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利用激光進行氣體檢測分析有很多技術(shù)路線，主要包括直接吸收測量技術(shù),、波長調(diào)制技術(shù),、腔衰蕩技術(shù)、激光誘導熒光技術(shù),、激光拉曼光譜技術(shù),、激光光聲光譜技術(shù)等。這里主要討論其中的前兩項,，這也是我們平?？谥械募す鈿怏w分析技術(shù)，也就是可調(diào)諧激光吸收光譜技術(shù),，簡稱TDLAS,。

基本原理

絕大部分氣體都有光譜吸收，但由于氣體的分子結(jié)構(gòu)不同,，有的氣體吸收譜線多，有的氣體吸收強度大,，而且吸收波長也不一樣,。光譜法就成為一種廣泛應用的氣體檢測方法。

TDLAS是利用光通過被測氣體（如圖所示）,，每種氣體對特定波長的光存在吸收作用,，氣體濃度越大，吸收作用越強,，通過測量被吸收后的光能進行氣體濃度的計算,。

圖 基于光譜吸收氣體分析技術(shù)的基本結(jié)構(gòu)組成

激光氣體分析核心部件

激光氣體分析主要部件也包括光源、氣室,、檢測器,、控制檢測電路等幾個部分。

（1）激光光源

激光光源根據(jù)原理分主要有DFB,、VCSEL,、FP等幾種；按照波長分為近紅外和中遠紅外激光器,；按照是否內(nèi)置TEC分為內(nèi)置TEC和無內(nèi)置TEC兩種,；按照封裝可分為TO封裝和蝶形封裝等。一般蝶形封裝都內(nèi)置了TEC和熱敏電阻。

激光器的所有參數(shù)中波長是重要的一個,，波長決定了可以檢測什么氣體以及吸收強度有多大,，同時波長也是激光器價格的決定因素。

相同波長的激光器,，是否內(nèi)置TEC也存在較大的價格差異,。內(nèi)置TEC和熱敏電阻的激光器易于控溫，設計較為簡便,，溫度響應也較快,；沒有內(nèi)置TEC的激光器需要外置TEC和熱敏電阻，溫控結(jié)構(gòu)設計影響因素很多,，設計難度大,。

（2）氣室

由于激光擁有很高的調(diào)制頻率，同時激光芯片作為近似的點光源,，可以實現(xiàn)高度平行的平行光束,，因此激光氣體分析可以實現(xiàn)開放光路和氣體流通池兩種方式，具體分類如圖所示,。

激光氣體分析技術(shù)氣室結(jié)構(gòu)

放光路一般用于實現(xiàn)原位安裝式或者遙測式,。

原位安裝式一般用于管道、煙道等工況的在線監(jiān)測,，其優(yōu)勢就是系統(tǒng)不用預處理,，響應速度快，但也取決于工況,，并不是所有復雜工況都適用于原位安裝,。比如粉塵大、震動太強,、管道細的場合就不適合原位安裝,。

遙測式主要用于可燃氣泄漏、大氣污染物監(jiān)測等方面,。主要優(yōu)勢是移動式監(jiān)測,；可對光通過空間內(nèi)的被測氣體進行測量。對尋找可燃氣泄漏點,、高空大氣污染物等有一定優(yōu)勢,。

圖  遙測式結(jié)構(gòu)

流通池主要分為單管式、懷特池,、赫里奧特池等常見結(jié)構(gòu),，也有其他形式的各種諧振腔。流通池的主要優(yōu)勢是可以在較小的體積內(nèi)實現(xiàn)很長的光程,，如幾米至幾十至上百米,。各種諧振腔甚至能實現(xiàn)數(shù)千米的光程,，由于諧振腔的使用較為復雜，限制也較多,，這里不做詳細介紹,。

單通道式是簡單的氣室結(jié)構(gòu)，簡單穩(wěn)定成本低是其優(yōu)點,。懷特池和赫里奧特都可以在較小的空間內(nèi)實現(xiàn)較長的光程,，一般可以實現(xiàn)幾米到幾十米的光程，更長的光程受反射鏡反射效率,、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,、條紋干涉等影響，實現(xiàn)難度大,。

（3）檢測器

檢測器最常見的主要有硅光電池,、銦鎵砷光電二極管、鍺光電二極管等,，硅光電池主要在近紅外區(qū)有較強響應,，銦鎵砷和光電二極管可在中紅外有較強的響應。

激光器自帶TEC和NTC,，帶準直鏡,，光路無需調(diào)整，波長穩(wěn)定,，功率輸出高,；

探測器光學敏感區(qū)域（Ф500µm），高響應度,，正面發(fā)光,，雙面焊盤，針對甲烷 (CH4) 檢測（1653nm）進行了優(yōu)化,，提高了在低溫環(huán)境中的響應度,。

激光氣體分析技術(shù)的應用

激光氣體分析產(chǎn)品實現(xiàn)的技術(shù)方案有很多種,，需要根據(jù)具體目標進行設計,，主要根據(jù)檢測量程、背景氣體,、使用工況,、成本等因素綜合考慮。

目前,，基于TDLAS技術(shù)的傳感器可以用于測量甲烷,、氨氣、一氧化碳,、一氧化氮,、硫化氫,、氧氣等多種氣體，可廣泛用于石油,、化工,、冶金、電力,、煤礦,、礦山等工業(yè)領(lǐng)域的微量有毒有害氣體檢測；地下管廊,、九小場所等商業(yè)領(lǐng)域的易燃易爆氣體檢測,；以及家用甲烷檢測等。