در سیستم های سنجش گاز TDLAS، لیزر DFB (بازخورد توزیع شده) به عنوان منبع نور اصلی عمل می کند. لیزرهای DFB با پهنای خط باریک، خروجی تک حالت طولی، پایداری طول موج بالا و قابلیت تنظیم دقیق مشخص می شوند. طول موج انتشار آنها را می توان به طور دقیق با خط جذب گاز هدف مطابقت داد و از طریق دما یا جریان درایو تنظیم دقیق کرد تا امکان اسکن و تشخیص در سراسر پیک جذب فراهم شود و آنها را به انتخابی ایده آل برای نظارت بر گاز صنعتی، تجزیه و تحلیل محیطی و تحقیقات علمی تبدیل کند.
(1) لیزر DFB یک پرتو لیزر منسجم و تک حالته با طول موج تنظیم شده روی خط جذب گاز هدف ساطع میکند.
(2) پرتو لیزر از یک سلول گاز حاوی نمونه مورد اندازهگیری عبور میکند.
(3) گاز بخشی از نور لیزر را در طول موج مشخص خود جذب می کند، در حالی که نور باقیمانده منتقل می شود.
(4) فتودیکتور نور ارسال شده یا منعکس شده را می گیرد و آن را به سیگنال الکتریکی تبدیل می کند.
(5) سیستم سیگنال را با استفاده از الگوریتمهای تشخیص قفل، دمدولاسیون یا تبدیل فوریه برای محاسبه غلظت گاز طبق قانون بیر-لامبرت تجزیه و تحلیل میکند.
|
جزء |
شرح عملکرد |
|
لیزر DFB |
منبع لیزر تک حالته با عرض خط باریک را تامین می کند. طول موج انتشار آن از طریق کنترل دما تنظیم می شود تا در سراسر خط جذب مشخصه گاز هدف اسکن شود، در حالی که جریان تزریق در فرکانس بالا برای اندازه گیری طیف سنجی مدولاسیون طول موج (WMS) مدوله می شود. |
|
سلول گاز |
یک محفظه مهر و موم شده حاوی گاز هدف و ارائه یک طول مسیر نوری مشخص برای اندازه گیری جذب. ماژولهای کنترل دما و فشار اختیاری ثبات اندازهگیری را بهبود میبخشند و خطاهای ناشی از تغییرات محیطی را کاهش میدهند. |
|
آشکارساز نور (PD) |
سیگنال نوری را پس از برهمکنش با گاز به سیگنال الکتریکی برای تقویت بعدی، دمدولاسیون و تجزیه و تحلیل غلظت تبدیل می کند. |
|
تقسیم کننده پرتو/کوپلر فیبر نوری |
تقسیم کننده پرتو با یک سیستم نوری فضای آزاد مطابقت دارد، در حالی که کوپلر فیبر با یک مجموعه تمام فیبر مطابقت دارد. لیزر را به مسیرهای مرجع و اندازه گیری تقسیم می کند. سیگنال مرجع برای جبران نوسانات توان لیزر و بهبود دقت اندازه گیری (اختیاری) استفاده می شود. |
|
سیستم پردازش سیگنال |
سیگنالهای آشکارساز نوری ضعیف را تقویت میکند و طیفسنجی مدولاسیون طول موج (WMS)، از جمله استخراج هارمونیک 1f/2f را برای به دست آوردن اطلاعات جذب گاز و تعیین غلظت گاز انجام میدهد. |
|
کامپیوتر/سیستم کنترل |
کنترل سیستم، پیکربندی پارامتر، اکتساب داده، پردازش سیگنال، محاسبه غلظت، ذخیره سازی داده ها و تجسم در زمان واقعی نتایج اندازه گیری را فراهم می کند. |
دیود لیزری پروانه ای 760 نانومتری 10 میلی وات DFB
دیود لیزری پروانه ای 10 میلی واتی 1392 نانومتری DFB
لیزر کوپل شده فیبر 10 میلی واتی 1683 نانومتری
لیزر پروانه ای با توان 1653.7 نانومتری 40 میلی واتی DFB
دیود لیزر جفت شده با فیبر 1651 نانومتری DFB
دیود لیزر 1625 نانومتری DFB BTF
دیود لیزر پروانه ای 1567 نانومتری DFB
دیود لیزری 1580 نانومتری DFB SM PM
Q1: چه طول موجی از لیزر DFB معمولا در TDLAS استفاده می شود؟
A1:
|
|
گاز |
طول موج (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 |
نه |
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 |
Q2: آیا لیزر DFB به ایزولاتور نیاز دارد؟
A2: جداکننده های نوری در سیستم های TDLAS مبتنی بر فیبر یا در پیکربندی هایی با بازتاب نوری قابل توجه توصیه می شود. آنها همچنین ممکن است در تنظیمات فضای آزاد که بازتاب های باقیمانده وجود دارد مفید باشند. جداساز بازخورد نوری را سرکوب میکند، از پرش حالت، بیثباتی فرکانس و نوسانات توان خروجی جلوگیری میکند، در نتیجه عملکرد لیزر تک حالته پایدار و ثبات پایه اندازهگیری را بهبود میبخشد.
Q3: چرا لیزر DFB منبع نور ترجیحی برای TDLAS به جای لیزر FP یا VCSEL است؟
A3: لیزرهای DFB، گریتینگهای Bragg یکپارچه، انتشار تک فرکانس پایدار، با عرض خط باریک با SMSR بالا (بیش از 35dB) و تنظیم بدون حالت هاپ را ارائه میدهند. در مقایسه، لیزرهای FP تابش چند حالت طولی و پایداری طول موج محدود را نشان میدهند، در حالی که VCSELها معمولاً محدوده تنظیم محدودی را ارائه میدهند که ممکن است ویژگیهای جذب مورد نیاز را به طور کامل پوشش ندهد. خلوص طیفی برتر و پایداری تنظیم لیزرهای DFB به طور قابل توجهی تشخیص هارمونیک SNR را بهبود می بخشد و آنها را به منبع نور ترجیحی برای سنجش گاز WMS-TDLAS (1f/2f) با دقت بالا تبدیل می کند.
Q4: چه گزینه های بسته ای برای لیزرهای TDLAS DFB موجود است؟
A4: دو بسته اصلی:
① بسته پروانه ای 14 پین: یک TEC، ترمیستور NTC و فتودیود مانیتور را با یک جداکننده نوری اختیاری ادغام می کند. این به طور گسترده در سیستم های TDLAS جفت شده با فیبر با دقت بالا که نیاز به تثبیت دما و توان دقیق دارند استفاده می شود.
②TO-can (TO5/TO46): یک راه حل جمع و جور که برای پیکربندی های خروجی فضای آزاد یا همسو طراحی شده است. معمولاً فاقد کنترل TEC یکپارچه است و ممکن است به تثبیت دمای خارجی نیاز داشته باشد. برای کاربردهای حسگر گاز مسیر باز حساس به هزینه و مینیاتوری مناسب است.
-
