W systemach wykrywania gazu TDLAS głównym źródłem światła jest laser DFB (Distributed Feedback). Lasery DFB charakteryzują się wąskimi szerokościami linii, mocą wyjściową w pojedynczym trybie podłużnym, wysoką stabilnością długości fali i precyzyjną przestrajalnością. Długość fali ich emisji można dokładnie dopasować do linii absorpcji gazu docelowego i precyzyjnie dostroić za pomocą temperatury lub prądu sterującego, aby umożliwić skanowanie i wykrywanie w całym piku absorpcji, co czyni je idealnym wyborem do monitorowania gazów przemysłowych, analiz środowiskowych i badań naukowych.
(1) Laser DFB emituje spójną, jednomodową wiązkę laserową o długości fali dostrojonej do linii absorpcji gazu docelowego.
(2) Wiązka laserowa przechodzi przez kuwetę gazową zawierającą mierzoną próbkę.
(3) Gaz pochłania część światła lasera na swojej charakterystycznej długości fali, a pozostała część światła jest przepuszczana.
(4) Fotodetektor przechwytuje przechodzące lub odbite światło, przekształcając je w sygnał elektryczny.
(5) System analizuje sygnał za pomocą algorytmów detekcji blokady, demodulacji lub transformaty Fouriera w celu obliczenia stężenia gazu zgodnie z prawem Beera-Lamberta.
|
Część |
Opis funkcji |
|
Laser DFB |
Zasila jednomodowe źródło laserowe o wąskiej linii. Długość fali emisji jest dostrajana poprzez kontrolę temperatury w celu skanowania charakterystycznej linii absorpcji gazu docelowego, podczas gdy prąd wtrysku jest modulowany z wysoką częstotliwością na potrzeby pomiarów spektroskopii modulacji długości fali (WMS). |
|
Ogniwo gazowe |
Szczelna komora zawierająca docelowy gaz i zapewniająca określoną długość ścieżki optycznej do pomiaru absorpcji. Opcjonalne moduły kontroli temperatury i ciśnienia poprawiają stabilność pomiarów i redukują błędy spowodowane zmianami środowiskowymi. |
|
Fotodetektor (PD) |
Przekształca sygnał optyczny po interakcji z gazem na sygnał elektryczny w celu późniejszego wzmocnienia, demodulacji i analizy stężenia. |
|
Rozdzielacz wiązki/łącznik światłowodowy |
Rozdzielacz wiązki pasuje do systemu optycznego o wolnej przestrzeni, a łącznik światłowodowy pasuje do konfiguracji obejmującej wszystkie włókna. Dzieli laser na ścieżkę referencyjną i pomiarową. Sygnał referencyjny służy do kompensacji wahań mocy lasera i poprawy dokładności pomiaru (opcjonalnie). |
|
System przetwarzania sygnału |
Wzmacnia słabe sygnały fotodetektora i przeprowadza demodulację spektroskopii z modulacją długości fali (WMS), w tym ekstrakcję harmonicznych 1f/2f, w celu uzyskania informacji o absorpcji gazu i określenia stężenia gazu. |
|
Komputer/system sterowania |
Zapewnia kontrolę systemu, konfigurację parametrów, gromadzenie danych, przetwarzanie sygnałów, obliczanie stężeń, przechowywanie danych i wizualizację wyników pomiarów w czasie rzeczywistym. |
Dioda laserowa motylkowa DFB 760nm 10mW
Dioda laserowa motylkowa DFB o długości fali 1392 nm i mocy 10 mW
Laser ze sprzężeniem światłowodowym 1683 nm i mocy 10 mW
Laser motylkowy DFB o dużej mocy 1653,7 nm i mocy 40 mW
Dioda laserowa ze sprzężeniem światłowodowym 1651nm DFB
Dioda laserowa DFB BTF o długości fali 1625 nm
Dioda laserowa motylkowa DFB o długości fali 1567 nm
Dioda laserowa DFB SM PM 1580nm
P1: Jaka długość fali lasera DFB jest zwykle używana w TDLAS?
A1:
|
|
Gaz |
Długość fali (nm) |
|
1 |
CO2 |
1572.45 |
|
2 |
O2 |
760 |
|
3 |
CH4 |
1653 |
|
4 |
N2O |
1392/2257 |
|
5 |
WSPÓŁ |
1566 |
|
6 |
NH3 |
1512.2 |
|
7 |
SO2 |
7160 |
|
8 |
NIE |
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 |
P2: Czy laser DFB wymaga izolatora?
A2: Izolatory optyczne są zalecane w systemach TDLAS opartych na światłowodach lub w konfiguracjach ze znacznym optycznym odbiciem wstecznym. Mogą być również korzystne w konfiguracjach z wolną przestrzenią, w których występują odbicia szczątkowe. Izolator tłumi optyczne sprzężenie zwrotne, zapobiegając przeskokom modów, niestabilności częstotliwości i wahaniom mocy wyjściowej, zapewniając w ten sposób stabilną pracę lasera jednomodowego i lepszą stabilność linii bazowej pomiaru.
P3: Dlaczego laser DFB jest preferowanym źródłem światła w TDLAS zamiast lasera FP lub VCSEL?
A3: Lasery DFB ze zintegrowanymi siatkami Bragga zapewniają stabilną emisję o pojedynczej częstotliwości o wąskiej szerokości linii z wysokim SMSR (>35 dB) i strojeniem pozbawionym przeskoków modowych. Dla porównania, lasery FP charakteryzują się emisją w wielu modach podłużnych i ograniczoną stabilnością długości fali, podczas gdy lasery VCSEL zazwyczaj oferują ograniczony zakres strojenia, który może nie w pełni pokrywać wymagane cechy absorpcji. Doskonała czystość widmowa i stabilność strojenia laserów DFB znacznie poprawiają współczynnik SNR detekcji harmonicznych, co czyni je preferowanym źródłem światła do precyzyjnego wykrywania gazów WMS-TDLAS (1f/2f).
P4: Jakie opcje pakietów są dostępne dla laserów TDLAS DFB?
A4: Dwa główne pakiety:
①14-pinowy pakiet Butterfly: integruje termistor TEC, NTC i fotodiodę monitorującą z opcjonalnym izolatorem optycznym. Jest szeroko stosowany w precyzyjnych systemach TDLAS ze sprzężeniem światłowodowym, wymagających precyzyjnej stabilizacji temperatury i mocy.
②TO-can (TO5/TO46): Kompaktowe rozwiązanie przeznaczone do konfiguracji z wolną przestrzenią lub z wyjściem kolimowanym. Zwykle brakuje mu zintegrowanego sterowania TEC i może wymagać zewnętrznej stabilizacji temperatury. Nadaje się do niedrogich i zminiaturyzowanych aplikacji do wykrywania gazu w otwartej ścieżce.
-
