q能級(nngj)的概念E2 - E1 = hnq分子能量(nngling)表現(xiàn)旋轉(zhuǎn)

2、振動電子躍遷第3頁/共21頁第三頁，共22頁。 Copyright 2005 FPI inc, all right4分子光譜分子光譜q每兩個(gè)能級對應(yīng)一根吸收譜線每兩個(gè)能級對應(yīng)一根吸收譜線q在低分辨率光譜在低分辨率光譜(gungp)上表現(xiàn)為譜帶上表現(xiàn)為譜帶第4頁/共21頁第四頁，共22頁。 Copyright 2005 FPI inc, all right5濃度(nngd)測量公式透過(tu u)率曲線)(vTv 0vq測量基本(jbn)公式吸收率absorbance00ln()ln()(1.2)IIdIIXPSLPSLq關(guān)鍵因素F(AbsorbanceF(Absorbance, ,T,P,L)

3、T,P,L)第5頁/共21頁第五頁，共22頁。 Copyright 2005 FPI inc, all right6公式(gngsh)說明 在波長一定的情況下，S線強(qiáng)由兩方面因素決定： 分子躍遷上，下能級(nngj)的波函數(shù) 由分子結(jié)構(gòu)等性質(zhì)決定 分子的集居（Population) 與溫度相關(guān)第6頁/共21頁第六頁，共22頁。 Copyright 2005 FPI inc, all right7公式(gngsh)說明 線 型 函 數(shù) 產(chǎn)生原因：測不準(zhǔn)原理 影響因素(yn s)：溫度/壓力 歸一性：面積不變第7頁/共21頁第七頁，共22頁。 Copyright 2005 FPI inc, all

4、 right8DLAS技術(shù)(jsh) DLASDiode Laser Absorption Spectroscopy 半導(dǎo)體激光吸收光譜 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 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） 發(fā)展歷史： 上世紀(jì)六十年代，激光器發(fā)明(fmng) 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)的精密測量 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，歐美國家開始DLAS技術(shù)產(chǎn)業(yè)化研究 第8頁/共21頁第八頁，共22頁。 Copyright 2005 FPI inc, all right9

5、DLAS技術(shù)(jsh) 使用(shyng)半導(dǎo)體激光器作為光源 單色性好，即光的波長寬度窄。0.0001nm，傳統(tǒng)紅外光源一般在20-30nm左右 可調(diào)制掃描 絕大部分光屬于紅外區(qū)域， 波長范圍750-2000nm左右。激光(jgung)波長范圍第9頁/共21頁第九頁，共22頁。 Copyright 2005 FPI inc, all right10小結(jié)(xioji) 基于吸收光譜技術(shù)，直接測量(cling)的是吸收率 濃度測量(cling)值和四個(gè)因素相關(guān)：吸收率、溫度、壓力、光程 光源是用半導(dǎo)體激光： 波段窄，可調(diào)制 技術(shù)上的特點(diǎn)決定了安裝測量(cling)方式：原位測量(cling)第1

6、0頁/共21頁第十頁，共22頁。 Copyright 2005 FPI inc, all right11原位分析(fnx)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)動電路數(shù)據(jù)分析及控制數(shù)據(jù)采集第11頁/共21頁第十一頁，共22頁。 Copyright 2005 FPI inc, all right12原位分析(fnx) VS 采樣分析(fnx)q采樣分析采樣分析q獲得樣本獲得樣本 預(yù)處理預(yù)處理 分分析析q眾多缺點(diǎn)：眾多缺點(diǎn)： q系統(tǒng)復(fù)雜、故障率高系統(tǒng)復(fù)雜、故障率高q探頭腐蝕、堵塞探頭腐蝕、堵塞q長時(shí)間滯后長時(shí)間滯后q經(jīng)常性的標(biāo)定經(jīng)常性的標(biāo)定q原位分析原位分析q現(xiàn)場直接分析過程氣體現(xiàn)場

7、直接分析過程氣體q針對測量針對測量(cling)工藝的工藝的定制化開發(fā)定制化開發(fā)第12頁/共21頁第十二頁，共22頁。 Copyright 2005 FPI inc, all right13原位測量必須解決(jiju)三個(gè)問題 不受背景氣體交叉干擾 不受測量現(xiàn)場(xinchng)粉塵等顆粒物干擾 不受氣體參數(shù)（溫度、壓力等）變化的影響 第13頁/共21頁第十三頁，共22頁。 Copyright 2005 FPI inc, all right14“單線光譜單線光譜(gungp)”技術(shù)技術(shù)傳統(tǒng)光源(gungyun)波長寬度激光器波長(bchng)寬度 q單線光譜技術(shù)無交叉氣體干擾：w激光譜寬非常窄

8、（單色性好）w激光頻率掃描范圍內(nèi)只有被測氣體吸收譜線第14頁/共21頁第十四頁，共22頁。 Copyright 2005 FPI inc, all right15調(diào)制光譜調(diào)制光譜(gungp)技術(shù)技術(shù)q半導(dǎo)體激光器調(diào)制特性 q電流波長調(diào)諧技術(shù)(jsh) 抗粉塵測量q相敏檢測技術(shù)(jsh) 提高探測靈敏度第15頁/共21頁第十五頁，共22頁。 Copyright 2005 FPI inc, all right16環(huán)境因素修正(xizhng)q測量氣體的溫度、壓力等環(huán)境參數(shù)影響氣體吸收譜線展寬q通過展寬補(bǔ)償技術(shù)可進(jìn)行精確補(bǔ)償：q單線光譜數(shù)據(jù)(shj)q針對測量工藝的展寬補(bǔ)償?shù)?6頁/共21頁第十六

9、頁，共22頁。 Copyright 2005 FPI inc, all right17 技術(shù)(jsh)比較-傳統(tǒng)光譜技術(shù)(jsh)指標(biāo)LGA-2000激光現(xiàn)場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 必需測量方式現(xiàn)場、連續(xù)、實(shí)時(shí)測量采樣預(yù)處理后間斷測量氣體環(huán)境 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)地測量，氣體信息不失真；測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)影響測量的準(zhǔn)確

10、性連續(xù)性連續(xù)測量間斷測量：反吹時(shí)無法測量可靠性無運(yùn)動部件，可靠性高較多運(yùn)動部件，可靠性低介質(zhì)干擾不受背景氣體交叉干擾；自動修正粉塵及光學(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)方法）氣相色譜：利用色譜柱進(jìn)行分離，進(jìn)行分析第18頁/共21頁第十八頁，共22頁。 Copyright 2005 FPI inc, all right19半導(dǎo)體激光器半導(dǎo)體激光器q按激光器類型q端面(dunmin)發(fā)射激光器（DFB, DBR）q垂直腔表面發(fā)射激光器 (VCSEL）q按激光(jgung)的傳輸方式

11、q光纖式q非光纖式q按測量氣體(qt)q 測量O2 76X nm 波段（可見光）q 測量CO，CO2 15XX nm 波段q 測量HCL 17XXnm 波段q 測量CH4 16XXnm 波段q 測量H20 近紅外第19頁/共21頁第十九頁，共22頁。 Copyright 2005 FPI inc, all right20DLAS技術(shù)(jsh)難點(diǎn) 激光器和譜線的選擇； 溫度(wnd)，壓力展寬的補(bǔ)償； 弱信號檢測技術(shù)（吸收率探測下限） 不同應(yīng)用工況的解決方案；第20頁/共21頁第二十頁，共22頁。 Copyright 2005 FPI inc, all right21謝謝您的觀看(gunkn)！第21頁/共21頁第二十一頁，共22頁。NoImage內(nèi)容(nirng)總結(jié)Copyright 2005 FPI inc, all right。關(guān)鍵因素F(A