В газовите сензорни системи TDLAS лазерът DFB (разпределена обратна връзка) служи като основен източник на светлина. DFB лазерите се характеризират с тясна ширина на линията, изходен сигнал с един надлъжен режим, висока стабилност на дължината на вълната и прецизна регулируемост. Тяхната дължина на вълната на емисиите може да бъде точно съпоставена с линията на абсорбция на целевия газ и фино настроена чрез температура или ток на задвижване, за да се даде възможност за сканиране и откриване през пика на абсорбция, което ги прави идеален избор за мониторинг на промишлен газ, анализ на околната среда и научни изследвания.
(1) DFB лазерът излъчва кохерентен, едномодов лазерен лъч с дължина на вълната, настроена към линията на абсорбция на целевия газ.
(2) Лазерният лъч преминава през газова клетка, съдържаща пробата за измерване.
(3) Газът абсорбира част от лазерната светлина при характерната дължина на вълната, докато останалата светлина се предава.
(4) Фотодетектор улавя пропуснатата или отразената светлина, преобразувайки я в електрически сигнал.
(5) Системата анализира сигнала, като използва алгоритми за откриване на блокиране, демодулация или преобразуване на Фурие, за да изчисли концентрацията на газ съгласно закона на Beer-Lambert.
|
Компонент |
Описание на функцията |
|
DFB лазер |
Доставя едномодов лазерен източник с тясна ширина на линията. Неговата дължина на вълната на излъчване се настройва чрез контрол на температурата, за да сканира през характеристичната абсорбционна линия на целевия газ, докато инжекционният ток се модулира при висока честота за измервания чрез спектроскопия с модулирана дължина на вълната (WMS). |
|
Газова клетка |
Запечатана камера, съдържаща целевия газ и осигуряваща определена дължина на оптичния път за измерване на абсорбцията. Опционалните модули за контрол на температурата и налягането подобряват стабилността на измерването и намаляват грешките, причинени от промените в околната среда. |
|
Фотодетектор (PD) |
Преобразува оптичния сигнал след взаимодействие с газа в електрически сигнал за последващо усилване, демодулация и анализ на концентрацията. |
|
Разделител на лъчи/съединител за оптични влакна |
Разделителят на лъча съответства на оптична система със свободно пространство, докато съединителят за влакна пасва на настройка с изцяло влакна. Той разделя лазера на референтни и измервателни пътища. Референтният сигнал се използва за компенсиране на флуктуациите на лазерната мощност и подобряване на точността на измерване (по избор). |
|
Система за обработка на сигнали |
Усилва слабите сигнали на фотодетектора и извършва демодулация чрез спектроскопия с модулирана дължина на вълната (WMS), включително 1f/2f хармонична екстракция, за получаване на информация за абсорбцията на газ и определяне на концентрацията на газ. |
|
Компютър/система за управление |
Осигурява управление на системата, конфигуриране на параметри, събиране на данни, обработка на сигнали, изчисляване на концентрацията, съхранение на данни и визуализация в реално време на резултатите от измерването. |
760nm 10mW DFB пеперуда лазерен диод
1392nm 10mW DFB пеперуда лазерен диод
1683nm 10mW оптично свързан лазер
Високомощен 1653.7nm 40mW DFB пеперуден лазер
1651nm DFB влакнесто свързан лазерен диод
1625nm DFB BTF лазерен диод
1567nm DFB пеперуда лазерен диод
1580nm DFB SM PM лазерен диод
В1: Каква дължина на вълната на DFB лазера обикновено се използва в TDLAS?
A1:
|
|
газ |
Дължина на вълната (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 |
НЕ |
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: DFB лазерът изисква ли изолатор?
A2: Оптичните изолатори се препоръчват в базирани на влакна TDLAS системи или в конфигурации със значително оптично обратно отражение. Те също могат да бъдат полезни при настройки на свободно пространство, където има остатъчни отражения. Изолаторът потиска оптичната обратна връзка, предотвратявайки прескачане на режима, нестабилност на честотата и колебания на изходната мощност, като по този начин осигурява стабилна едномодова лазерна работа и подобрена стабилност на базовата линия на измерване.
Q3: Защо DFB лазерът е предпочитаният източник на светлина за TDLAS вместо FP или VCSEL лазер?
A3: DFB лазери, интегрирани Bragg решетки, осигуряват стабилна едночестотна емисия с тясна ширина на линията с висок SMSR (>35dB) и настройка без прескачане на режима. За сравнение, FP лазерите показват излъчване в много надлъжни режими и ограничена стабилност на дължината на вълната, докато VCSEL обикновено предлагат ограничен диапазон на настройка, който може да не покрива напълно необходимите характеристики на абсорбция. Превъзходната спектрална чистота и стабилността на настройка на DFB лазерите значително подобряват SNR при хармонично откриване, което ги прави предпочитан източник на светлина за високо прецизно WMS-TDLAS (1f/2f) газово отчитане.
В4: Какви опции за пакети са налични за лазерите TDLAS DFB?
A4: Два основни пакета:
①14-пинов пакет Butterfly: Интегрира TEC, NTC термистор и фотодиод за монитор с опционален оптичен изолатор. Той се използва широко във високопрецизни TDLAS системи, свързани с влакна, изискващи прецизна стабилизация на температурата и мощността.
②TO-can (TO5/TO46): Компактно решение, предназначено за свободно пространство или колимирани изходни конфигурации. Обикновено липсва интегриран TEC контрол и може да изисква външна стабилизация на температурата. Той е подходящ за чувствителни към разходите и миниатюризирани приложения за отчитане на газ с отворен път.
-
