[实用新型]宽动态范围激光气体分析仪

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种激光气体分析仪，尤其涉及一种宽动态范围激光气体分析仪。

背景技术

随着我国工业控制、钢铁冶金、石油化工、环境保护、生化制药、电力、航空航天等行业的发展，需要进一步加强对这些领域的生产过程进行监测控制。这就对生产过程中使用过程分析仪的检测精度、响应时间、系统稳定性等指标提出了更高的要求。气相物质浓度的在线分析被广泛的应用于这些行业的生产过程监测、生产工艺优化、降污分析、能源气回收控制、环保监测等方面，是提高对生产过程的分析能力的重要方面。

TDLAS（Tunable Diode Laser AbsorptionSpectroscopy）是可调谐二极管激光吸收光谱技术的简称，通常又称为可调谐半导体激光吸收光谱技术。与传统不分光红外技术光谱技术相比，TDLAS技术具有很多显著优点：

（1）利用半导体激光良好的单色性，采用“单线光谱”技术避免背景气体吸收干扰；

（2）利用半导体激光波长可调谐性解决粉尘、视窗污染对测量的影响；

（3）无需采样预处理，响应速度快，便于对生产过程进行控制；

（4）仪器内部测量过程中定时自动标定，无需手动标定；

（5）可自动修正环境温度、压力变化对测量的影响；

因此，基于TDLAS技术的激光气体浓度分析仪能够较好地满足气体光谱分析和气体浓度分析的迫切需要。

激光气体分析仪是一种基于光谱气体分析技术的新型仪表，常用于化工、环保、工业、等领域。

激光气体分析仪基于光谱分析原理，根据被测气体对不同激光光源表现出不同吸收能力的特性，选择合适的激光光源。根据激光通过被测气体后衰减的程度，推算被测气体的浓度。被测气体对激光的吸收符合朗伯-比尔（Beer-Lambert） 定律：

当半导体激光器发射出特定波长的激光束穿过被测气体时，被测气体对激光束进行选择性吸收导致光强衰减，光强的衰减程度与被测气体浓度成指数关系，因此，通过测量光强的衰减量就可以得到被测气体的浓度。

半导体激光器的中心波长虽然在出厂时已经确定，但是会随温度与驱动电流的变化进行微调。环境温度每变化1℃，激光器的中心波长会改变0.1nm；驱动电流每变化1ma，激光器的中心波长会变化0.01nm。而被测气体的光谱吸收宽度约为0.2nm左右，配合温度调节与电流调节对被测气体多个吸收峰进行光谱分析，是可以实现的。

激光气体分析仪根据所选激光器中心波长的不同表现出不同检出范围与灵敏度：中心波段波长吸收越强，被测气体的检出下限越低，仪表越灵敏，但测量范围越小，在被测气体浓度过高时，由于激光完全被吸收将不能进行测量；激光中心波段波长吸收越弱，仪表测量范围越宽，但在被测气体浓度过低时，由于气体对激光的吸收强度较弱，仪表的灵敏度会变的很差。

目前没有合适的装置和方法，使仪表在被测气体浓度较低时表现良好的灵敏度，同时又能够测量较高浓度气体。

实用新型内容

本实用新型为了解决现有技术中的不足之处，提供一种测试浓度低的气体表现高灵敏度、同时又能测高浓度气体的宽动态范围激光气体分析仪。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：宽动态范围激光气体分析仪，包括微控制器、半导体激光器和气体光学吸收池，微控制器的信号输出端通过电缆与半导体激光器的信号输入端连接，气体光学吸收池内部具有长方体形状的空腔，气体光学吸收池的两端分别设有伸入到空腔内的光学准直系统和光电探测器，气体光学吸收池的的一侧的两端分别设有进气孔和出气孔，半导体激光器的激光发射端通过光纤及法兰与光学准直系统的接收端连接，光电探测器的信号输出端通过光电信号线与微控制器的信号接收端连接。

所述微控制器主要由电流调理电路、激光温度控制电路，激光驱动电路、信号调理电路组成。

采用上述技术方案，本实用新型内置一个中心波长合适的半导体激光器，内置一个微控制器。微控制器动态调整半导体激光器的温度，控制激光器的中心波长，根据被测气体对激光的吸收强度，选择合适的吸收峰。在气体浓度较低，对激光吸收能力较弱时，控制半导体激光器温度，选择吸收系数较强的吸收峰，调整半导体激光器驱动电流，针对吸收较强吸收峰进行光谱分析；在气体浓度较高，对激光吸收能力较强时，控制半导体激光器温度，选择吸收吸收较弱的吸收峰，调整半导体激光器驱动电流，针对吸收较弱吸收峰进行光谱分析。