基于可调谐半导体激光罗致光谱法测定人造气水露点技术钻研（一）

1 引言

可调谐半导体激光罗致光谱(tunablediodelaserabsortionspectroscopy，基于激光TDLAS)技术宽泛用于痕量气体的可调检测、温室气体通量的谐半丈量。但当时宽泛接管铅盐激光器，导体定人点技输入功率低、光谱单色性差、法测需要液氮制冷，造气这些因素使系统的水露术钻组成以及操作重大，老本高尚，基于激光检测服从也不坚贞、可调不晃动，谐半激光器的导体定人点技技术水平限度了TDLAS的发展。随着光通信技术以及光电子技术的光谱发展，基于半导体资料的法测可调谐激光二极管迅速工业化以及商品化，特意是造气近红外激光用具备体积小、寿命长、光电转换功能低等特色，成为此项技术的事实光源，TDLAS技术患上以迅速发展。

TDLAS个别接管波长调制技术以及二次谐波检测技术妨碍气体检测。同时，运用可调谐二极管输入波长在未必畛域内可调的特色，可能同时合成多种气体物资，如甲烷、硫化氢、一氧化碳、二氧化碳、一氧化氮、氨气等。自20世纪90年月前期以来，基于TDLAS的甲烷气体检测技术少许泛起，并运用于工业现场的在线监测，符号着TDLAS技术的运用逐步从试验室钻研转向现场运用。

当初外洋多家公司斲丧的TDLAS气体丈量仪丈量精度高，产物较为成熟。而国内TDLAS技术起步较晚，与发达国家存在未必差距，但经由近20年的发展也取患了长足的普及。当初TDLAS技术的主要运用畛域包罗工业历程检测与操作、情景气体检测以及非凡场合危害气体检测等。国内对于此项技术的运用需要主要会集在工业以及情景畛域，并呈逐步扩充的趋势，可是检测仪器依然依附于外洋进口。面临宽绰的运用需要，国内的TDLAS技术有很大的发展空间以及很好的发展远景。

随同着跨区域紧张人造气输气支线工程的建树以及运行，人造气输送以及商业交接历程中的酸性气体以及水蒸气成为越来越受关注的因素。一方面水蒸气以及酸性气体散漫重大组成酸液极易侵蚀管道，另一方面人造气会与水疏散漫组成水合物窒息管道。无论是人造气的保归还是商业交接，都离不开人造气品质的检测以及计量，惟独做到人造气品质的精确检测以及迷信计量，能耐为人造气的公平运用以及节能降耗提供精确依据，能耐使人造气资源经济效益最大化。这就抵斲丧历程的合成能耐提出了更高的要求，必须进一步普及历程合成仪的检测精度、响应光阴、系统晃动性等指标。历程气体浓度的在线、实时及快捷合成在斲丧历程中十分紧张，可大幅普及斲丧历程的合成能耐。传统的水露点丈量，需要现场制冷、操作运用啰嗦，且中间技术被外洋操作，丈量误差也较大。因此，睁开用激光法在线丈量人造气水露点的运用钻研，实现水露点的快捷精确测定，可为增长企业贯彻实施新的国家人造气规范、保障人造气斲丧的牢靠性、增强品质操作、呵护交易公平奠基技术根基。

2 技术道理

2.1 基源头根基理

气体份子的外在结构决定了其特有的人造振动频率。当入射光束正好知足被测份子的人造振动频率时，该份子便会吸支出射光束的能量。当具备该选定频率v的未必强度的光束经由样品池时，因为被测气体的罗致浸染，光束的强度会产生衰减，激光法丈量的道理如图1所示。图l中I₀(v)为入射光强；I(v)为透射光强；L为光程。

依据Beer-Lambert定律，残余强度(透射光强)I(v)为：

(v)=lo(v)exp[-PS(T)ψ_vLX](1)

式中：P为总压强，MPa；S(T)为谱线强度，表征了该谱线的罗致能耐，是温度T的单值函数，cm^-2·MPa^-1；ψ_v为线性函数，cm；L为光程，cm；X为被测组份份子浓度。当此外参数判断后，气体浓度只与罗致曲线的面积A成正比，即：

为进一步普及浓度丈量的信噪比，在实际的丈量中接管波长调制技术。其道理是在原有的激光驱动信号中加载一个高频正弦信号，产生的激光信号经由气体介质罗致后，运用锁相放大器解调，患上到其二次谐波信号，如图2所示。

文献证明了二次谐波信号高度(P_2f)与被测组份份子浓度X之间的关连如式(3)。

式中：△v为线宽；m为调制系数。

从式(3)可能看出，当此外参数巩固时，气体浓度与二次谐波峰值巨细成正比。因此，可能经由丈量二次谐波峰值巨细来丈量气体浓度。

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